專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于生產(chǎn)連續(xù)碳纖維的浸液機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于新型材料生產(chǎn)領(lǐng)域，涉及一種碳纖維生產(chǎn)設(shè)備，具體地說(shuō)是一種 用于生產(chǎn)連續(xù)碳纖維的浸液機(jī)。
背景技術(shù)：
碳纖維是一種新型非金屬材料，具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、抗蠕 變、低熱膨脹、高導(dǎo)電和導(dǎo)熱、自潤(rùn)滑等一系列優(yōu)異性能；而且作為纖維還具有柔軟性和可 編、可紡織性，被廣泛應(yīng)用于航天航空、國(guó)防軍事等尖端領(lǐng)域以及高級(jí)體育用品、醫(yī)療器械 等民用工業(yè)，成為先進(jìn)復(fù)合材料的主要增強(qiáng)體之一，被譽(yù)為21世紀(jì)中最有生命力的新型材 料。從上世紀(jì)五十年代碳纖維開(kāi)始崛起，其應(yīng)用的領(lǐng)域越來(lái)越廣泛。隨著科學(xué)技術(shù)的 發(fā)展，對(duì)碳纖維性能的要求也越來(lái)越高。按照制備原料的不同，可把碳纖維分為聚丙烯腈 (PAN)基、浙青基、黏膠基、纖維素基、聚乙烯基等很多種碳纖維，其中能用于制備高性能碳 纖維且已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的則只有聚丙烯腈基、浙青基和黏膠基纖維。這三種碳纖維中又 以聚丙烯腈基碳纖維的綜合性能最好，其產(chǎn)量占碳纖維生產(chǎn)總量的90%以上，得到了大力 發(fā)展。日本東麗公司在PAN基碳纖維生產(chǎn)方面具有相當(dāng)強(qiáng)的實(shí)力，其碳纖維的性能也足以 代表全球PAN基碳纖維的性能水平。PAN碳纖維按照其力學(xué)性能可分為高強(qiáng)型T系列(如 T300、T700、T800、T1000 等)、高模型 M 系列(如 M30、M40、M46、M50、M60 等)和高強(qiáng)高模 型MJ系列(如M40J、M55J、M60J、M70J等)等三類(lèi)碳纖維，上述碳纖維主要通過(guò)不同的原 料和工藝制得。目前，高模量碳纖維的實(shí)際模量已達(dá)到理論值的67. 7%，而在高強(qiáng)度碳纖維 方面，代表世界高強(qiáng)度碳纖維最高水平的T1000碳纖維的抗拉強(qiáng)度為7. 02GPa，僅為理論值 的3. 9%，因此碳纖維在抗拉強(qiáng)度方面還具有相當(dāng)大的提升空間。為了提高碳纖維的抗拉強(qiáng)度，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者除了采用細(xì)旦化、均質(zhì)化等措施外， 還采用合適的化學(xué)試劑(如采用CuCl、C6H5C00H、KMn04、CoCl2、NiS04、硫酸羥胺、聚乙二醇等 有機(jī)物或無(wú)機(jī)物)對(duì)PAN基纖維進(jìn)行化學(xué)改性，在一定程度上提高了最終碳纖維的力學(xué)性 能。在上述化學(xué)改性過(guò)程中，一般采用傳統(tǒng)的浸漬方式，如圖1所示，浸漬設(shè)備包括浸液槽 3以及多個(gè)傳動(dòng)輥23，纖維18需要通過(guò)傳動(dòng)輥浸漬到循環(huán)液中，雖然這個(gè)設(shè)備也能完成纖 維的浸漬，但是增加了纖維表面的機(jī)械損傷，同時(shí)設(shè)備復(fù)雜、加工制造成本較高。
