[發明專利]一種超薄碳纖維束的開纖定型裝置及方法

有效

• 申請號: 201510077097.0
• 申請日: 2015-02-11
• 公開（公告）號: CN104674485B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 黃險波;陳大華;謝懷玉;宋威;雷震;陳濤;袁建華;張凡
• 申請（專利權）人: 廣州金發碳纖維新材料發展有限公司;金發科技股份有限公司
• 主分類號: D06B23/06
• 分類號: D06B23/06;D06B23/22;D06B23/02;D06B15/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 黃磊

技術領域

本發明涉及碳纖維生產技術領域，特別涉及一種超薄碳纖維束的開纖定型裝置及方法。

背景技術

目前碳纖維的下游應用逐漸普及，同時隨著科技的發展，碳纖維產品趨于超輕、超薄、超強的方向發展。

碳纖維表面上漿處理和烘干過程是碳纖維生產的必經過程，碳纖維上漿后其表面的水和樹脂是液體，液體受表面張力影響會收縮成小球的趨勢。在傳統的碳纖維生產工藝中，通常在碳纖維上漿后就直接采用鼓風式烘箱對碳纖維進行烘干，該過程中，碳纖維表面的水和液態樹脂容易蒸發收縮，導致碳纖維烘干過程中絲寬收縮，該現象嚴重阻礙著超輕或超薄的碳纖維產品的發展。因此，解決該問題對碳纖維產品的發展有著重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，針對碳纖維的生產工藝，提供一種超薄碳纖維束的開纖定型裝置，在碳纖維的生產工藝增設該裝置后，可在不破壞碳纖維材料原有特性的情況下，提升碳纖維絲寬，以滿足下游超輕超薄產品的開發。

本發明的另一目的在于提供一種通過上述裝置實現的超薄碳纖維束的開纖定型方法。

本發明的技術方案為：一種超薄碳纖維束的開纖定型裝置，包括支架、熱輥、水平調節輥和多組展紗對輥，按照碳纖維束的輸送方向，多組展紗對輥、熱輥和水平調節輥依次設置；每組展紗對輥設有一臺液壓升降機，各液壓升降機固定于支架上，熱輥兩端與支架固定連接，水平調節輥的旋轉軸兩端也與支架固定連接；碳纖維束輸送時，熱輥固定不轉動。

所述展紗對輥包括結構相同的上輥筒和下輥筒，上輥筒和下輥筒的轉向相反，上輥筒和下輥筒的旋轉軸兩端分別與液壓升降機連接，通過液壓升降機調節上輥筒和下輥筒之間的間隙，間隙為碳纖維束的輸送面。

所述上輥筒和下輥筒之間的間隙為0.05～0.175mm。間隙精度控制為0.001mm，展紗對輥的運行方式是隨纖維轉動，通過調節間隙的寬度，可實現不同絲寬的碳纖維束。

所述展紗對輥有3組，各組展紗對輥的輸送面位于同一水平面上。

所述展紗對輥中，上輥筒和下輥筒的表面粗糙度分別為Ra＝0.1，上輥筒和下輥筒均為不銹鋼輥筒。

所述上輥筒的半徑和下輥筒的半徑均為5～15cm，熱輥的半徑為10～35cm，且熱輥的半徑至少為上輥筒或下輥筒半徑的2倍。其中，上輥筒的半徑和下輥筒的半徑不宜過大，由于靠碳纖維束的摩擦力對上輥筒和下輥筒提供驅動動力，若半徑過大，則容易產生斷絲現象。

所述熱輥為不銹鋼輥筒，熱輥的表面粗糙度Ra＝0.1，熱輥的溫度為100～260℃。

所述水平調節輥為不銹鋼輥筒，水平調節輥的表面粗糙度Ra＝0.1。

其中，展紗對輥、熱輥和水平調節輥的表面粗糙度可根據碳纖維束的實際要求進行選擇，要求碳纖維束不被掛傷即可。

所述支架上固定有展紗對輥間隙控制器，各組展紗對輥對應的液壓升降機分別與展紗對輥間隙控制器電氣連接。通過展紗對輥間隙控制器，可實時檢測展紗對輥中上輥筒和下輥筒之間的間隙是否處于預設范圍內，同時可控制各液壓升降機調節相應的間隙。

所述支架上固定有熱輥溫度控制器，熱輥與熱輥溫度控制器電氣連接。通過熱輥溫度控制器，可實時檢測熱輥的溫度是否處于預設范圍內，同時可控制熱輥外接的加熱器，對熱輥的溫度進行調節。

上述開纖定型裝置中，設置展紗對輥的目的是對碳纖維束和其表面的漿液進行擠壓，通過擠壓可以把碳纖維束均勻地展寬(擠壓過程碳纖維束中凹凸的纖維被壓平整，由于擠壓和漿液的潤滑作用，碳纖維束被均勻地展寬)，從而提高了碳纖維束的絲寬和平整性。設置熱輥的目的是碳纖維束在熱輥烘干過程中穩定其絲寬，原理是碳纖維束烘干過程受的牽伸力、碳纖維束與輥切線的反向摩擦力、熱輥對碳纖維束切線垂直方向的合力抵抗漿液中水滴的收縮力(由于水表面張力很大，烘干過程，水滴蒸發收縮，碳纖維束有收縮的張力，熱輥可以在碳纖維束的烘干過程中有效抵抗水的張力收縮)，以保證碳纖維束烘干前和烘干后的絲寬尺寸一致，烘干過程不收縮。液壓升降機、展紗對輥間隙控制器、熱輥溫度控制器、水平調節輥和支架作為開纖定型裝置的組成配件，完善其相應的各項功能。

根據上述開纖定型裝置實現一種超薄碳纖維束的開纖定型方法，包括以下步驟：

(1)通過液壓升降機預先調節各組展紗對輥的間隙，并設定好熱輥的溫度；

(2)表面帶有漿液的碳纖維束先經過展紗對輥，通過展紗對輥的擠壓作用和漿液的潤滑作用，碳纖維束被均勻地展寬，同時碳纖維束中凹凸的纖維也被壓平整；