一种石墨纤维上浆方法及上浆装置制造方法及图纸

一种石墨纤维上浆方法及上浆装置涉及一种石墨纤维的上浆方法，更具体地涉及以中间相沥青为原料制备的连续石墨纤维的上浆方法。本发明专利技术就高模量脆性的石墨纤维上浆系统进行改进。本发明专利技术石墨纤维上浆装置包括由前至后依次布置的驱动辊组1、张力调节控制辊2、前导向辊3、前上浆辊6、后上浆辊9、后导向辊12，前导向辊3与前上浆辊6之间两侧设置有第一前上浆剂喷淋器4和第二前上浆剂喷淋器5，前上浆辊6与后上浆辊9之间两侧设置有第一后上浆剂喷淋器8和第二后上浆剂喷淋器15，后上浆辊9与后导向辊12之间两侧设置有第一空气吹扫器11和第二空气吹扫器14。空气吹扫器14。空气吹扫器14。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨纤维上浆方法及上浆装置


[0001]本专利技术涉及一种石墨纤维的上浆方法，更具体地涉及以中间相沥青为原料制备的连续石墨纤维的上浆方法。

技术介绍

[0002]中间相沥青基石墨纤维（MPGF）是以中间相沥青为原料，经熔融纺丝、氧化、碳化、石墨化工艺制备的一种含碳量99%以上，高度石墨化的特种纤维，具有高模量（高刚性）、高导热的特点，广泛用于航空航天、机器人制造、电子器件热管理等领域。由于该种纤维的模量可以高达800GPa以上，是一种脆性纤维，为了保障生产的连续性，在生产过程中需要特殊的工艺进行保护。
[0003]石墨纤维经常被用作树脂基复合材料的增强材料，石墨纤维与树脂间的界面连接对纤维增强复合材料性能有重要影响。良好的界面可以使树脂基体向较强的纤维基体进行有效应力传递，抑制材料的应力集中和裂纹扩展，进而提高材料的整体力学性能，因此在一定程度上碳纤维与树脂材料的黏附决定了复合材料的最终性能。
[0004]使用上浆剂可以改善石墨纤维和树脂基体之间的界面结合，在纤维表面涂覆上浆剂可以改善碳纤维界面性能，增强纤维与树脂之间的结合，提高复合材料的层间剪切强度(ILSS) 和界面剪切强度 (IFSS)。同时，由于石墨纤维在加工过程中受到反复弯曲、摩擦容易造成单丝断裂和毛丝，制备纤维增强复合材料时,毛丝会阻碍基体树脂对纤维的润湿,从而导致制得的复合材料力学性能欠佳，使用具有良好集束和分纤性能的上浆剂，可以减少石墨纤维束毛丝的产生，提高石墨纤维的工艺性能。
[0005]碳纤维和石墨纤维的生产工艺流程一般为，原丝放卷
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氧化
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低温碳化
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高温碳化
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石墨化
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表面处理
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水洗
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干燥
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上浆
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干燥
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收卷，完成碳化或石墨化的碳纤维或石墨纤维经过上浆，对丝束的表面进行上浆改性及保护，再收卷得到成品。上浆剂一般是环氧树脂类、聚氨酯类等聚合物的溶液或乳液，上浆剂使用浓度一般为1
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5%。上浆的方式通常为上浆槽浸渍法、上浆辊辊涂法、喷淋法、喷雾法等，要求对纤维的上浆均匀，对纤维束的渗透性好，纤维束上浆量稳定，便于操作，上浆槽内上浆剂含量稳定，不分层。
[0006]与普通聚丙烯腈（PAN）基碳纤维不同，中间相沥青基石墨纤维是高模量脆性纤维，在生产过程中极容易产生断丝，操作人员都必须将断丝重新穿引通过各个设备，包括碳化炉、石墨化炉、上浆设备等，若采用浸渍法上浆的话，石墨纤维束浸泡在上浆剂液面之下，浸透上浆剂的丝束变得沉重，容易使打结处断裂，穿引非常困难，有时会导致断丝堆积在上浆槽中，影响生产的稳定运行。另外，高模量的石墨纤维，由于纤维刚性强，纤维束中的纤维彼此贴合紧密，上浆剂浸透不易，若使用普通的浸渍上浆、辊筒上浆，上浆剂不容易渗透到丝束内部，造成纤维上浆不匀，为了保证上浆剂能均匀涂布在纤维上，一般碳纤维上浆后都采用橡胶压辊，挤出表面附着的多余上浆剂，加强上浆剂对纤维束内部的浸透，但是对脆性的石墨纤维来说，这种压力也会对纤维造成损坏，造成毛丝增多，影响产品质量。
[0007]目前石墨纤维上浆一般都采用浆槽浸渍法、喷淋法、喷雾法，再用橡胶压辊挤出多
余的上浆液，这种方法会带来脆性石墨纤维的操作不便，而且橡胶压辊对石墨纤维会有损坏，产生毛丝，毛丝容易沾附在橡胶辊上，积累多了会再沾附在石墨纤维束上，给后续的烘干收卷造成麻烦，甚至导致纤维束断裂。而且浸渍法上浆，在石墨纤维穿丝通过上浆槽时，不得不从上浆液下穿丝，这对处理前序工艺产生的断丝非常不方便。石墨纤维在生产线上，包括在上浆工序，都需要通过各个驱动辊，施加一定的张力拉紧，高刚性容易使纤维单丝紧密并合在一起，上浆剂不容易浸入，这也是造成石墨纤维上浆不匀的一个原因。
[0008]中国专利CN 104358050 A，公开了一种浸渍式上浆方法，碳纤维在上浆槽中浸渍，然后再用挤压辊挤出多余的上浆剂，这种上浆方法对于高模量脆性石墨纤维并不适宜，尤其是用挤压辊挤出多余的上浆剂时，挤压辊会对脆性纤维造成损害。
[0009]中国专利CN104593965公开了一种可用于石墨纤维的喷淋上浆的方式，这种方式避免了石墨纤维在通过上浆剂浸渍槽时难以操作的问题，也通过喷淋的方式使浆液对纤维束进行更好的渗透，但对于在牵伸驱动过程中运行的石墨纤维，其纤维单丝之间并合紧密，仅仅是浆液喷淋的冲击，对浆液更充分渗透纤维束依然是不足的，该上浆方法也未给出如何使上浆剂均匀附着在纤维上的具体措施。