發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有的浸漬設(shè)備增加了纖維表面機(jī)械損傷的技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供 一種用于連續(xù)生產(chǎn)碳纖維的浸液機(jī)，該浸液機(jī)可實(shí)現(xiàn)碳纖維連續(xù)化生產(chǎn)過(guò)程中的化學(xué)改 性、洗滌等處理工藝，具有對(duì)纖維無(wú)機(jī)械損傷、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、處理效果好、處 理效率高優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案—種用于生產(chǎn)連續(xù)碳纖維的浸液機(jī)，其特殊之處在于包括浸液槽3、儲(chǔ)液槽2以及循環(huán)泵21，所述浸液槽3位于儲(chǔ)液槽2上方，所述浸液槽入口 19通過(guò)循環(huán)泵21與儲(chǔ)液槽 出口 7連接，所述浸液槽3上與纖維運(yùn)行方向垂直的兩個(gè)槽壁上分別設(shè)置有下凹的溢流口 20，所述浸液槽中3的循環(huán)液5通過(guò)溢流口 20流入儲(chǔ)液槽2。上述浸液槽3的底部設(shè)置有與浸液槽入口 19連接的液體分布管13，所述液體分布 管13的上方設(shè)置有液體分布板12，所述浸液槽3的上端面設(shè)置有蓋板15。上述浸液槽設(shè)置有穩(wěn)流板14，所述穩(wěn)流板14的高度低于溢流口 20。上述浸液槽3兩端的溢流口 20下方分別設(shè)置有過(guò)濾裝置4。上述儲(chǔ)液槽2上方設(shè)置有支撐板6，所述浸液槽3設(shè)置在支撐板6上，所述浸液槽 3和支撐板6之間設(shè)置有高度調(diào)節(jié)裝置；所述高度調(diào)節(jié)裝置包括設(shè)置在浸液槽3底部的定 位塊9以及設(shè)置在支撐板6上且與定位塊9連接的高度調(diào)節(jié)器10。本實(shí)用新型所具有的優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型的浸液機(jī)基于流體的溢流堰技術(shù)，憑借流體自身流量形成具有一定 高度的流體空間，纖維在后續(xù)工序牽引力的作用下從流體空間連續(xù)通過(guò)，可實(shí)現(xiàn)碳纖維連 續(xù)化生產(chǎn)過(guò)程中的化學(xué)改性、洗滌等浸漬處理工藝。與傳統(tǒng)浸漬工藝設(shè)備相比，由于其無(wú)需 傳動(dòng)裝置，因此具有對(duì)預(yù)處理纖維無(wú)機(jī)械損傷、加工制造成本低、處理效果好、處理效率高、 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、日常操作與維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)。2、本實(shí)用新型由于在預(yù)處理纖維運(yùn)行方向循環(huán)液具有一定的流速，可提高纖維表 面與循環(huán)液界面之間的擴(kuò)散系數(shù)，進(jìn)而可縮短處理時(shí)間、提高處理效率。3、本實(shí)用新型在浸液處理工藝過(guò)程中，還可洗滌除去纖維絲束中的毛絲，進(jìn)而防 止后續(xù)工序因毛絲而出現(xiàn)的導(dǎo)致纖維纏輥，影響最終碳纖維質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致其絲束斷裂 的現(xiàn)象。

圖1是傳統(tǒng)的浸液設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型浸液機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型浸液機(jī)的溢流口效果示意圖；其中1-機(jī)座，2-儲(chǔ)液槽，3-浸液槽，4-過(guò)濾裝置，5-循環(huán)液，6_支撐板，7_儲(chǔ)液 槽出口，8-放凈口，9-定位塊，10-高度調(diào)節(jié)器，11-槽體，12-液體分布板，13-液體分布管， 14-穩(wěn)流板，15-蓋板，16-把手，17-液體空間，18-纖維，19-浸液槽入口，20-溢流口，21-循 環(huán)泵，22-循環(huán)管線(xiàn)，23-傳動(dòng)輥。