一种碳纤维连续上浆装置和上浆方法与流程

1.本发明涉及碳纤维生产设备技术领域，尤其涉及一种碳纤维连续上浆装置和上浆方法。


背景技术：

2.在碳纤维碳化生产过程中，上浆处理和上浆干燥是非常重要的一道工序，需要对无张力情况下处于蓬松状态的碳纤维进行上浆、烘干处理，使碳纤维卷绕集束成形。上浆剂作为连续碳纤维与基体树脂的界面层，将载荷由基体传递到纤维上，起到增强纤维体与基体树脂的浸润性和渗透性，提高树脂与纤维的界面粘合强度的作用。
3.在浸润式上浆工艺中，由于碳纤维丝束输送至上浆装置时展纱效果不好，丝束铺展的厚度在其输送宽度方向上偏差较大，导致单丝与单丝之间的上浆均匀性差，在丝束克重改变后，不便于及时调整浆液浓度，且随着碳纤从浆液中穿过消耗浆液，不能精确监控浆液液位，影响碳纤持续上浆的稳定性。
4.鉴于上述问题的存在，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种碳纤维连续上浆装置和上浆方法，使其更具有实用性。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种碳纤维连续上浆装置和上浆方法，可有效解决背景技术中的问题。
6.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种碳纤维连续上浆装置，包括支撑框架、生产浆槽和测试浆槽，所述生产浆槽沿导丝方向固定在所述支撑框架上，且沿导丝方向在所述支撑框架的中部和尾端分别设置有第一平台和第二平台，所述第一平台和所述第二平台均位于所述生产浆槽上方并用于支撑所述测试浆槽，所述测试浆槽沿导丝方向设置；在所述支撑框架上对应所述生产浆槽沿导丝方向依次设置有导向辊组、浸渍辊组和第一压浆辊组，在所述测试浆槽处沿导丝方向依次设置有牵引辊组、上浆辊组和第二压浆辊组，在所述支撑框架上对应所述第一压浆辊组设置有动力装置；所述测试浆槽的进纱前端设置在所述第一平台上并与其滑动连接，所述测试浆槽的尾端通过连接座与所述第二平台固定连接，在所述第一平台与所述支撑框架之间设置有滑动组件，所述第一平台通过所述滑动组件沿导丝方向移动。
7.进一步的，所述浸渍辊组部分浸润在所述生产浆槽的浆液中，包括分别靠近所述生产浆槽长度两端设置的第一浸渍辊和第二浸渍辊；所述导向辊组包括第一导纱辊且其旋转轴心高于所述第一浸渍辊的旋转轴心；所述第一压浆辊组包括主动辊和第一下压辊，所述动力装置驱动所述主动辊转动，所述第一下压辊通过第一驱动组件驱动朝向所述主动辊压紧。
8.进一步的，所述牵引辊组包括沿导丝方向分别设置在所述测试浆槽上下两侧的第一牵引辊和第二牵引辊；所述上浆辊组部分浸润在所述测试浆槽的浆液中，包括靠近所述测试浆槽长度两端分别设置的第一过渡辊和第二过渡辊；所述第二压浆辊组包括第三过渡辊和第二下压辊，所述第二下压辊通过第二驱动组件驱动朝向所述第三过渡辊压紧。
9.进一步的，在所述第二平台上对应所述测试浆槽沿导丝方向设置有第二导纱辊和第三导纱辊；所述第二导纱辊和所述第三导纱辊均位于所述第二平台远离所述支撑框架的一侧，所述第三导纱辊位于所述第二导纱辊下方，所述第二导纱辊与所述第三过渡辊的外径相同且二者旋转轴心位于同一水平面。
10.进一步的，所述支撑框架包括支撑竖杆和设置其上的支撑横杆，所述支撑横杆沿导丝方向设置在所述生产浆槽的两侧用于支撑所述生产浆槽；所述导向辊组、所述浸渍辊组和所述主动辊分别安装在两侧所述支撑横杆的多个轴承座上并与其转动连接。
11.进一步的，在所述支撑竖杆的顶部设置有斜杆，所述斜杆位于所述主动辊的上方；所述第一驱动组件包括第一气缸和连杆，所述第一气缸输出轴和所述连杆的一端均与所述第一下压辊转动连接，所述第一气缸和所述连杆另一端分别与所述斜杆和所述支撑竖杆上的第一安装座和第二安装座铰接。
12.进一步的，在所述支撑横杆上沿其长度方向设置有导向杆，在所述第一平台底部设置有支座，在所述支座上设置有滑轮并与其转动连接，所述滑轮与所述导向杆滑动连接；在所述导向杆上设置有限位块并与其滑动连接，所述限位块通过顶紧螺栓与所述限位块固定连接。
