CN203653729U - 大丝束碳纤维电解表面处理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及碳纤维生产领域，公开了一种大丝束碳纤维电解表面处理装置，包括放丝机，放丝卷放出待处理的丝束；收丝机，收丝机包括加热辊、压辊组、气压控制柜和收丝卷，用于收卷处理过的丝束；依次安装在放丝机与收丝机之间的扩幅单元、电解单元、水洗单元。通过扩幅单元将大丝束铺展为均匀的薄层丝束，电解单元对碳纤维丝束的表面进行电解处理，水洗单元对丝束进行水洗浸润，收丝机进行加热干燥并收丝。处理后的碳纤维比表面积大、碳纤维与基体树脂的润湿性能好，结合力强，提高大丝束碳纤维复合材料的综合性能。扩幅单元将碳纤维丝束铺展均匀，使碳纤维充分进行表面处理和浸润。
Description
技术领域
本实用新型涉及碳纤维生产领域，特别是涉及一种大丝束碳纤维电解表面处理装置。
背景技术
碳纤维是一种含碳量在93%以上的新型非金属材料，具有质量轻、强度高、模量高、耐高温、耐腐蚀等优异性能。碳纤维增强树脂基复合材料作为一种高性能先进复合材料，广泛应用于国防战略、武器装备、航天航空和民用领域，并且发挥着重要的作用。
在碳纤维生产过程中，为提高其抗拉强度，会尽量避免表面缺陷的产生，因此它的表面光滑，比表面积小，表面能低，表面呈现化学惰性，从而导致碳纤维与基体树脂的润湿性差，结合力弱，复合材料的层间剪切强度低，达不到使用的设计要求。因此需要对碳纤维进行表面处理。与小丝束碳纤维相比，大丝束碳纤维在降低复合材料成本上具有显著优势，大丝束碳纤维的表面处理难度较大，其原因是大丝束碳纤维存在分散、扩幅难以达到进行表面处理所需的均匀度。
国内外对大丝束碳纤维的应用才刚刚起步，有关大丝束碳纤维的电化学表面处理的技术较少。大丝束碳纤维的应用主要存在丝束碳纤维丝束较粗不宜展开，内部浸润性差，单丝间容易产生孔隙。因此，需要一种能够将大丝束碳纤维的薄层化后进行电解表面处理的装置。
实用新型内容
（一）要解决的技术问题
本实用新型的目的是提供将一种用于对大丝束碳纤维进行表面电解处理的装置，以提高大丝束的性能。
（二）技术方案
为了解决上述技术问题，本实用新型提供大丝束碳纤维电解表面处理装置，包括
放丝机，所述放丝机包括支架和放丝卷，所述放丝卷由支架支撑安装在工作台上，放丝卷放出待处理的丝束；
收丝机，所述收丝机包括加热辊、压辊组、气压控制柜和收丝卷，所述加热辊加热丝束，所述压辊组由间隙设置的主动压辊和从动压辊组成，所述主动压辊与气压控制柜连接，所述收丝卷收卷丝束；
依次安装在所述放丝机与收丝机之间的扩幅单元、电解单元、水洗单元；所述扩幅单元用于将丝束铺展为薄层丝束；所述电解单元包括电解槽、两根导电辊和石墨板，所述导电辊分别安装在电解槽的两边上方位置，所述石墨板安装在电解槽中，电解槽中装有电解液用于电解处理丝束；所述水洗单元包括水洗槽和喷淋头；所述喷淋头安装在水洗槽与收丝机之间的上方位置。
其中，所述扩幅单元包括多辊机械式扩幅单元，所述多辊机械式扩幅单元包括两个张力控制装置、异型辊组合和电机及电子控速单元，所述两个张力控制装置分别安装在异型辊组合的左右两侧；所述异型辊组合由三个等径异型辊组成，其中两个异型辊水平放置，另一个异型辊设置在两水平异型辊中间下侧。
