本发明公开了一种碳纤维的新型的上浆及定型系统和上浆工艺，该上浆及定型系统包括：上层上浆槽，包括带有夹套的第一温控系统，以及两个不锈钢光辊；下层上浆槽，与上层上浆槽沿竖直方向布置，该下层上浆槽包括带有夹套的第二温控系统以及两个不锈钢光辊；进口展丝系统，上层上浆槽和下层上浆槽的进口处共同连接该进口展丝系统；上层出口展丝系统，连接上层上浆槽的出口；下层出口展丝系统，连接下层上浆槽的出口；进口展丝系统、上层出口展丝系统和下层出口展丝系统均包括平行布置的两支辊，两支辊的两端轴承各置于同一滑道中。本发明的上浆及定型系统和上浆工艺避免了相邻碳丝的黏连，使得碳纤维丝幅宽度和上浆量一致性得到了极大改善。
1.一种碳纤维的上浆及定型系统，用于碳纤维的上浆处理，其特征在于，所述上浆及定型系统包括：上层上浆槽，所述上层上浆槽包括带有夹套的第一温控系统，所述第一温控系统用于调节所述上层上浆槽内浆剂的温度；以及两个不锈钢光辊，所述两个不锈钢光辊半浸入所述浆剂中；
下层上浆槽，所述下层上浆槽与所述上层上浆槽沿竖直方向布置，所述下层上浆槽包括带有夹套的第二温控系统，所述第二温控系统用于调节所述下层上浆槽内浆剂的温度；
以及两个不锈钢光辊，所述两个不锈钢光辊半浸入所述浆剂中；
进口展丝系统，所述上层上浆槽和所述下层上浆槽的进口处共同连接所述进口展丝系统，所述进口展丝系统包括平行布置的两支辊，所述两支辊的两端轴承各置于同一滑道中；
上层出口展丝系统，所述上层出口展丝系统连接所述上层上浆槽的出口，所述上层出口展丝系统包括平行布置的两支辊，所述两支辊的两端轴承各置于同一滑道中；
下层出口展丝系统，所述下层出口展丝系统连接所述下层上浆槽的出口，所述下层出口展丝系统包括平行布置的两支辊，所述两支辊的两端轴承各置于同一滑道中；以及导出辊，所述导出辊用于将分别从所述上层出口展丝系统和下层出口展丝系统的导出的经过上浆处理的碳纤维丝束合并导出。
2.根据权利要求1所述的上浆及定型系统，其特征在于，所述两支辊包括：第一挤压辊和第二挤压辊，其中所述第一挤压辊为可移动的，所述第二挤压辊为固定的，且所述第一挤压辊为胶辊，所述第二挤压辊为镜面光辊。
3.根据权利要求2所述的上浆及定型系统，其特征在于，所述镜面光辊的材质为不锈钢。
4.根据权利要求2所述的上浆及定型系统，其特征在于，所述滑道设置有标尺，用来测量所述第一挤压辊的挤压行程。
5.据权利要求1所述的上浆及定型系统，其特征在于，所述进口展丝系统、所述上层出口展丝系统和所述下层出口展丝系统均设置有手闸。
6.据权利要求5所述的上浆及定型系统，其特征在于，通过所述手闸控制两支挤压辊的闭合，从而挤压掉多余的浆剂，使得上浆量控制在1％-1.5％。
7.一种碳纤维的上浆工艺，其特征在于，所述上浆工艺包括如下步骤：(S1)配置一定浓度的浆剂，将所述浆剂搅拌均匀后经计量泵分别打入上层上浆槽和下层上浆槽中；
(S2)将经过水洗干燥处理后的碳纤维丝束导入进口展丝系统进行展丝处理；
(S3)分别开启所述上层上浆槽和所述下层上浆槽中的温控系统，当槽内温度稳定在23±2℃时，准备接入来自经所述展丝处理的所述碳纤维丝束；
(S4)将经所述展丝处理的所述碳纤维丝束进行编号，其中编号为奇数的丝束进入所述上层上浆槽，编号为偶数的丝束进入所述下层上浆槽中；
(S5)分别在所述上层上浆槽和所述下层上浆槽中进行上浆处理；
(S6)经过所述上浆处理的所述编号为奇数的丝束导入上层出口展丝系统，经过所述上浆处理的所述编号为偶数的丝束导入下层出口展丝系统；
(S7)将分别从所述上层出口展丝系统和下层出口展丝系统的导出的经过上浆处理的碳纤维丝束通过导出辊合并导出。
8.根据权利要求7所述的上浆工艺，其特征在于，步骤(S1)中的浆剂的浓度为5.1％。
9.根据权利要求7所述的上浆工艺，其特征在于，当所述丝束分别进入所述进口展丝系统、上层出口展丝系统和下层出口展丝系统处理时，通过闭合手闸来控制第一挤压辊的行程，使得所述第一挤压辊两侧的行程刻度始终保持一致，并挤压掉多余的所述浆剂，使得上浆量控制在1％-1.5％。
