一种碳纤维上浆设备及控制方法

1.本发明涉及碳纤维上浆处理技术领域，尤其涉及一种碳纤维上浆设备 及控制方法。


背景技术：

2.碳纤维具有比强度高、比模量高、质量轻、抗疲劳性能好及减振性能 良好等优点，被广泛应用于航空航天、能源、汽车等众多领域。碳纤维通 过上浆，在碳纤维材料表面形成保护膜，避免碳纤维吸附空气中的粉尘和 水分，且避免后续加工程度中的磨损。上浆主要把将碳纤维丝束浸润在上 浆液中，经过上浆液与丝束充分接触，在丝束的单丝表面形成皮膜。
3.现有技术中，浆液不易流动到丝束内部，丝束中的内部单丝和外部单 丝上浆不均匀、单丝表面上浆不均匀、上浆过程中碳纤维表面出现起毛、 浆皮等杂质。同时，上浆过程中需要进行人工干预，浆液沉淀后需要反复 清洗设备管道，并除去停机后上浆管道内滞留空气，避免设备开机控制不 稳定。
4.专利文献cn216006274u公开了一种碳纤维长丝束加工用上浆设备， 通过设置多组过辊轮，保证碳纤维长丝束能在上将液中展开，并与上浆液 充分接触，使得上浆液更容易与碳纤维结合。但是该方法容易出现起毛、 浆皮等问题，同时需要对上浆液长时间不搅拌会存在颗粒沉淀问题。
5.专利文献cn114438681a公开了一种随着上浆液液量变化而自动调 节的碳纤维上浆设备，包括上浆池本体，所述上浆池本体上设置有密封调 节室，密封调节室内侧壁上相互对称设置有正电极板和负电极板，密封调 节室上密封连通有转换室，转换室内储存有电介质液，转换室上密封连通 有u型管一，上浆池本体上密封连通有u型管二，u型管一和u型管二 之间密封连接有气压调节囊，气压调节囊上连接有调节机构，驱动机构上 连接有转换轴，转换轴上均匀设置有叶轮。该方法采用高浓度会流向浓度 的原理，通过电解法使得上浆液中的离子做定向移动。但该方法未考虑到 上将液在长期静置，颗粒堆积后因质量过大无法定向移动的问题。