其中，所述张力控制装置由从动辊、主动辊和张力测定控制系统组成；所述从动辊间隙设置在主动辊上侧，从动辊与张力测定控制系统连接；所述张力测定控制系统由力传感器和与从动辊相连接的调节器组成，所述调节器与从动辊连接，所述力传感器设置在调节器的上端。
其中，所述扩幅单元包括摆动杆式扩幅单元，所述摆动杆式扩幅单元包括两个固定杆、摆动杆、连杆和微型电机，所述两个固定杆平行放置；所述摆动杆设在两个固定杆的中间上侧；所述摆动杆通过连杆与微型电机连接。
其中，所述扩幅单元包括超声波分散扩幅单元，包括超声波分散槽、超声波发生器和两个导向辊组成，所述超声波分散槽装有液体介质，液体介质底部设有超声波发生器，所述导向辊安装在超声波分散槽中。
其中，所述电解单元还包括多个导向辊，所述导向辊安装在所述电解槽中；所述水洗单元还包括多个导向辊，所述导向辊分别安装在所述水洗槽中以及喷淋头下方位置。
其中，所述电解单元还包括电解液循环槽，所述电解液循环槽与电解槽通过泵连通；所述水洗单元还包括水洗循环槽，所述水洗循环槽通过泵与水洗槽连通。
其中，还包括电气控制柜，所述电气控制柜控制整个装置工作。
其中，所述水洗单元使用的水为二次蒸馏水。
（三）有益效果
本实用新型提供的大丝束碳纤维电解表面处理装置，利用电解槽、阴极板、导电辊组成的电解单元进行电解处理，经过处理后的碳纤维丝束通过水洗浸润后，由收丝机进行加热干燥后收丝，最终获得比表面积大、表面能高，表面化学惰性减弱，提高碳纤维基体与树脂间的界面结合能力，使复合材料的综合性能得到显著提高。通过扩幅单元将大丝束均匀的分散开，有利于碳纤维表面与电解液及水洗槽中的水接触，更好的进行电解处理和水洗浸润，增强处理效果。
附图说明
图1为实施例1的正视图；
图2为实施例1的俯视图；
图3为实施例2的正视图（仅示出放丝机和扩幅单元部分）；
图4为实施例2的俯视图（仅示出放丝机和扩幅单元部分）；
图5为实施例3的正视图（仅示出放丝机和扩幅单元部分）；
图6为实施例3的俯视图（仅示出放丝机和扩幅单元部分）；
图中，1：多辊机械式扩幅单元；1-1：张力控制装置；1-11：从动辊；1-12：主动辊；1-13：张力控制系统；1-14：调节器；1-15：力传感器；1-2：异型辊组合；2：摆动杆式扩幅单元；2-1：固定杆；2-2：摆动杆；2-3：连杆；2-4：微型电机；3：超声波分散扩幅单元；3-1：超声波分散槽；3-2：超声波发生器；4：放丝机；4-1：丝卷；5：导电辊；6：导向辊；7：电解槽；8：石墨板；9：水洗槽；10：喷淋头；11：收丝机；11-1：加热辊；11-2：从动压辊：11-3：主动压辊；11-4：气压控制柜；12：电气控制柜；100：扩幅单元。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
实施例1
如图1和2所示，本实用新型大丝束碳纤维电解表面处理装置，包括放丝机4，放丝机包括支架和放丝卷4-1，放丝卷4-1由支架支撑安装在工作台上，放丝卷4-1放出待处理的丝束；收丝机11，收丝机11包括加热辊11-1、压辊组、气压控制柜11-4和收丝卷（图中未示出），加热辊11-1加热丝束，压辊组由间隙设置的主动压辊11-2和从动压辊11-3组成，主动压辊11-2与气压控制柜11-4连接，收丝卷收卷丝束；依次安装在放丝机4与收丝机11之间的扩幅单元100、电解单元、水洗单元；扩幅单元用于将丝束铺展为薄层丝束；电解单元包括电解槽7、两根导电辊5和石墨板8，两根导电辊5分别安装在电解槽7的两边上方位置，石墨板8安装在电解槽7中，电解槽7中装有电解液用于电解处理丝束；水洗单元包括水洗槽9和喷淋头10，水洗槽9用于浸润洗涤丝束；喷淋头10安装在水洗槽9与收丝机11之间的上方位置。
