[发明专利]碳纤维工业化上浆装置

说明书

一种碳纤维工业化上浆装置，其组成为：上浆系统、供浆系统、控浆系统、移动与固定基架系统四部分。本装置能便捷的嫁接工业化生产线，实现各种新型上浆剂、各种上浆率碳纤维上浆生产与试验。采用本发明进行碳纤维上浆，碳纤维丝束展丝扩幅效率高、上浆剂浸渍速度快、上浆均匀且单丝网状分丝性能好，且整个上浆生产过程无电能消耗，无废上浆剂排放。

技术领域

本发明涉及碳纤维生产装备，具体涉及一种碳纤维工业化上浆装 置。

技术背景

碳纤维无法单独使用，其高性能与多功能是通过与其它材料复合才 能体现。无上浆剂保护的碳纤维卷绕成锭后在后道复合材料加工应用中 无法完成退绕，因而也失出其使用价值。而上浆剂的使用对碳纤维复合 材料的物理及化学特性的影响有：(1)将分散的碳纤维集合成一束，利 于纺织、运输与后道退绕；(2)在碳纤维表面形成一层保护膜，增加脆 性碳纤维韧性与耐摩擦性，减少碳纤维断丝或开裂；(3)在碳纤维表面 引入活性基团，使碳纤维、上浆剂和基体之间易于浸润并形成牢固的界 面化学键作用力，避免或减少复合材料后加工与成品制件缺陷。

碳纤维上浆方法主要有浸渍法、喷涂法等。浸渍法碳纤维上浆方法 操作简单：碳纤维通过进入上浆剂浸渍，通过控制上浆剂的种类、浓度 与碳纤维的浸渍时间来使碳纤维达到浸润，是国内外工业化碳纤维生产 的主流上浆工艺路线；喷涂法是用喷枪将上浆剂喷射到碳纤维的表面， 然后经过烘箱烘干后，挥发掉溶剂，在纤维表面形成保护膜，该工艺因需要复杂的环保措施与碳纤维上浆剂保护膜不均匀且对运行中的碳纤维 产生侧向冲击未被产业化应用。

碳纤维上浆剂能否均匀涂覆在碳纤维的表面与碳纤维的性能品质高 低、是否能工业化安稳生产与能否顺利进入后道市场应用密切相关。国 产碳纤维现存的毛断丝现象、优级品率难以达到百分之百且上浆后的碳 纤维的外观、退绕性、分纤性、同级产品的束丝强度与日本东丽碳纤维 仍存有一定差距的主要问题之一是现有浸渍工艺上浆装置的上浆效率与 上浆均匀性有待改进。

现有工业化碳纤维上浆装置为五辊上浆槽，其中两辊部分或全部浸 渍于上浆剂中，浸渍后的碳纤维在上浆剂中经历两只上浆剂导辊两次扩 幅挤压上浆，完成上浆后碳纤维再经一对控将辊对上浆后的碳纤维进行 上浆挤压，挤压压力来自工厂压缩空气管网压力。因压缩空气用户较 多，导致管网压力经常处于波动状态，因此导致对上浆碳纤维上的上浆 剂挤出量造成波动，从而导致碳纤维单丝上浆均匀性与上浆率波动。

国内发明专利‘试验用碳纤维上浆装置’(CN 105525466A)涉及到 上浆工艺装置流程与示意图，特别是对上浆槽的导辊、扩幅装置、上浆 液循环泵、溢流口、上浆管道、上浆管口位置均有述及，但其上浆槽类 型是常规长方矩形，该槽导轨辊扩幅性能差，且仅有恒定液位功能，无 排液能力，该上浆装置试验结束后，浸渍辊下部的上浆剂无法使用且排 污清理困难；其导辊是四辊两浸渍辊，无控制上浆剂含量的上浆剂压 辊，但限定了陶瓷材质，预计该上浆装置因无压辊，将导致碳纤维烘干 能耗极高；其涉及到上浆液循环泵，但该泵仅打循环，无具体泵型、技 术参数及其它功能限定；其溢流口、上浆管口有前后位置要求，但无具 体高度限定；该发明专利为实验装置，最大生产能力为六个锭位(6束 碳纤维)。

CN105348768A专利‘碳纤维增强热塑性树脂复合材料的制备方法 及装置，涉及的制备方法与装置为碳纤维退浆装置，其它退浆后进行电 渡后未进行上浆，直接进入模头造粒。

国外现无专门的工业化上浆装置报道，相近专利文献中：三菱丽阳 株式会社CN1537188A--碳纤维用上浆剂、使用该上浆剂的碳纤维上浆 方法、上浆剂处理过的碳纤维和使用该碳纤维的编织物发明专利中的上 浆方法只涉及上浆剂原料组成、pH区域与用途，对浸渍方法与装置未 作介绍；三菱丽阳CN104603351A发明专利报道了一种树脂增强用碳纤维束及其制造方法以及碳纤维增强热塑性树脂组合物与成型品中仅涉 及上浆剂基团类别、组份、上浆时间与上浆槽浸长，并未其它工艺、装 置信息；