本發(fā)明涉及一種碳纖維中試上漿干燥裝置，屬于碳纖維生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

碳纖維是碳含量在90％以上的無(wú)機(jī)高分子纖維，除了具有一般碳素材料的耐高溫、耐摩擦、耐腐蝕及導(dǎo)電導(dǎo)熱等特性以外，還具有柔軟可加工性、質(zhì)量輕、比強(qiáng)度大等特性，從而被廣泛應(yīng)用到軍事、紡織、體育器材、化工、醫(yī)療器械及機(jī)械加工等諸多領(lǐng)域。

聚丙烯腈碳纖維的制備過(guò)程包括原料聚合、轉(zhuǎn)向紡絲、水洗、干燥致密化、預(yù)氧化、炭化、上漿干燥等。其中，上漿干燥是碳纖維制備過(guò)程中的最后一道工序，其主要目的是提高碳纖維的集束性、耐磨性、抗吸水性等性能，以提高纖維的加工性能，便于應(yīng)用。

碳纖維的上漿干燥過(guò)程受很多因素影響，如上漿過(guò)程中輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)動(dòng)速度、拉伸握持的強(qiáng)度、干燥過(guò)程中氣體的溫度、流速等因素都會(huì)對(duì)纖維絲束上漿的均勻性，絲束的集束性等性能產(chǎn)生影響。在改變生產(chǎn)工藝以及制備不同性能不同級(jí)別的碳纖維產(chǎn)品時(shí)，往往需要對(duì)上漿干燥的工藝進(jìn)行調(diào)整。雖然目前在碳纖維生產(chǎn)中已存在一些上漿干燥設(shè)備，但這些設(shè)備是為實(shí)際生產(chǎn)而設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，專(zhuān)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，由于生產(chǎn)條件相對(duì)固定，生產(chǎn)條件和環(huán)境影響因素的調(diào)控范圍小，滿(mǎn)足不了中試調(diào)控的要求，同時(shí)，如果僅是簡(jiǎn)單地將生產(chǎn)設(shè)備縮小，也需要將配套的輔助裝置也相應(yīng)縮小，因此，并不能僅僅簡(jiǎn)單通過(guò)縮小生產(chǎn)設(shè)備來(lái)進(jìn)行中試。此外，如果要進(jìn)行調(diào)試需要停止整個(gè)生產(chǎn)線。而一些微型或小型試驗(yàn)用上漿干燥設(shè)備與生產(chǎn)體系相差較遠(yuǎn)，利用其進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)試獲得的結(jié)果可信性和參考價(jià)值偏低。因此，目前缺少一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、與實(shí)際生產(chǎn)更加接近的碳纖維上漿干燥的中試設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決在碳纖維上漿干燥工藝調(diào)整過(guò)程中，調(diào)試成本高，影響生產(chǎn)進(jìn)行，微型或小型設(shè)備與生產(chǎn)相差較遠(yuǎn)，結(jié)果參考價(jià)值低等問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種碳纖維中試上漿干燥裝置，所采取的技術(shù)方案如下：

一種碳纖維中試上漿干燥裝置，該裝置包括上漿裝置2，干燥裝置3，以及牽伸絲束8通過(guò)上漿裝置2和干燥裝置3的牽伸裝置；

所述上漿裝置2包括上漿輥21，為上漿輥21提供動(dòng)力的動(dòng)力裝置，以及保溫夾層26；

所述干燥裝置3包括設(shè)有溫度傳感器32的干燥爐31，通過(guò)保溫管線33與干燥爐31連通的儲(chǔ)氣加熱罐34，以及通過(guò)進(jìn)氣管35與儲(chǔ)氣加熱罐34連通的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥37。

優(yōu)選地，所述上漿干燥裝置還包括與牽伸裝置、上漿輥21的動(dòng)力機(jī)構(gòu)、溫度傳感器32、儲(chǔ)氣加熱罐34、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥38連鎖的控制裝置5，以便對(duì)上漿干燥過(guò)程中絲束的牽引力、牽引速度、上漿過(guò)程的速度、上漿劑的溫度、上漿的時(shí)間、干燥溫度、干燥的速度、熱風(fēng)的流速等因素或參數(shù)進(jìn)行協(xié)同控制，以便于對(duì)上漿干燥工藝進(jìn)行工藝優(yōu)化。

所述控制裝置5可以是安裝有DCS系統(tǒng)和/或PLC系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，或者其他現(xiàn)有能夠?qū)崿F(xiàn)控制功能的系統(tǒng)。具體的控制指令，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要和具體需求進(jìn)行編寫(xiě)。