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型用于連續(xù)生產(chǎn)碳纖維的的浸液機(jī)如圖2、圖3所示，主要包括機(jī)座1、儲(chǔ) 液槽2、浸液槽3、過(guò)濾裝置4 ；機(jī)座1上安裝有儲(chǔ)液槽2，儲(chǔ)液槽2內(nèi)裝有循環(huán)液5，儲(chǔ)液槽2 的槽體內(nèi)部前后壁設(shè)置支撐板6，支撐板6用于安裝固定浸液槽3，儲(chǔ)液槽2的槽體底部設(shè) 置循環(huán)液出口 7和放凈口 8。浸液槽3安裝在儲(chǔ)液槽2的正上方，浸液槽2的槽體外部底面 設(shè)有定位塊9，通過(guò)高度調(diào)節(jié)器10與儲(chǔ)液槽2內(nèi)設(shè)置的支撐板6固定，并調(diào)整其相應(yīng)高度位 置。浸液槽3主要由槽體11、液體分布板12、液體分布管13、穩(wěn)流板14、蓋板15和把手16等組成，槽體11為兩端帶有溢流口 20的容器，內(nèi)裝有循環(huán)液5，正常使用時(shí)在兩端溢流 口 20處形成相對(duì)于溢流口 20底邊沿具有一定高度的液體空間17，此液體空間17可以使纖 維18通過(guò)其中，實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維18的化學(xué)改性或洗滌，槽體11的內(nèi)部底部設(shè)置浸液槽入口 19 和放凈口 8 ；液體分布管13設(shè)置在槽體11底部的正上方，與槽體11的浸液槽入口 19相連， 其作用是將進(jìn)入槽體11的循環(huán)液5進(jìn)行初次均勻分布；液體分布板12設(shè)置在液體分布管 13的正上方，通過(guò)緊固件、墊片等安裝在槽體11底部上，上述液體分布板12可采用多孔板 結(jié)構(gòu)，其孔的形狀不受限制，目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)入槽體11的循環(huán)液5的二次均勻分布；穩(wěn)流板 14設(shè)置在槽體11內(nèi)部的正上方，但其相對(duì)位置應(yīng)低于槽體11兩端溢流口 20 —定高度，通 過(guò)緊固件固定在槽體11前后壁相應(yīng)位置處，上述穩(wěn)流板14可采用平板式或多孔板式結(jié)構(gòu)， 從循環(huán)液5分布均勻角度考慮，優(yōu)先選用多孔板式結(jié)構(gòu)，其孔的形狀不受限制，其目的是實(shí) 現(xiàn)對(duì)循環(huán)液5的穩(wěn)流作用，減少對(duì)預(yù)處理纖維18的擾動(dòng)；為了防止循環(huán)液5的蒸發(fā)，在浸液 槽3的槽體11頂部設(shè)置蓋板15，同時(shí)為了便于觀(guān)察預(yù)處理纖維18在浸液槽3內(nèi)的運(yùn)行狀 態(tài)，蓋板15優(yōu)先選用透明材料制作。過(guò)濾裝置4設(shè)置在浸液槽3兩端溢流口下方、儲(chǔ)液槽2兩端正上方，用于濾除循環(huán) 液5中的毛絲、雜質(zhì)等(包括從預(yù)處理纖維18上脫落下來(lái)的短纖維)，防止其堵塞循環(huán)管 路。為了保證浸液工藝(如化學(xué)改性、洗滌等)的順利實(shí)施，對(duì)過(guò)濾裝置4的過(guò)濾材料在材 質(zhì)和網(wǎng)孔目數(shù)方面具有一定的要求，即材質(zhì)應(yīng)具有一定的耐腐蝕性，具體可耐循環(huán)液5的 腐蝕，網(wǎng)孔目數(shù)大小滿(mǎn)足濾除毛絲的需要，通常10 80目；對(duì)過(guò)濾裝置4的過(guò)濾材料在網(wǎng) 孔形狀方面沒(méi)有特殊限制，可以圓孔、方孔或其余不規(guī)則孔等。浸液機(jī)的儲(chǔ)液槽2、浸液槽3、過(guò)濾裝置4及其配套的循環(huán)泵21、循環(huán)管線(xiàn)22、管接 件等組成了完整的浸液系統(tǒng)，用于對(duì)預(yù)處理纖維18的化學(xué)改性、洗滌等工藝過(guò)程。上述浸 液系統(tǒng)的循環(huán)液流量Q與溢流口 20的寬度B、溢流液體空間17高度H(相對(duì)于槽體11兩端 溢流口的液面高度)有關(guān)系；在理論上，循環(huán)液流量Q與溢流堰的寬度B成正比、與溢流液 體空間17高度H15成正比。為了保證預(yù)處理纖維18具有潔凈的環(huán)境，在順利完成處理工藝的前提下不污染 預(yù)處理纖維18，要求上述浸液機(jī)及其配套的循環(huán)泵21、循環(huán)管線(xiàn)22、管接件等與循環(huán)液5直 接接觸的設(shè)備，其材質(zhì)均應(yīng)具有一定的耐腐蝕性，具體材質(zhì)種類(lèi)和牌號(hào)不受限制。