13.进一步的，所述测试浆槽通过支撑架安装在所述第一平台和所述第二平台上，在所述支撑架上对称设置有两支杆；所述第二驱动组件包括设置在所述支杆上的摆臂和安装在所述支撑架上的第二气缸，所述摆臂中部与所述支杆转动连接，所述第二下压辊设置在所述摆臂的一端，所述摆臂的另一端与所述第二气缸输出轴相连。
14.进一步的，在所述支撑架底部设置有限位座，所述支撑架通过所述限位座与所述第一平台滑动连接，在所述限位座上沿导丝方向设置有限位孔。
15.一种碳纤维连续上浆装置的上浆方法，采用上述碳纤维连续上浆装置，包括以下步骤：在生产浆槽和测试浆槽中注入相同浓度的浆液；在大股碳纤维进给前段分出适应所述测试浆槽的小股碳纤丝束导向牵引辊组，在依次通过上浆辊组和第二压浆辊组，最后经由第二导纱辊和第三导纱辊导出；大股碳纤维通过导向辊组后，经过浸渍辊组使生产浆槽中的浆液渗透大股碳纤维，最后通过第一压浆辊组去除多余浆液后导出；在调整大股碳纤维克重前，预先调换导入测试浆槽中小股碳纤丝束的克重，并调节测试浆槽中浆液浓度，在第二平台上观察导出碳纤中浆液的渗透情况，再确定生产浆槽
中的浆液浓度；依据测试浆槽中的浆液浓度调节生产浆槽中的浆液浓度后调整大股碳纤维克重。
16.进一步的，小股碳纤丝束通过第二牵引辊底部导向第一牵引辊，由第一形态转换为第二形态；再从第一牵引辊顶部绕至第一过渡辊底部并以第三形态浸入测试浆槽中，在第三形态碳纤丝束渗透浆液后，通过第三过渡辊和第二下压辊的挤压排除多余浆液后，使碳纤丝束以第四形态导出。
17.本发明的有益效果为：本发明公开的碳纤维连续上浆装置，在不对碳纤维施加额外张力的情况下，将松散蓬松的碳纤丝束调整至规则形态并送至浆槽浆液中使其能够均匀浸渍浆液，并挤压去除多余浆液后导向烘干装置；其中，通过在上浆平台上设置测试浆槽，能够针对不同纱线规格调试浆液的配方浓度，具体在生产过程中需要调整纱线规格前，预先在测试浆槽中完成对应浆液浓度的测试调节，在不影响连续稳定生产的情况下，实现调换纱线规格后及时调整浆液浓度进行生产。
18.通过设置测试浆槽还能够在生产过程中，通过在第二平台上检测由测试浆槽导出的小股丝束上浆后浆液的浸透状况，判断浆槽中丝束上下浆液厚度对渗透效果的影响，并及时调整生产浆槽中的浆液量，在第二平台上通过测试浆槽能够更加直观得到碳丝浸渍浆液的效果，以及浆液浓度和厚度对浸渍效果造成的影响，便于及时对生产浆槽中的浆液做出调整，维持生产浆槽中纱线上浆稳定性的同时确保上浆效果。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明中碳纤维连续上浆装置的结构示意图；图2为本发明中碳纤维连续上浆装置的侧视图；图3为本发明中生产浆槽处上浆装置结构示意图；图4为本发明中生产浆槽处上浆装置的侧视图；图5为本发明中测试浆槽的安装示意图；图6为本发明中测试浆槽处上浆装置的侧视图；图7为图5中a处的局部结构放大图；图8为图5中b处的局部结构放大图；图9为本发明中测试浆槽处上浆装置的结构示意图；图10为本发明中测试浆槽中丝束上浆示意图；图11为本发明中测试浆槽中丝束形态示意图。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
22.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
23.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