優(yōu)選地，所述牽伸裝置，由牽伸機(jī)I1和牽伸機(jī)II4組成；牽伸機(jī)I1和牽伸機(jī)II4與牽伸輥連接的動(dòng)力裝置與控制裝置5連鎖。

所述連鎖，可以是通過(guò)導(dǎo)線、電線、數(shù)據(jù)線等形式的電連接；也可以是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)等形式的信號(hào)鏈接。

優(yōu)選地，所述干燥爐31的加熱干燥腔兩端設(shè)有氣鎖38，從而在采用靜止干燥時(shí)對(duì)干燥空氣進(jìn)行密封，保證干燥爐的加熱干燥腔內(nèi)溫度的穩(wěn)定性。

優(yōu)選地，所述氣鎖38為迷宮式氣鎖。

優(yōu)選地，儲(chǔ)氣加熱罐34連接有氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥37的一端還是有手動(dòng)調(diào)節(jié)閥36。

優(yōu)選地，所述上漿裝置2包括上漿槽，上漿輥21，導(dǎo)引輥24，與上漿輥21和導(dǎo)引輥24連接的動(dòng)力裝置，以及包裹在上漿槽外部的保溫夾層26。

更優(yōu)選地，在上漿槽的絲束引入和引出端各有一個(gè)上漿輥21和導(dǎo)引輥24；所述導(dǎo)引輥24位于上漿輥21的上方；所述上漿輥21部分或全部浸潤(rùn)在上漿槽的上漿劑中。

更優(yōu)選地，在上漿槽的底部設(shè)有與通過(guò)管道與外循環(huán)裝置連接的進(jìn)液口22和出液口23。

更優(yōu)選地，所述進(jìn)液口22位于上漿槽絲束引出端；

所述出液口23位于上漿槽絲束引入端。

優(yōu)選地，所述干燥裝置3的干燥爐31的干燥腔直徑為100～200mm，長(zhǎng)度為1.2～2.5m。同時(shí)，在干燥腔的外部設(shè)有厚度為120～150mm的保溫層，保溫層為硅酸鋁棉，以保證隔絕生產(chǎn)過(guò)程中的溫度，保證爐內(nèi)溫度在120～200℃，但路外溫度低于30℃。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明獲得的有益效果是：

本發(fā)明所提供的中試上漿干燥裝置，與實(shí)際生產(chǎn)的設(shè)備相似度高，并且可獨(dú)立調(diào)整上漿過(guò)程中絲束前進(jìn)的速度、上漿速度、干燥的溫度、氣體流動(dòng)速度等因素的精度，可模擬各級(jí)別高性能碳纖維的生產(chǎn)工藝，便于協(xié)同控制整個(gè)加工過(guò)程，能夠在調(diào)整工藝參數(shù)或生產(chǎn)不同性能不同級(jí)別的碳纖維獲取更加接近生產(chǎn)實(shí)際的技術(shù)信息。同時(shí)，本發(fā)明的裝置可單獨(dú)進(jìn)行纖維絲束的上漿干燥過(guò)程，不會(huì)影響纖維生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

本發(fā)明所提供的中試上漿干燥設(shè)備可為積累高性能碳纖維生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)及指導(dǎo)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的提供依據(jù)。同時(shí)，可避免利用大型生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品工藝的進(jìn)行試驗(yàn)所帶來(lái)的能耗高，浪費(fèi)大，環(huán)境污染嚴(yán)重的問(wèn)題。

本發(fā)明所提供的裝置可對(duì)1～10束的碳纖維絲束進(jìn)行上漿干燥測(cè)試，并可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求等因素進(jìn)行靈活調(diào)整。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種優(yōu)選方案中碳纖維中試上漿干燥裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1，牽伸機(jī)I；2，上漿裝置；3，干燥裝置；4，牽伸機(jī)II；5，控制裝置；8，絲束；21，上漿輥；22，進(jìn)液口；23，出液口；24，導(dǎo)引輥；25，齒輪箱；26，保溫夾層；31，干燥爐；32，溫度傳感器；33，保溫管線；34，儲(chǔ)氣加熱罐；35，進(jìn)氣管；36，手動(dòng)調(diào)節(jié)閥；37，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥；38，氣鎖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但以下詳細(xì)說(shuō)明不視為對(duì)本發(fā)明的限定。

圖1為本發(fā)明一種優(yōu)選方案中碳纖維中試上漿干燥裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。從圖1可知，該上漿干燥裝置從右向左依次由牽伸機(jī)I 1，上漿裝置2，干燥裝置3以及牽伸機(jī)II 4組成。其中，牽伸機(jī)I 1和牽伸機(jī)II 4的設(shè)置相同，均為五輥牽伸機(jī)，5個(gè)牽伸輥三個(gè)上兩個(gè)下交錯(cuò)設(shè)置。在牽伸輥的后側(cè)設(shè)有為牽伸輥提供動(dòng)力的動(dòng)力裝置，該動(dòng)力裝置可以由電機(jī)及其減速機(jī)和齒輪箱組成。