技术实现思路

[0010]本专利技术针对上述问题，就高模量脆性的石墨纤维上浆系统进行改进。
[0011]本专利技术采用如下技术方案，本专利技术石墨纤维上浆装置包括由前至后依次布置的驱动辊组1、张力调节控制辊2、前导向辊3、前上浆辊6、后上浆辊9、后导向辊12，前导向辊3与前上浆辊6之间两侧设置有第一前上浆剂喷淋器4和第二前上浆剂喷淋器5，前上浆辊6与后上浆辊9之间两侧设置有第一后上浆剂喷淋器8和第二后上浆剂喷淋器15，后上浆辊9与后导向辊12之间两侧设置有第一空气吹扫器11和第二空气吹扫器14。
[0012]作为一种优选方案，本专利技术所述前上浆辊6的后端设置有前清理刮板7，后上浆辊9的后端设置有后清理刮板10。
[0013]作为另一种优选方案，本专利技术通过在线张力控制仪对张力调节控制辊2施加的张力进行检测与控制；或通过手持式张力仪进行石墨纤维束张力检测，手动调节张力调节控制辊2的张紧程度。
[0014]其次，本专利技术所述前上浆辊6、后上浆辊9设置在驱动辊组1、前导向辊3、后导向辊12的下方。
[0015]另外，本专利技术所述张力调节控制辊2后端与后导向辊12后端之间下方设置有尖底上浆储槽。
[0016]本专利技术石墨纤维上浆方法为：石墨纤维束经过驱动辊组1进入上浆系统，上浆系统中工艺参数为：通过张力调节辊2施加的张力为300
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1000cN，第一前上浆剂喷淋器4和第二前上浆剂喷淋器5的喷淋速度为0.5
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5m/s，第一后上浆剂喷淋器8和第二后上浆剂喷淋器15喷淋速度为1
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6m/s，第一空气吹扫器11和第二空气吹扫器14的气流速度为1
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12m/s，上浆剂温度范围为18
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60℃，石墨纤维从导向辊12引出后进入上浆干燥炉。
[0017]作为一种优选方案，本专利技术所述张力调节控制辊2的张力控制在500cN。
[0018]作为另一种优选方案，本专利技术所述第一前上浆剂喷淋器4和第二前上浆剂喷淋器5
的喷淋速度为0.8
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3m/s。
[0019]作为另一种优选方案，本专利技术所述第一前上浆剂喷淋器4和第二前上浆剂喷淋器5的喷淋速度为1
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2m/s。
[0020]作为另一种优选方案，本专利技术所述第一后上浆剂喷淋器8和第二后上浆剂喷淋器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨纤维上浆方法，其特征在于石墨纤维束经过驱动辊组（1）进入上浆系统，上浆系统中工艺参数为：通过张力调节辊（2）施加的张力为300
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1000cN，第一前上浆剂喷淋器（4）和第二前上浆剂喷淋器（5）的喷淋速度为0.5
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5m/s，第一后上浆剂喷淋器（8）和第二后上浆剂喷淋器（15）喷淋速度为1
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6m/s，第一空气吹扫器（11）和第二空气吹扫器（14）的气流速度为1
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12m/s，上浆剂温度范围为18
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60℃，石墨纤维从导向辊（12）引出后进入上浆干燥炉。2.根据权利要求1所述一种石墨纤维上浆方法，其特征在于所述张力调节控制辊（2）的张力控制在500cN。3.根据权利要求1所述一种石墨纤维上浆方法，其特征在于所述第一前上浆剂喷淋器（4）和第二前上浆剂喷淋器（5）的喷淋速度为0.8
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3m/s；所述第一后上浆剂喷淋器（8）和第二后上浆剂喷淋器（15）的喷淋速度为1.5
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5m/s；所述第一空气吹扫器（11）和第二空气吹扫器（14）的气流速度为2
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8m/s。4.根据权利要求1所述一种石墨纤维上浆方法，其特征在于所述上浆剂采用溶液型上浆剂、水乳型上浆剂或水溶性上浆剂；或所述上浆剂采用环氧树脂基上浆剂或聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：于杰，董春岭，姚远，
申请(专利权)人：辽宁诺科碳材料有限公司，
类型：发明
国别省市：