技术实现要素：

6.针对现有问题，本发明提供了一种设计合理、使用方便的碳纤维上浆 设备，增设了搅拌机构保证浆槽内上浆液浓度均匀，使得上浆液更容易与 碳纤维结合，从而提高上浆的效率。
7.为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：所述碳纤维上浆设 备包括为碳纤维上浆的上浆装置，用于防止上浆装置内上浆液溢出的溢流 装置，为上浆装置补充损耗上浆液的补液装置以及与所述上浆设备配套的 控制系统，所述上浆装置包括存放上浆液的浆槽，用于引导碳纤维浸润在 上浆液中的纤维过辊组，以及用于刮起浆槽底部沉淀物的搅拌机构，所述 搅拌机构包括横跨所述浆槽上方的滑轨和与滑轨滑动配合的刮板。
8.优选的，所述碳纤维上浆设备的上浆装置、溢流装置以及补液装置依 次连通形成闭环，所述溢流装置通过溢流泵将溢流上浆液转入至所述补液 装置，所述补液装置通过补液泵将处理后的上浆液补充至所述上浆装置， 从而提高了上浆液的利用率。
9.优选的，所述溢流装置与补液装置的输入端均带有用于过滤上浆液杂 质的过滤网，避免上浆液中杂质影响碳纤维的上浆效果。
10.优选的，所述溢流装置与补液装置的储液筒内设有自上而下插入上浆 液的液位传感器，避免储液筒内上浆液上下波动时，影响液位传感器对液 面高度的检测准确度。
11.优选的，所述液位传感器的感应探头直接与上浆液接触，避免上浆液 颗粒堵塞保护罩的流通口，从而影响检测效果。
12.优选的，所述搅拌机构还包括为刮板做往复运动提供动力的伺服电 机，所述伺服电机通过控制系统完成刮板在浆槽内的单向行程多段启动运 动，从而增加了刮板在运行过程中的多动次数与抖动幅度，避免上浆液沉 淀堆积在槽底，从而保证上浆液的浓度均匀。
13.优选的，所述伺服电机的频率优选范围为7～10hz，避免搅拌频率过 高导致上浆液洒出浆槽外造成浪费。
14.本发明还提供了一种上浆设备的控制方法，所述控制方法适用于如权 利要求1-5任一所述的碳纤维上浆设备，用于解决各装置之间管道堵塞问 题，包括：
15.步骤1、通过控制系统对设备内各装置进行开机预处理；
16.步骤2、根据设备的得失电时间与液位传感器采集的数据，调节溢流 泵和补液泵的供液频率，分别获得溢流泵和补液泵一个时间段内的启停次 数及对应的平均流速；
17.步骤3、沿碳纤维传动方向等间距划分浆槽长度，获得刮板启停次数；
18.步骤4、根据步骤2的供液启停次数与步骤3获得的刮板启停次数， 通过控制系统对设备进行调控，完成碳纤维的上浆工作。
19.优选的，所述步骤1中的开机预处理，采用间歇式启停溢流泵或/和补 液泵的方法，直至各装置之间的浆液流速保持一致。
20.具体的，所述步骤2的具体过程如下：
21.步骤2-1、当装置内浆液液面高于预设上限值时开启泵，同时重新记 录得电时间和记录当前失电时间；
22.当装置内浆液液面低于设下限值时关闭泵，同时重新记录失电时间和 记录当前得电时间；
23.步骤2-2、根据步骤2-1获得的得电时间和失电时间，根据预设的供 液流速调节泵的供液频率，获得对应的供液启停次数。
24.优选的，所述控制系统还设有预警功能，当实时浆液流速低于平均流 速的30％时，发出报警并执行开机预处理，避免出现管道堵塞影响设备的 正常运行。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果：
26.(1)增设搅拌机构，通过伺服电机与控制系统完成刮板在浆槽内的 单向行程多段启停运动，从而解决上浆液沉淀堆积问题，保证碳纤维上浆 的均匀度。
27.(2)通过设定开机预处理，解决长时间上浆液沉淀堵塞管道的问题， 从而保证设备运行更加流程。
附图说明
28.图1为本发明提供的一种碳纤维上浆设备的结构示意图；
29.图2为本发明提供的一种碳纤维上浆设备的具体机构分布图；
30.图3为本发明提供的一种用于碳纤维上浆设备的控制方法流程图。
具体实施方式
31.如图1所示，一种碳纤维上浆设备包括上浆装置a，溢流装置b，补 液装置c以及与上浆设备配套使用的控制系统。
32.如图2所示，上浆装置a中通过纤维过辊组(包括进纱过辊a6，浸没 在浆液中过辊a3以及出纱过辊a10)将碳纤维束a7引导至浆槽a8内浸润； 同时启动搅拌电机a2驱动滑块a5在滑轨a11上做单向行程多段启停运动， 从而带动下方刮板a4将浆槽a8底部的沉淀物刮起，使得整个上浆液的浓 度保持均匀；根据浆槽液位计a13采集数据控制排空阀a9与补液阀c8的 开闭动作，保证浆槽a8内上浆液维持不变。
33.其中，单向行程多段启停运动的具体过程如下：
34.搅拌电机a2驱动搅拌电机丝杆正反旋转，搅拌滑块a5与搅拌电机丝 杆滚珠配合，搅拌滑块a5、链接杆a12、刮板a4与通过螺纹链接，刮板 a4布置在浆槽a8底部上方与上浆槽纤维过辊a3下方的缝隙中且浸没在上 浆液a1中，搅拌电机a2带动刮板a4在浆槽a8内来回运动，刮板a4通过 不断来回撞击浆液a1实现均匀分散上浆液a1、防止上浆液a1颗粒沉淀， 实现了对碳纤维束a7的均匀上浆。