上漿裝置2是由上漿槽，分別位于上漿槽內(nèi)和上方的上漿輥21及導(dǎo)引輥24，包裹在上漿槽外側(cè)的保溫夾層26。其中，上漿輥21和導(dǎo)引輥24在上漿槽的絲束引入端和引出端各一個(gè)，并且在同一側(cè)的上漿輥21和導(dǎo)引輥24與為其提供動(dòng)力的動(dòng)力裝置的齒輪箱25連接。上漿槽的底部設(shè)有進(jìn)液口22和出液口23，其中，進(jìn)液口22位于絲束引出端，出液口23位于絲束8的引入端。進(jìn)液口22和出液口23與上漿劑的循環(huán)系統(tǒng)相連。在使用時(shí)，可使上漿劑沿與絲束前進(jìn)方向相反的方向流動(dòng)。

干燥裝置3主要是由位于上部的干燥爐31和位于干燥爐底部的供熱裝置組成。干燥爐31設(shè)有一個(gè)沿其長(zhǎng)度方向或軸向貫通的干燥腔，在加熱干燥腔的兩側(cè)可以設(shè)有氣鎖38，在采用密封靜止干燥時(shí)，可選用迷宮式氣鎖進(jìn)行密封，以防止干燥用空氣從干燥腔兩側(cè)溢出，保證干燥腔內(nèi)溫度的穩(wěn)定性。相應(yīng)地，在爐膛內(nèi)設(shè)置潮濕空氣排出口，以便將干燥過(guò)程中產(chǎn)生的潮濕空氣排出。也可以不采用氣鎖38，在干燥腔進(jìn)出口的兩側(cè)設(shè)置空氣回收裝置，吸走回收產(chǎn)生的氣體，以便于循環(huán)利用。在干燥爐31內(nèi)設(shè)有3個(gè)溫度傳感器32，以便檢測(cè)和反饋干燥腔內(nèi)不同位置的溫度信息。干燥爐31的底部為供熱裝置。供熱裝置內(nèi)設(shè)有儲(chǔ)氣加熱罐34，對(duì)通過(guò)進(jìn)氣管35輸入的空氣進(jìn)行儲(chǔ)存和加熱。儲(chǔ)氣加熱罐34通過(guò)保溫管線33與干燥爐31的干燥腔中部連通，為干燥爐31提供干燥熱源。進(jìn)氣管35的上設(shè)有手動(dòng)調(diào)節(jié)閥36和氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥37，以便于通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)的方式控制進(jìn)入到儲(chǔ)氣加熱罐34的進(jìn)氣量以及空氣流速。儲(chǔ)氣加熱罐34上設(shè)有可以控制加熱的按鈕，以便于對(duì)加熱溫度進(jìn)行手動(dòng)控制。同時(shí)，為防止儲(chǔ)氣加熱罐34的熱量外泄，還可在其外部設(shè)置保溫層。其中，干燥爐31內(nèi)的干燥腔的長(zhǎng)度可設(shè)為2m，直徑為150mm，在干燥腔外部設(shè)有130mm厚的硅酸鋁棉保溫層，以保證爐內(nèi)外的溫差恒定。在干燥腔內(nèi)溫度達(dá)到200℃時(shí)，干燥腔外部仍能維持在30℃以下。

在這一優(yōu)選方案中還設(shè)有控制裝置5?？刂蒲b置5分別與牽伸機(jī)I 1、牽伸機(jī)II 4的動(dòng)力機(jī)構(gòu)、導(dǎo)引輥24和上漿輥21的動(dòng)力機(jī)構(gòu)、保溫夾層26的溫度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥37，儲(chǔ)氣加熱罐34以及溫度傳感器32進(jìn)行連鎖。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)絲束8牽引速度、上漿速度、上漿溫度、干燥溫度、干燥空氣量或干燥空氣流速等因素的單獨(dú)和協(xié)同控制，以便于優(yōu)化上漿干燥工藝的工藝參數(shù)，適應(yīng)生產(chǎn)不同要求的碳纖維。該控制裝置5可以是安裝有DCS或/和PLC控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，也可以是其他現(xiàn)有的能夠?qū)崿F(xiàn)上述控制功能的控制功能。至于具體的控制指令，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)要求及實(shí)際情況編寫(xiě)。

雖然本發(fā)明已以較佳的實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做各種改動(dòng)和修飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)所界定的為準(zhǔn)。