一種碳纖維中試上漿干燥裝置的制作方法

本發明涉及一種碳纖維中試上漿干燥裝置，屬于碳纖維生產設備技術領域。

背景技術：

碳纖維是碳含量在90％以上的無機高分子纖維，除了具有一般碳素材料的耐高溫、耐摩擦、耐腐蝕及導電導熱等特性以外，還具有柔軟可加工性、質量輕、比強度大等特性，從而被廣泛應用到軍事、紡織、體育器材、化工、醫療器械及機械加工等諸多領域。

聚丙烯腈碳纖維的制備過程包括原料聚合、轉向紡絲、水洗、干燥致密化、預氧化、炭化、上漿干燥等。其中，上漿干燥是碳纖維制備過程中的最后一道工序，其主要目的是提高碳纖維的集束性、耐磨性、抗吸水性等性能，以提高纖維的加工性能，便于應用。

碳纖維的上漿干燥過程受很多因素影響，如上漿過程中輥子的轉動速度、拉伸握持的強度、干燥過程中氣體的溫度、流速等因素都會對纖維絲束上漿的均勻性，絲束的集束性等性能產生影響。在改變生產工藝以及制備不同性能不同級別的碳纖維產品時，往往需要對上漿干燥的工藝進行調整。雖然目前在碳纖維生產中已存在一些上漿干燥設備，但這些設備是為實際生產而設計，具有結構復雜，專用性強等特點，由于生產條件相對固定，生產條件和環境影響因素的調控范圍小，滿足不了中試調控的要求，同時，如果僅是簡單地將生產設備縮小，也需要將配套的輔助裝置也相應縮小，因此，并不能僅僅簡單通過縮小生產設備來進行中試。此外，如果要進行調試需要停止整個生產線。而一些微型或小型試驗用上漿干燥設備與生產體系相差較遠，利用其進行試驗調試獲得的結果可信性和參考價值偏低。因此，目前缺少一種結構簡單、與實際生產更加接近的碳纖維上漿干燥的中試設備。

技術實現要素：

為解決在碳纖維上漿干燥工藝調整過程中，調試成本高，影響生產進行，微型或小型設備與生產相差較遠，結果參考價值低等問題，本發明提供了一種碳纖維中試上漿干燥裝置，所采取的技術方案如下：

一種碳纖維中試上漿干燥裝置，該裝置包括上漿裝置2，干燥裝置3，以及牽伸絲束8通過上漿裝置2和干燥裝置3的牽伸裝置；

所述上漿裝置2包括上漿輥21，為上漿輥21提供動力的動力裝置，以及保溫夾層26；

所述干燥裝置3包括設有溫度傳感器32的干燥爐31，通過保溫管線33與干燥爐31連通的儲氣加熱罐34，以及通過進氣管35與儲氣加熱罐34連通的氣動調節閥37。

優選地，所述上漿干燥裝置還包括與牽伸裝置、上漿輥21的動力機構、溫度傳感器32、儲氣加熱罐34、氣動調節閥38連鎖的控制裝置5，以便對上漿干燥過程中絲束的牽引力、牽引速度、上漿過程的速度、上漿劑的溫度、上漿的時間、干燥溫度、干燥的速度、熱風的流速等因素或參數進行協同控制，以便于對上漿干燥工藝進行工藝優化。

所述控制裝置5可以是安裝有DCS系統和/或PLC系統的計算機控制系統，或者其他現有能夠實現控制功能的系統。具體的控制指令，本領域技術人員可根據實驗需要和具體需求進行編寫。

優選地，所述牽伸裝置，由牽伸機I1和牽伸機II4組成；牽伸機I1和牽伸機II4與牽伸輥連接的動力裝置與控制裝置5連鎖。

所述連鎖，可以是通過導線、電線、數據線等形式的電連接；也可以是通過網絡信號等形式的信號鏈接。

優選地，所述干燥爐31的加熱干燥腔兩端設有氣鎖38，從而在采用靜止干燥時對干燥空氣進行密封，保證干燥爐的加熱干燥腔內溫度的穩定性。

優選地，所述氣鎖38為迷宮式氣鎖。

優選地，儲氣加熱罐34連接有氣動調節閥37的一端還是有手動調節閥36。

優選地，所述上漿裝置2包括上漿槽，上漿輥21，導引輥24，與上漿輥21和導引輥24連接的動力裝置，以及包裹在上漿槽外部的保溫夾層26。

更優選地，在上漿槽的絲束引入和引出端各有一個上漿輥21和導引輥24；所述導引輥24位于上漿輥21的上方；所述上漿輥21部分或全部浸潤在上漿槽的上漿劑中。

更優選地，在上漿槽的底部設有與通過管道與外循環裝置連接的進液口22和出液口23。

更優選地，所述進液口22位于上漿槽絲束引出端；

所述出液口23位于上漿槽絲束引入端。

優選地，所述干燥裝置3的干燥爐31的干燥腔直徑為100～200mm，長度為1.2～2.5m。同時，在干燥腔的外部設有厚度為120～150mm的保溫層，保溫層為硅酸鋁棉，以保證隔絕生產過程中的溫度，保證爐內溫度在120～200℃，但路外溫度低于30℃。

