[实用新型]一种超薄碳纤维束的制备设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及碳纤维生产技术领域，特别涉及一种超薄碳纤维束的制备设备。

背景技术

目前碳纤维的下游应用逐渐普及，同时随着科技的发展，碳纤维产品趋于超轻、超薄、超强的方向发展。

碳纤维表面上浆处理和烘干过程是碳纤维生产的必经过程，碳纤维上浆后其表面的水和树脂是液体，液体受表面张力影响会收缩成小球的趋势。在传统的碳纤维生产工艺中，通常在碳纤维上浆后就直接采用鼓风式烘箱对碳纤维进行烘干，该过程中，碳纤维表面的水和液态树脂容易蒸发收缩，导致碳纤维烘干过程中丝宽收缩，该现象严重阻碍着超轻或超薄的碳纤维产品的发展。因此，解决该问题对碳纤维产品的发展有着重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，针对碳纤维的生产工艺，提供一种超薄碳纤维束的制备设备，该设备可在不破坏碳纤维材料原有特性的情况下，提升碳纤维丝宽，以满足下游超轻超薄产品的开发。

本实用新型的技术方案为：一种超薄碳纤维束的制备设备，包括放卷辊、上浆槽、开纤定型装置、干燥箱和收卷辊，按照碳纤维束的输送方向，放卷辊、上浆槽、开纤定型装置、干燥箱和收卷辊依次设置；

开纤定型装置包括支架、热辊、水平调节辊和多组展纱对辊，按照碳纤维束的输送方向，多组展纱对辊、热辊和水平调节辊依次设置；每组展纱对辊设有一台液压升降机，各液压升降机固定于支架上，热辊两端与支架固定连接，水平调节辊的旋转轴两端也与支架固定连接；碳纤维束输送时，热辊固定不转动。

所述展纱对辊包括结构相同的上辊筒和下辊筒，上辊筒和下辊筒的转向相反，上辊筒和下辊筒的旋转轴两端分别与液压升降机连接，通过液压升降机调节上辊筒和下辊筒之间的间隙，间隙为碳纤维束的输送面；

展纱对辊有3组，各组展纱对辊的输送面位于同一水平面上。

其中，上辊筒和下辊筒之间的间隙为0.05～0.175mm；间隙精度控制为0.001mm，展纱对辊的运行方式是随纤维转动，通过调节间隙的宽度，可实现不同丝宽的碳纤维束；

上辊筒和下辊筒的表面粗糙度分别为Ra＝0.1，上辊筒和下辊筒均为不锈钢辊筒；

上辊筒的半径和下辊筒的半径均为5～15cm，热辊的半径为10～35cm，且热辊的半径至少为上辊筒或下辊筒半径的2倍；其中，上辊筒的半径和下辊筒的半径不宜过大，由于靠碳纤维束的摩擦力对上辊筒和下辊筒提供驱动动力，若半径过大，则容易产生断丝现象；

热辊为不锈钢辊筒，热辊的表面粗糙度Ra＝0.1，热辊的温度为100～260℃。

水平调节辊为不锈钢辊筒，水平调节辊的表面粗糙度Ra＝0.1；

其中，展纱对辊、热辊和水平调节辊的表面粗糙度可根据碳纤维束的实际要求进行选择，要求碳纤维束不被挂伤即可。

所述支架上固定有展纱对辊间隙控制器和热辊温度控制器，各组展纱对辊对应的液压升降机分别与展纱对辊间隙控制器电气连接，热辊与热辊温度控制器电气连接。通过展纱对辊间隙控制器，可实时检测展纱对辊中上辊筒和下辊筒之间的间隙是否处于预设范围内，同时可控制各液压升降机调节相应的间隙。通过热辊温度控制器，可实时检测热辊的温度是否处于预设范围内，同时可控制热辊外接的加热器，对热辊的温度进行调节。

上述设备结构中，开纤定型装置中设置展纱对辊的目的是对碳纤维束和其表面的浆液进行挤压，通过挤压可以把碳纤维束均匀地展宽(挤压过程碳纤维束中凹凸的纤维被压平整，由于挤压和浆液的润滑作用，碳纤维束被均匀地展宽)，从而提高了碳纤维束的丝宽和平整性。设置热辊的目的是碳纤维束在热辊定型过程中稳定其丝宽，原理是碳纤维束定型过程受的牵伸力、碳纤维束与辊切线的反向摩擦力、热辊对碳纤维束切线垂直方向的合力抵抗浆液中水滴的收缩力(由于水表面张力很大，定型过程，水滴蒸发收缩，碳纤维束有收缩的张力，热辊可以在碳纤维束的定型过程中有效抵抗水的张力收缩)，以保证碳纤维束定型前和定型后的丝宽尺寸一致，定型过程不收缩。液压升降机、展纱对辊间隙控制器、热辊温度控制器、水平调节辊和支架作为开纤定型装置的组成配件，完善其相应的各项功能。

通过上述设备可实现一种超薄碳纤维束的制备方法，包括以下步骤：

(1)碳纤维束放卷后，先送入上浆槽，通过预先制备的纤维处理剂，对碳纤维束进行上浆处理；