用于碳纤维的上浆及定型系统和上浆工艺
技术领域
[0001] 本发明属于碳纤维生产技术领域，具体涉及一种用于碳纤维的上浆及定型系统和上浆工艺。
背景技术
[0002] 碳纤维是一种新型复合材料，具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、传热和热膨胀系数小等优异性能。碳纤维复合材料既可作为结构材料承载负荷，又可作为功能材料发挥作用。因此，近年来碳纤维的应用的发展十分迅速，在航空航天、汽车、能源、建筑、运动器材等众多领域均得到了广泛的应用。在碳纤维碳化中，上浆处理是非常重要的一道工序，上浆的目的是赋予碳纤维集束性、耐磨性、抗吸水性等，以便于碳纤维的后续应用。
[0003] 上浆工序直接决定了碳纤维的上浆均匀性、碳纤维丝束的宽度和外表形态，对碳纤维的后续应用有重要的影响。如果碳纤维的上浆量不均匀、碳纤维丝束的宽度和外表形态不规整，那么在将碳纤维制造成预浸料或编织成织物时，其工艺性会比较差，预浸料和编织物的形态难以精确控制，进而影响最终复合材料的性能。
[0004] 目前的国产碳纤维上述问题非常突出，在生产过程中都使用单层和单槽的上浆工艺，所有丝束全部排布在一起进入同一个上浆槽内进行上浆，因而会导致上浆后并丝黏连的情况，从而导致成品碳纤维的毛丝多、丝幅宽度不均匀以及上浆量不均等问题。当前国内碳纤维丝幅宽度为5-6.8mm。因此，现有的碳纤维上浆工艺已成为制约国产碳纤维质量的一个重要因数。
[0005] 公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于提供一种用于碳纤维的上浆及定型系统，从而克服现有技术的缺点。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供了一种用于碳纤维的上浆及定型系统，用于碳纤维的上浆处理，该上浆及定型系统包括：上层上浆槽，该上层上浆槽包括带有夹套的第一温控系统，第一温控系统用于调节上层上浆槽内浆剂的温度；以及两个不锈钢光辊，两个不锈钢光辊半浸入浆剂中；下层上浆槽，下层上浆槽与上层上浆槽沿竖直方向布置，下层上浆槽包括带有夹套的第二温控系统，第二温控系统用于调节下层上浆槽内浆剂的温度；以及两个不锈钢光辊，两个不锈钢光辊半浸入浆剂中；进口展丝系统，上层上浆槽和下层上浆槽的进口处共同连接进口展丝系统，进口展丝系统包括平行布置的两支辊，两支辊的两端轴承各置于同一滑道中；上层出口展丝系统，上层出口展丝系统连接上层上浆槽的出口，上层出口展丝系统包括平行布置的两支辊，两支辊的两端轴承各置于同一滑道中；下层出口展丝系统，下层出口展丝系统连接下层上浆槽的出口，下层出口展丝系统包括平行布置的两支辊，两支辊的两端轴承各置于同一滑道中；以及导出辊，用于将分别从上层出口展丝系统和下层出口展丝系统的导出的经过上浆处理的碳纤维丝束合并导出。
[0008] 优选地，上述技术方案中，两支辊包括：第一挤压辊和第二挤压辊，其中第一挤压辊为可移动的，第二挤压辊为固定的，且第一挤压辊为胶辊，第二挤压辊为镜面光辊。
[0009] 优选地，上述技术方案中，镜面光辊的材质为不锈钢。
[0010] 优选地，上述技术方案中，滑道设置有标尺，用来测量第一挤压辊的挤压行程。
[0011] 优选地，上述技术方案中，进口展丝系统、上层出口展丝系统和下层出口展丝系统均设置有手闸。
[0012] 优选地，上述技术方案中，通过手闸控制两支挤压辊的闭合，从而挤压掉多余的浆剂，使得上浆量控制在1％-1.5％。
[0013] 本发明的另一目的是提供一种碳纤维的上浆工艺，该上浆工艺包括如下步骤：
[0014] (1)配置一定浓度的浆剂，将浆剂搅拌均匀后经计量泵分别打入上层上浆槽和下层上浆槽中；(2)将经过水洗干燥处理后的碳纤维丝束导入进口展丝系统进行展丝处理；(3)分别开启上层上浆槽和下层上浆槽中的温控系统，当槽内温度稳定在23±2℃时，准备接入来自经进口展丝系统处理的碳纤维丝束；(4)将经进口展丝系统处理的碳纤维丝束进行编号，其中编号为奇数的丝束进入上层上浆槽，编号为偶数的丝束进入下层上浆槽中；