相對于現有技術，本發明獲得的有益效果是：

本發明所提供的中試上漿干燥裝置，與實際生產的設備相似度高，并且可獨立調整上漿過程中絲束前進的速度、上漿速度、干燥的溫度、氣體流動速度等因素的精度，可模擬各級別高性能碳纖維的生產工藝，便于協同控制整個加工過程，能夠在調整工藝參數或生產不同性能不同級別的碳纖維獲取更加接近生產實際的技術信息。同時，本發明的裝置可單獨進行纖維絲束的上漿干燥過程，不會影響纖維生產的正常進行。

本發明所提供的中試上漿干燥設備可為積累高性能碳纖維生產工藝數據及指導產業化生產的提供依據。同時，可避免利用大型生產設備和產品工藝的進行試驗所帶來的能耗高，浪費大，環境污染嚴重的問題。

本發明所提供的裝置可對1～10束的碳纖維絲束進行上漿干燥測試，并可根據實驗要求等因素進行靈活調整。

附圖說明

圖1為本發明一種優選方案中碳纖維中試上漿干燥裝置的結構示意圖。

圖中：1，牽伸機I；2，上漿裝置；3，干燥裝置；4，牽伸機II；5，控制裝置；8，絲束；21，上漿輥；22，進液口；23，出液口；24，導引輥；25，齒輪箱；26，保溫夾層；31，干燥爐；32，溫度傳感器；33，保溫管線；34，儲氣加熱罐；35，進氣管；36，手動調節閥；37，氣動調節閥；38，氣鎖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明，但以下詳細說明不視為對本發明的限定。

圖1為本發明一種優選方案中碳纖維中試上漿干燥裝置的結構示意圖。從圖1可知，該上漿干燥裝置從右向左依次由牽伸機I 1，上漿裝置2，干燥裝置3以及牽伸機II 4組成。其中，牽伸機I 1和牽伸機II 4的設置相同，均為五輥牽伸機，5個牽伸輥三個上兩個下交錯設置。在牽伸輥的后側設有為牽伸輥提供動力的動力裝置，該動力裝置可以由電機及其減速機和齒輪箱組成。

上漿裝置2是由上漿槽，分別位于上漿槽內和上方的上漿輥21及導引輥24，包裹在上漿槽外側的保溫夾層26。其中，上漿輥21和導引輥24在上漿槽的絲束引入端和引出端各一個，并且在同一側的上漿輥21和導引輥24與為其提供動力的動力裝置的齒輪箱25連接。上漿槽的底部設有進液口22和出液口23，其中，進液口22位于絲束引出端，出液口23位于絲束8的引入端。進液口22和出液口23與上漿劑的循環系統相連。在使用時，可使上漿劑沿與絲束前進方向相反的方向流動。

干燥裝置3主要是由位于上部的干燥爐31和位于干燥爐底部的供熱裝置組成。干燥爐31設有一個沿其長度方向或軸向貫通的干燥腔，在加熱干燥腔的兩側可以設有氣鎖38，在采用密封靜止干燥時，可選用迷宮式氣鎖進行密封，以防止干燥用空氣從干燥腔兩側溢出，保證干燥腔內溫度的穩定性。相應地，在爐膛內設置潮濕空氣排出口，以便將干燥過程中產生的潮濕空氣排出。也可以不采用氣鎖38，在干燥腔進出口的兩側設置空氣回收裝置，吸走回收產生的氣體，以便于循環利用。在干燥爐31內設有3個溫度傳感器32，以便檢測和反饋干燥腔內不同位置的溫度信息。干燥爐31的底部為供熱裝置。供熱裝置內設有儲氣加熱罐34，對通過進氣管35輸入的空氣進行儲存和加熱。儲氣加熱罐34通過保溫管線33與干燥爐31的干燥腔中部連通，為干燥爐31提供干燥熱源。進氣管35的上設有手動調節閥36和氣動調節閥37，以便于通過手動或自動的方式控制進入到儲氣加熱罐34的進氣量以及空氣流速。儲氣加熱罐34上設有可以控制加熱的按鈕，以便于對加熱溫度進行手動控制。同時，為防止儲氣加熱罐34的熱量外泄，還可在其外部設置保溫層。其中，干燥爐31內的干燥腔的長度可設為2m，直徑為150mm，在干燥腔外部設有130mm厚的硅酸鋁棉保溫層，以保證爐內外的溫差恒定。在干燥腔內溫度達到200℃時，干燥腔外部仍能維持在30℃以下。

在這一優選方案中還設有控制裝置5。控制裝置5分別與牽伸機I 1、牽伸機II 4的動力機構、導引輥24和上漿輥21的動力機構、保溫夾層26的溫度調節機構、氣動調節閥37，儲氣加熱罐34以及溫度傳感器32進行連鎖。從而實現對絲束8牽引速度、上漿速度、上漿溫度、干燥溫度、干燥空氣量或干燥空氣流速等因素的單獨和協同控制，以便于優化上漿干燥工藝的工藝參數，適應生產不同要求的碳纖維。該控制裝置5可以是安裝有DCS或/和PLC控制系統的計算機系統，也可以是其他現有的能夠實現上述控制功能的控制功能。至于具體的控制指令，本領域技術人員可根據具體的實驗要求及實際情況編寫。

雖然本發明已以較佳的實施例公開如上，但其并非用以限定本發明，任何熟悉此技術的人，在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以做各種改動和修飾，因此本發明的保護范圍應該以權利要求書所界定的為準。