35.同时把浆槽单程a-an分成aa1、a1a2、a2a3
…
an-1an多段行程， 通过增加电机的单向行程中的启停次数、各段的启停速度、启停加减速度 来增加刮板a4移动过程的抖动性，来进一步优化上浆效果。
36.此外，浸没在浆液中过辊a3在浆槽a5中呈高低错位布置，增加碳纤 维束a7在上浆液中的浸润时间。
37.溢流装置b主要包括溢流筒b1、搅拌电机b7、搅拌叶片b2、溢流筒 液位传感器b6、溢流泵b4、过滤网b5、溢流筒测速计b8；
38.搅拌电机b7驱动搅拌叶片b2对溢流筒内的浆液进行搅拌；而上浆装 置a布置在溢流装置b的上方，上浆装置a溢流出的浆液在重力作用下流 入溢流装置b，过滤网b5设置在溢流装置b的上方用来过滤上浆装置a 在上浆过程中碳纤维束产生的毛团与杂质；溢流泵b4设置在溢流筒b1的 下面，溢流泵b4把溢流筒内的浆液输送到补偿装置c的入口；溢流筒测 速计b8实时监测溢流筒内浆液的流速；搅拌电机b7、溢流泵b4转速分别 可以通过各自的变频器来控制。
39.补液装置c主要包括补液筒c1、搅拌电机c7、搅拌叶片c2、过滤网 c5、补液筒液位传感器c6、浓度计c10、补液泵c4、补液筒测速计c9、 储液装置d、浓液装置e；
40.过滤网c5设置在补液筒c1上方，用来过滤溢流泵b4传输液中的毛 团与杂质；储液装置d、浓液装置e设置在补液筒c1的上方，储液装置d、 浓液装置e中的液体通过自重流入到补液筒c1中；储液装置d、浓液装置 e用于补偿上浆装置a在对线束上浆过程中引起的浆液损失与浓度稀释； 补液筒c1的浆液通过补液泵c4输送到上浆装置a的入口处；搅拌电机c7 带动搅拌叶片c2对补液筒的浆液进行搅拌，补液筒测速计c9实时监测补 液筒c1浆液的
流速；搅拌电机c7、补液泵c4转速分别可以通过各自的变 频器来控制。
41.如图2所示，为了解决各装置之间管道堵塞问题，本发明还提供了一 种配套使用的控制方法，包括：
42.步骤1、通过控制系统对设备内各装置进行开机预处理：
43.溢流筒液位传感器b6能检测溢流筒b1内浆液的高度，溢流泵自动程 序：1、当溢流筒内浆液高度高于溢流筒浆液设定上限值时，系统自动开 启溢流泵b4，溢流筒内的浆液通过溢流泵b4输送到补偿装置c的入口， 同时溢流泵得电定时器t0重新计时、溢流泵失电定时器t1停止计时；
44.2、当溢流筒内浆液高度低于溢流筒b1浆液下限设定值时，系统关闭 溢流泵b4，同时溢流泵得电定时器t0停止计时，溢流泵失电定时器t1 重新计时。
45.补液筒液位传感器c6能检测补液筒c1内浆液的高度，补液泵自动程 序：1、当补液筒内浆液高度高于补液筒浆液上限设定值时，系统自动开 启补液泵c4，补液筒内的浆液通过补液泵c4输送到上浆装置a的入口， 同时补液泵得电定时器t10重新计时、补液泵c4失电定时器t11停止计 时；
46.2、当补液筒内浆液高度低于补液筒浆液高度下限设定值时，系统关 闭补液泵c4，同时补液泵得电定时器t10停止计时，补液泵失电定时器 t11重新计时。
47.上浆装置长时间停机时不可避免地出现浆液沉淀物堵塞溢流泵b4现 象，造成溢流泵b4无法正常工作；设备采用重新上电时自动或者中途手 动选择溢流泵开机程序，溢流泵开机程序采用间歇式启停溢流泵b4的方 法来排空堵塞的颗粒与滞留空气，本发明间歇启停过程中得电与失电时间 分别采取t0/5,t1/5；当溢流泵b4的实际流速v0’稳定到达溢流泵b4正 常工作的流速v0时，溢流泵开机程序自动切换到溢流泵自动程序。
48.步骤2、根据设备的得失电时间与液位传感器采集的数据，调节溢流 泵和补液泵的供液频率，分别获得溢流泵和补液泵一个时间段内的启停次 数及对应的平均流速：
49.系统正常运行下:溢流泵循环周期t＝t0 t1,定时器t0反应循环周期 溢流泵b4得电的时间,定时器t1反应循环周期溢流泵b4失电的时间， 通过控制溢流泵变频器的频率来优化循环周期t，从而改变同一时间段内 溢流泵的启停次数，提高溢流泵控制频率缩短循环周期t、降低溢流泵控 制频率延长循环周期t；保存溢流泵的正常流速为v0；
50.系统正常运行下：补液泵启停的循环周期t’＝t10 t11,定时器t10 反应循环周期补液泵c4得电时间,定时器t11反应循环周期补液泵c4失 电的时间，通过控制补液泵变频器的频率来优化循环周期t’，从而改变 同一时间段内补液泵的启停次数，提高补液泵控制频率缩短循环周期t’、 降低补液泵控制频率延长循环周期t’，保存补液泵的正常流速为v1。
51.步骤3、沿碳纤维传动方向等间距划分浆槽长度，获得刮板启停次数；
52.步骤4、根据步骤2的供液启停次数与步骤3获得的刮板启停次数， 通过控制系统对设备进行调控，完成碳纤维的上浆工作。