(5)分别在上层上浆槽和下层上浆槽中进行上浆处理；(6)经过上浆处理的编号为奇数的丝束导入上层出口展丝系统，经过上浆处理的编号为偶数的丝束导入下层出口展丝系统；(7)将分别从上层出口展丝系统和下层出口展丝系统的导出的经过上浆处理的碳纤维丝束通过导出辊合并导出。
[0015] 优选地，上述技术方案中，步骤(1)中的浆剂的浓度为5.1％；
[0016] 优选地，上述技术方案中，当丝束分别进入进口展丝系统、上层出口展丝系统和下层出口展丝系统处理时，通过闭合手闸来控制第一挤压辊的行程，使得第一挤压辊两侧的行程刻度始终保持一致，并挤压掉多余的所述浆剂，使得上浆量控制在1％-1.5％。
[0017] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0018] 本法明的上浆及定型系统结构设计合理，节省空间，通过设置上下两层上浆槽，避免了相邻的碳纤维丝束在上浆过程中的并丝与黏连，使得碳纤维丝束有足够的空间扩幅；由于相邻的碳丝不并黏连，使得碳纤维的毛丝量显著减少，丝幅宽度明显变宽，连续的进口展丝系统和上下两层出口展丝系统的挤压辊的设置使得丝幅宽度和上浆量一致性得到了极大的改善。
附图说明
[0019] 图1是根据本发明的碳纤维的上浆及定型系统的示意图；
[0020] 图2是根据本发明的上浆工艺的流程图。
[0021] 主要附图标记说明：
[0022] 1-碳纤维丝束，2-进口展丝系统，3-上层上浆槽，31-浆剂，32-不锈钢光辊，4-下层上浆槽，5-上层出口展丝系统，6-下层出口展丝系统，7-导出辊，8-第一挤压辊，9-第二挤压辊。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
[0024] 除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
[0025] 图1是根据本发明具体实施方式的上浆及定型系统的示意图。如图1所示，该上浆及定型系统包括：上层上浆槽3，下层上浆槽4，进口展丝系统2，上层出口展丝系统5，下层出口展丝系统6以及导出辊7。
[0026] 其中，上层上浆槽3包括带有夹套的第一温控系统，第一温控系统用于调节上层上浆槽31内浆剂的温度；以及两个不锈钢光辊32，两个不锈钢光辊32半浸入浆剂31中。下层上浆槽4，下层上浆槽4与上层上浆槽3沿竖直方向布置，下层上浆槽4包括带有夹套的第二温控系统，第二温控系统用于调节下层上浆槽4内浆剂的温度；以及两个不锈钢光辊32，两个不锈钢光辊32半浸入浆剂中。上层上浆槽3和下层上浆槽4的进口处共同连接进口展丝系统2，用来使得碳纤维丝束1在分别进入上层上浆槽3和下层上浆槽4前首先完成一次展丝处理，进口展丝系统2包括平行布置的两支辊，两支辊的两端轴承各置于同一滑道中。上层出口展丝系统5连接上层上浆槽3的出口，上层出口展丝系统5同样包括平行布置的两支辊，两支辊的两端轴承各置于同一滑道中。下层出口展丝系统6连接下层上浆槽4的出口，下层出口展丝系统4同样包括平行布置的两支辊，两支辊的两端轴承各置于同一滑道中。导出辊7用于将分别从上层出口展丝系统5和下层出口展丝系统6的导出的经过上浆处理的碳纤维丝束1合并导出。
[0027] 具体的，进口展丝系统2、上层出口展丝系统5和下层出口展丝系统6中的两支辊包括第一挤压辊8和第二挤压辊9，其中第一挤压辊8为可移动的，第二挤压辊9为固定的，且第一挤压辊8为胶辊，第二挤压辊9为镜面光辊，其材质为不锈钢材料。第一挤压辊8和第二挤压辊9的两端轴承各置于同一滑道中，该滑道设置有标尺(标尺的测量精度在0.01mm)。进口展丝系统2、上层出口展丝系统5和下层出口展丝系统6还设置有手闸，通过手闸控制两支挤压辊的闭合，从而挤压掉多余的浆剂，使得上浆量控制在1％-1.5％。进而通过标尺来测量第一挤压辊8的行程。并始终保持两支挤压辊平行，使得两端的上浆量保持一致，并将碳纤维丝束1尽量挤压延展开来使得丝幅宽度变宽。控制两侧的挤压力保持一致可保证丝幅宽度基本一致。