24.如图1至图11所示的一种碳纤维连续上浆装置，包括支撑框架1、生产浆槽2和测试浆槽3，生产浆槽2沿导丝方向固定在支撑框架1上，且沿导丝方向在支撑框架1的中部和尾端分别设置有第一平台11和第二平台12，第一平台11和第二平台12均位于生产浆槽2上方并用于支撑测试浆槽3，测试浆槽3沿导丝方向设置；在支撑框架1上对应生产浆槽2沿导丝方向依次设置有导向辊组21、浸渍辊组22和第一压浆辊组23，在测试浆槽3处沿导丝方向依次设置有牵引辊组31、上浆辊组32和第二压浆辊组33，在支撑框架1上对应第一压浆辊组23设置有动力装置25；测试浆槽3的进纱前端设置在第一平台11上并与其滑动连接，测试浆槽3的尾端通过连接座351与第二平台12固定连接，在第一平台11与支撑框架1之间设置有滑动组件13，第一平台11通过滑动组件13沿导丝方向移动。
25.本发明公开的碳纤维连续上浆装置，在不对碳纤维施加额外张力的情况下，将松散蓬松的碳纤丝束调整至规则形态并送至浆槽浆液中使其能够均匀浸渍浆液，并挤压去除多余浆液后导向烘干装置；在本发明中，通过在上浆平台上设置测试浆槽3，能够针对不同纱线规格调试浆液的配方浓度，具体在生产过程中需要调整纱线规格前，预先在测试浆槽3中完成对应浆液浓度的测试调节，在不影响连续稳定生产的情况下，实现调换纱线规格后及时调整浆液浓度进行生产。
26.通过设置测试浆槽3还能够在生产过程中，通过在第二平台12上检测由测试浆槽3导出的小股丝束上浆后浆液的浸透状况，判断浆槽中丝束上下浆液厚度对渗透效果的影响，并及时调整生产浆槽2中的浆液量，在第二平台12上通过测试浆槽3能够更加直观得到碳丝浸渍浆液的效果，以及浆液浓度和厚度对浸渍效果造成的影响，便于及时对生产浆槽2中的浆液做出调整，维持上浆稳定性的同时确保上浆效果。
27.在本实施例中，如图3和图4所示，浸渍辊组22部分浸润在生产浆槽2的浆液中，包括分别靠近生产浆槽2长度两端设置的第一浸渍辊221和第二浸渍辊222；导向辊组21包括第一导纱辊211且其旋转轴心高于第一浸渍辊221的旋转轴心；第一压浆辊组23包括主动辊231和第一下压辊232，动力装置25驱动主动辊231转动，第一下压辊232通过第一驱动组件24驱动朝向主动辊231压紧。
28.大股碳纤维从第一导纱辊211顶部导向第一浸渍辊221底部并浸入生产浆槽2的浆液中，沿生产浆槽2长度方向输送至尾端的第二浸渍辊222后通过第一压浆辊组23除去多余
浆液后导向干燥装置。
29.进一步的，支撑框架1包括支撑竖杆14和设置其上的支撑横杆15，支撑横杆15沿导丝方向设置在生产浆槽2的两侧用于支撑生产浆槽2；导向辊组21、浸渍辊组22和主动辊231分别安装在两侧支撑横杆15的多个轴承座151上并与其转动连接。
30.在支撑竖杆14的顶部设置有斜杆141，斜杆141位于主动辊231的上方；第一驱动组件24包括第一气缸241和连杆242，第一气缸241输出轴和连杆242的一端均与第一下压辊232转动连接，第一气缸241和连杆242另一端分别与斜杆141和支撑竖杆14上的第一安装座142和第二安装座143铰接。支撑框架1作为支撑生产浆槽2的主体，结构稳固，其支撑横杆15上安装多个支撑辊筒的轴承座151，支撑竖杆14安装驱动组件驱动第一下压辊232配合支撑横杆15上的主动辊231挤压排除多余的浆液，同时使丝束中浸渍的浆液更加均匀。主动辊231通过动力装置25驱动转动，配合第一下压辊232从丝束两侧将其压紧的同时提供输送动力。
31.作为本实施例的优选，在支撑横杆15上设置轴承座151分别安装第一浸渍辊221和第二浸渍辊222时，设置第二浸渍辊222的旋转轴心略低于第一浸渍辊221的旋转轴心，增大碳纤维与第二浸渍辊222的包角；由于碳纤维与第一浸渍辊221和第二浸渍辊222的总角度之和不变，纱线在较大包角处更易产生毛丝；且纱线通过第一压浆辊组23的主动摩擦输送在挤压多余浆液同时会产生更多毛丝随浆液排至生产浆槽2中；第二浸渍辊222和第一压浆辊组23均靠近浆液流通循环装置的出液口，有利于浆液中毛丝的直接配出，避免影响碳纤维的上浆效果。
