一種超薄碳纖維束的制備方法及設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及碳纖維生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超薄碳纖維束的制備方法及設(shè) 備。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前碳纖維的下游應(yīng)用逐漸普及，同時隨著科技的發(fā)展，碳纖維產(chǎn)品趨于超輕、超 薄、超強的方向發(fā)展。
[0003] 碳纖維表面上漿處理和烘干過程是碳纖維生產(chǎn)的必經(jīng)過程，碳纖維上漿后其表面 的水和樹脂是液體，液體受表面張力影響會收縮成小球的趨勢。在傳統(tǒng)的碳纖維生產(chǎn)工藝 中，通常在碳纖維上漿后就直接采用鼓風(fēng)式烘箱對碳纖維進行烘干，該過程中，碳纖維表面 的水和液態(tài)樹脂容易蒸發(fā)收縮，導(dǎo)致碳纖維烘干過程中絲寬收縮，該現(xiàn)象嚴重阻礙著超輕 或超薄的碳纖維產(chǎn)品的發(fā)展。因此，解決該問題對碳纖維產(chǎn)品的發(fā)展有著重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對碳纖維的生產(chǎn)工藝，提供一種超薄 碳纖維束的制備方法，該方法可在不破壞碳纖維材料原有特性的情況下，提升碳纖維絲寬， 以滿足下游超輕超薄產(chǎn)品的開發(fā)。
[0005] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于實現(xiàn)上述方法的超薄碳纖維束的制備設(shè)備。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種超薄碳纖維束的制備方法，包括以下步驟：
[0007] (1)碳纖維束放卷后，先送入上漿槽，通過預(yù)先制備的纖維處理劑，對碳纖維束進 行上漿處理；
[0008] (2)將表面帶有漿液的碳纖維束送入開纖定型裝置，通過開纖定型裝置中展紗對 輥的擠壓作用和漿液的潤滑作用，碳纖維束被均勻地展寬，同時碳纖維束中凹凸的纖維也 被壓平整；然后通過開纖定型裝置中的熱輥對碳纖維束進行定型，使碳纖維束保持展寬后 的絲寬，且碳纖維束的含水率小于1% ;
[0009] (3)將經(jīng)過開纖定型的碳纖維束送入干燥箱進行烘干，然后進行碳纖維束收卷。 [0010] 上述方法中，所述步驟（1)中，纖維處理劑由水性乳液、離子交換水和滲透劑復(fù)配 而成，具體通過以下方法制得：
[0011] a、往配制釜中投入恒定重量的離子交換水，配制釜中的溫度為20~30°C ;
[0012] b、往配制釜中投入恒定重量的水性乳液，配制釜中的溫度為20~30°C ;
[0013] c、往配制釜中投入水溶液濃度為0. 1 %的滲透劑，溫度20~30 °C ;
[0014] d、攪拌配制爸中的混合液，攪拌速度為50~70rpm，攪拌時間為30min，然后轉(zhuǎn)移 到上漿槽中使用。
[0015] 所述水性乳液的連續(xù)相為水，水性乳液為環(huán)氧水性乳液、聚氨酯水性乳液、聚酯水 性乳液或酚醛水性乳液中的一種。
[0016] 所述離子交換水為電導(dǎo)率小于lus/cm的離子交換水。
[0017] 所述滲透劑為非離子類或陰離子類的滲透劑，滲透劑作為表面活性劑，其主要作 用是降低乳液表面張力。
[0018] 所述步驟（2)中，開纖定型裝置中展紗對輥上的間隙為0. 05~0. 175mm，熱輥的溫 度為100~260°C。
[0019] 所述步驟（2)中，熱輥對碳纖維束進行定型時，碳纖維束所受的牽伸力、碳纖維束 與熱輥切線的反向摩擦力和熱輥對碳纖維束切線垂直方向的合力，抵抗?jié){液中水滴的收縮 力（由于水表面張力很大，定型過程，水滴蒸發(fā)收縮，碳纖維束有收縮的張力，熱輥可以在 碳纖維束的定型過程中有效抵抗水的張力收縮），以保證碳纖維束定型前和定型后的絲寬 尺寸一致，定型過程不收縮。