[0028] 如图2为本发明的用于碳纤维的上浆工艺的流程图，如图2所示，该上浆工艺步骤如下：
[0029] 步骤(S1)，配置一定浓度的浆剂，将浆剂搅拌均匀后经计量泵分别打入上层上浆槽和下层上浆槽中；步骤(S2)将经过水洗干燥处理后的碳纤维丝束导入进口展丝系统进行展丝处理；步骤(S3)分别开启第一温控系统和第二温控系统，当槽内温度稳定在23±2℃时，准备接入来自经进口展丝系统处理的碳纤维丝束；步骤(S4)将经进口展丝系统处理的碳纤维丝束进行编号，其中编号为奇数的丝束进入上层上浆槽，编号为偶数的丝束进入下层上浆槽中；步骤(S5)分别在上层上浆槽和下层上浆槽中进行上浆处理；步骤(S6)经过上浆处理的编号为奇数的丝束导入上层出口展丝系统，经过上浆处理的编号为偶数的丝束导入下层出口展丝系统；步骤(S7)将分别从上层出口展丝系统和下层出口展丝系统的导出的经过上浆处理的碳纤维丝束通过导出辊合并导出。
[0030] 其中步骤(S1)中的浆剂的浓度为5.1％。当丝束分别进入进口展丝系统、上层出口展丝系统和下层出口展丝系统处理时，通过闭合手闸来控制第一挤压辊的行程，使得第一挤压辊两侧的行程刻度始终保持一致，并挤压掉多余的所述浆剂，使得上浆量控制在1％-1.5％。
[0031] 实施例1
[0032] 首先配制浓度为5.1％的浆剂，搅拌均匀后经计量泵打入上浆槽内，然后分别开启第一温控系统，当槽内温度稳定在23±2℃时，准备接入来自经进口展丝系统处理的碳纤维丝束。将经进口展丝系统处理的碳纤维丝束进行编号，将丝束号为奇数号的碳丝导入上层上浆槽中进行上浆处理，然后依次经过半浸入浆剂中的两个不锈钢光辊后进入上层出口展丝系统进行展丝处理。将丝束号为偶数号的碳纤维导入下层上浆槽中进行上浆处理，然后依次经过半浸入浆剂中的两个不锈钢光辊后进入下层出口展丝系统进行展丝处理。同时使用手阀分别合上进口展丝系统、上层出口展丝系统和下层出口展丝系统的挤压辊，并保持第一挤压辊两侧行程刻度一致并进行挤压，两侧行程均为30.17mm。挤压掉多余的上浆剂后可以得到要求的上浆量。将上浆量控制在1％-1.5％之间。
[0033] 实施例2
[0034] 采用与实施例1相同的工序和浆剂浓度，不同之处在于，进口展丝系统中的第一挤压辊的两侧行程为30.19mm。
[0035] 实施例3
[0036] 采用与实施例1相同的工序和浆剂浓度，不同之处在于，上层出口展丝系统和下层出口展丝系统的第一挤压辊的两侧行程均为30.19mm。
[0037] 实施例4
[0038] 采用与实施例1相同的工序和上浆液浓度，不同之处在于，进口展丝系统中的第一挤压辊的两侧行程为30.15mm。
[0039] 实施例5
[0040] 采用与实施例1相同的工序和上浆剂浓度，不同之处在于，上层出口展丝系统和下层出口展丝系统的第一挤压辊的两侧行程为30.15mm。
[0041] 实施例6
[0042] 采用与实施例1相同的工序和上浆液浓度，不同之处在于，进口展丝系统、上层出口展丝系统和下层出口展丝系统的第一挤压辊两侧行程均为30.15mm。
[0043] 实施例1-5中制得的碳纤维丝束的具体参数见表1。
[0044] 表1
[0045]
[0046] 从表1中可知，进口展丝系统中的挤压辊的挤压行程对毛丝量和丝幅宽度有较大的影响，上层出口展丝系统和下层出口展丝系统的挤压辊的挤压行程对上浆量、丝幅宽度有较大的影响。总体上，使用本发明的上浆及定型系统和上浆工艺能够得到合格的上浆量和较宽的丝幅以及较少的毛丝量。
[0047] 前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