32.在本实施例中，如图5至图9所示，牵引辊组31包括沿导丝方向分别设置在测试浆槽3上下两侧的第一牵引辊311和第二牵引辊312；上浆辊组32部分浸润在测试浆槽3的浆液中，包括靠近测试浆槽3长度两端分别设置的第一过渡辊321和第二过渡辊322；第二压浆辊组33包括第三过渡辊331和第二下压辊332，第二下压辊332通过第二驱动组件34驱动朝向第三过渡辊331压紧。
33.其中，测试浆槽3通过支撑架35安装在第一平台11和第二平台12上，在支撑架35上对称设置有两支杆341；第二驱动组件34包括设置在支杆341上的摆臂342和安装在支撑架35上的第二气缸343，摆臂342中部与支杆341转动连接，第二下压辊332设置在摆臂342的一端，摆臂342的另一端与第二气缸343输出轴相连。
34.作为本实施例的优选，如图6所示，在第二平台12上对应测试浆槽3沿导丝方向设置有第二导纱辊121和第三导纱辊122；第二导纱辊121和第三导纱辊122均位于第二平台12远离支撑框架1的一侧，第三导纱辊122位于第二导纱辊121下方，第二导纱辊121与第三过渡辊331的外径相同且二者旋转轴心位于同一水平面。
35.第二导纱辊121与第三过渡辊331位于同一水平面，使从测试浆槽3中导出的碳纤丝束能够水平穿过第二平台12，使纱线在输送过程中维持导出测试浆槽3的浸渍形态，便于观测同时能够避免丝束上的浆液不会滴落至第二平台12上。
36.进一步的，如图7所示，在支撑横杆15上沿其长度方向设置有导向杆131，在第一平台11底部设置有支座132，在支座132上设置有滑轮133并与其转动连接，滑轮133与导向杆131滑动连接；在导向杆131上设置有限位块134并与其滑动连接，限位块134通过顶紧螺栓135与限位块134固定连接。第一平台11能够沿生产浆槽2浆液流动方向移动，能够观测到碳
纤维在生产浆槽2中的上浆状态，旋松顶紧螺栓135解除限位块134对第一平台11的固定，使第一平台11能够沿导向杆131移动，移至观测位置后再旋紧顶紧螺栓135，通过将限位块134与导向杆131顶紧固定实现第一平台11位置的固定。
37.如图8所示，在支撑架35底部设置有限位座352，支撑架35通过限位座352与第一平台11滑动连接，在限位座352上沿导丝方向设置有限位孔353。便于实现测试浆槽3与第一平台11之间的滑动，且不影响第一平台11对测试浆槽3的支撑。
38.本发明还进一步公开了一种碳纤维连续上浆装置的上浆方法，采用上述上浆装置包括以下步骤：在生产浆槽2和测试浆槽3中注入相同浓度的浆液；在大股碳纤维进给前段分出适应测试浆槽3的小股碳纤丝束导向牵引辊组31，在依次通过上浆辊组32和第二压浆辊组33，最后经由第二导纱辊121和第三导纱辊122导出；大股碳纤维通过导向辊组21后，经过浸渍辊组22使生产浆槽2中的浆液渗透大股碳纤维，最后通过第一压浆辊组23去除多余浆液后导出；在调整大股碳纤维克重前，预先调换导入测试浆槽3中小股碳纤丝束的克重，并调节测试浆槽3中浆液浓度，在第二平台12上观察导出碳纤中浆液的渗透情况，再确定生产浆槽2中的浆液浓度；依据测试浆槽3中的浆液浓度调节生产浆槽2中的浆液浓度后调整大股碳纤维克重。
39.进一步参见图10和图11所示，小股碳纤丝束通过第二牵引辊312底部导向第一牵引辊311，由第一形态4转换为第二形态5；再从第一牵引辊311顶部绕至第一过渡辊321底部并以第三形态6浸入测试浆槽3中，在第三形态6碳纤丝束渗透浆液后，通过第三过渡辊331和第二下压辊332的挤压排除多余浆液后，使碳纤丝束以第四形态7导出。
40.测试浆槽3处牵引辊组31、上浆辊组32和第二压浆辊组33分别与生产浆槽2处的导向辊组21、浸渍辊组22和第一压浆辊组23对应设置，在测试浆槽3中，通过第二牵引辊312、第一牵引辊311和第一过渡辊321，使碳纤丝束从蓬松状态调整至规则稳定形态，便于浆液从丝束上下两侧均匀浸透，确保测试浆槽3中碳纤维浸渍浆液效果的准确。
41.本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。