[0020] 本發(fā)明一種用于上述方法的超薄碳纖維束的制備設(shè)備，包括放卷輥、上漿槽、開纖 定型裝置、干燥箱和收卷輥，按照碳纖維束的輸送方向，放卷輥、上漿槽、開纖定型裝置、干 燥箱和收卷輥依次設(shè)置；
[0021] 開纖定型裝置包括支架、熱輥、水平調(diào)節(jié)輥和多組展紗對輥，按照碳纖維束的輸送 方向，多組展紗對輥、熱輥和水平調(diào)節(jié)輥依次設(shè)置；每組展紗對輥設(shè)有一臺液壓升降機，各 液壓升降機固定于支架上，熱棍兩端與支架固定連接，水平調(diào)節(jié)棍的旋轉(zhuǎn)軸兩端也與支架 固定連接；碳纖維束輸送時，熱棍固定不轉(zhuǎn)動。
[0022] 所述展紗對輥包括結(jié)構(gòu)相同的上輥筒和下輥筒，上輥筒和下輥筒的轉(zhuǎn)向相反，上 輥筒和下輥筒的旋轉(zhuǎn)軸兩端分別與液壓升降機連接，通過液壓升降機調(diào)節(jié)上輥筒和下輥筒 之間的間隙，間隙為碳纖維束的輸送面；
[0023] 展紗對輥有3組，各組展紗對輥的輸送面位于同一水平面上。
[0024] 其中，上輥筒和下輥筒之間的間隙為0. 05~0. 175mm ;間隙精度控制為0. 001mm， 展紗對輥的運行方式是隨纖維轉(zhuǎn)動，通過調(diào)節(jié)間隙的寬度，可實現(xiàn)不同絲寬的碳纖維束；
[0025] 上輥筒和下輥筒的表面粗糙度分別為Ra = 0. 1，上輥筒和下輥筒均為不銹鋼輥 筒；
[0026] 上棍筒的半徑和下棍筒的半徑均為5~15cm，熱棍的半徑為10~35cm，且熱棍的 半徑至少為上輥筒或下輥筒半徑的2倍；其中，上輥筒的半徑和下輥筒的半徑不宜過大，由 于靠碳纖維束的摩擦力對上輥筒和下輥筒提供驅(qū)動動力，若半徑過大，則容易產(chǎn)生斷絲現(xiàn) 象；
[0027] 熱輥為不銹鋼輥筒，熱輥的表面粗糙度Ra = 0. 1，熱輥的溫度為100~260°C。
[0028] 水平調(diào)節(jié)輥為不銹鋼輥筒，水平調(diào)節(jié)輥的表面粗糙度Ra = 0. 1 ;
[0029] 其中，展紗對輥、熱輥和水平調(diào)節(jié)輥的表面粗糙度可根據(jù)碳纖維束的實際要求進 行選擇，要求碳纖維束不被掛傷即可。
[0030] 所述支架上固定有展紗對輥間隙控制器和熱輥溫度控制器，各組展紗對輥對應(yīng)的 液壓升降機分別與展紗對輥間隙控制器電氣連接，熱輥與熱輥溫度控制器電氣連接。通過 展紗對輥間隙控制器，可實時檢測展紗對輥中上輥筒和下輥筒之間的間隙是否處于預(yù)設(shè)范 圍內(nèi)，同時可控制各液壓升降機調(diào)節(jié)相應(yīng)的間隙。通過熱輥溫度控制器，可實時檢測熱輥的 溫度是否處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，同時可控制熱輥外接的加熱器，對熱輥的溫度進行調(diào)節(jié)。
[0031] 上述設(shè)備結(jié)構(gòu)中，開纖定型裝置中設(shè)置展紗對輥的目的是對碳纖維束和其表面的 漿液進行擠壓，通過擠壓可以把碳纖維束均勻地展寬（擠壓過程碳纖維束中凹凸的纖維被 壓平整，由于擠壓和漿液的潤滑作用，碳纖維束被均勻地展寬），從而提高了碳纖維束的絲 寬和平整性。設(shè)置熱輥的目的是碳纖維束在熱輥定型過程中穩(wěn)定其絲寬，原理是碳纖維束 定型過程受的牽伸力、碳纖維束與輥切線的反向摩擦力、熱輥對碳纖維束切線垂直方向的 合力抵抗?jié){液中水滴的收縮力（由于水表面張力很大，定型過程，水滴蒸發(fā)收縮，碳纖維束 有收縮的張力，熱輥可以在碳纖維束的定型過程中有效抵抗水的張力收縮），以保證碳纖維 束定型前和定型后的絲寬尺寸一致，定型過程不收