權(quán)利要求1.一種用于生產(chǎn)連續(xù)碳纖維的浸液機(jī)，其特征在于包括浸液槽(3)、儲(chǔ)液槽O)以及 循環(huán)泵(21)，所述浸液槽C3)位于儲(chǔ)液槽( 上方，所述浸液槽入口(19)通過(guò)循環(huán)泵 與儲(chǔ)液槽出口(7)連接，所述浸液槽C3)上與纖維運(yùn)行方向垂直的兩個(gè)槽壁上分別設(shè)置有 下凹的溢流口(20)，所述浸液槽中(3)的循環(huán)液( 通過(guò)溢流口 OO)流入儲(chǔ)液槽2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于生產(chǎn)連續(xù)碳纖維的浸液機(jī)，其特征在于所述浸液槽(3) 的底部設(shè)置有與浸液槽入口(19)連接的液體分布管(13)，所述液體分布管(1 的上方設(shè) 置有液體分布板(12)，所述浸液槽(3)的上端面設(shè)置有蓋板(15)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于生產(chǎn)連續(xù)碳纖維的浸液機(jī)，其特征在于所述浸液 槽設(shè)置有穩(wěn)流板(14)，所述穩(wěn)流板(14)的高度低于溢流口(20)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于生產(chǎn)連續(xù)碳纖維的浸液機(jī)，其特征在于所述浸液槽(3) 兩端的溢流口 OO)下方分別設(shè)置有過(guò)濾裝置G)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于生產(chǎn)連續(xù)碳纖維的浸液機(jī)，其特征在于所述儲(chǔ)液槽(2) 上方設(shè)置有支撐板(6)，所述浸液槽( 設(shè)置在支撐板(6)上，所述浸液槽( 和支撐板(6) 之間設(shè)置有高度調(diào)節(jié)裝置；所述高度調(diào)節(jié)裝置包括設(shè)置在浸液槽( 底部的定位塊(9)以 及設(shè)置在支撐板(6)上且與定位塊(9)連接的高度調(diào)節(jié)器(10)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于生產(chǎn)連續(xù)碳纖維的浸液機(jī)，包括浸液槽、儲(chǔ)液槽以及循環(huán)泵，浸液槽位于儲(chǔ)液槽上方，浸液槽入口通過(guò)循環(huán)泵與儲(chǔ)液槽出口連接，所述浸液槽上與纖維運(yùn)行方向垂直的兩個(gè)槽壁上分別設(shè)置有下凹的溢流口，浸液槽中的循環(huán)液通過(guò)溢流口流入儲(chǔ)液槽。本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有的浸漬設(shè)備增加了纖維表面機(jī)械損傷的技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型具有對(duì)纖維無(wú)機(jī)械損傷、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、處理效果好、處理效率高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)D06B3/04GK201857521SQ20102053357
公開(kāi)日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者劉福杰, 李福平, 王浩靜, 王紅飛, 程璐, 范立東 申請(qǐng)人:西安航科等離子體科技有限公司