其中扩幅单元选用多辊机械式扩幅单元1，多辊机械式扩幅单元1包括两个张力控制装置1-1、异型辊组合1-2和电机及电子控速单元1-3，两个张力控制装置1-1分别安装在异型辊组合1-2的左右两侧；异型辊组合1-2由三个等径异型辊组成，其中两个异型辊水平放置，另一个异型辊设置在两水平异型辊中间下侧。张力控制装置1-1由从动辊1-11、主动辊1-12和张力测定控制系统1-13组成；从动辊1-11间隙设置在主动辊1-12上侧，从动辊1-11与张力测定控制系统1-13连接；张力测定控制系统1-13由力传感器1-15和与从动辊1-11相连接的调节器1-14组成，力传感器1-15设置在调节器1-14的上端。
放丝机4放出大丝束碳纤维，保证丝束进入扩幅单元时的角度和方向，保持给料的平稳、流畅性。两个水平的异型辊转动方向相同，另一个异型辊的转动方向与两个水平异型辊的转动方向相反，三个异型辊的转动速度相同，异型辊的表面速度与丝速的流动方向相同，起到散丝束的作用。主动辊1-12由电机驱动，电机的转速可调，可以根据实际的需要调节电机的转速。通过调节器调节主动辊与从动辊之间的压力，使纤维在压力对应的纤维张力作用下达到预期薄层化效果。
扩幅单元将丝束铺展为均匀无间隙的薄层丝束，然后进入电解单元进行电解处理，电解单元的电解槽7是由绝缘材料制成，两个导电辊5与最大电压20V的直流电解电源连接作为阳极，电解槽7中安装石墨板8作为阴极，电解槽中装有电解液，通过阳极、阴极以及电解液的配合对丝束进行电解处理。电解处理后的丝束通过装有水的水洗槽进行浸润洗涤，在丝束离开水洗槽9后由设在上方的喷淋头10进行喷淋，进一步进行水洗。水洗后的丝束由收丝机11进行收丝，收丝机为五辊收丝机，其中前两辊为加热辊11-1，加热辊11-1加热丝束，使丝束脱水干燥，再通过由从动压辊11-2和主动压辊11-3组成的压辊组进行压挤压，经过压辊组挤压的丝束由收丝架收卷。通过对丝束的表面进行电解处理，使碳纤维的表面粗糙，比表面积大，表面能高，表面化学惰性减弱，使得碳纤维与基体树脂的润湿性好，结合力强。通过扩幅单元将大丝束铺展为无间隙的丝束纤维，使丝束在电解处理过程中内部浸润性好，单丝间不容易产生孔隙，提高基体与树脂间的界面结合能力，使复合材料的综合性能得到显著提高。
进一步的，电解单元还包括多个导向辊6，导向辊6均为聚四氯乙烯材料制成的绝缘辊。多个导向辊6安装在电解槽7中；水洗单元还包括多个导向辊6，导向辊6分别安装在水洗槽9中以及喷淋头10下方位置。通过导向辊，使丝束更较好的在电解槽和水洗槽中进行移动，有利于更好的电解处理和浸润。
进一步的，电解单元还包括电解液循环槽（图未示出），电解液循环槽与电解槽7通过泵（图未示出）连通；水洗单元还包括水洗循环槽（图未示出），水洗循环槽通过泵与水洗槽9连通。电解槽中的电解液和水洗槽中的水通过流入和排出，时时更新电解液和水，使电解功能和水洗功能都较好维持，优化处理效果。
进一步的，还包括电气控制柜12，电气控制柜12控制整个装置工作。为了方便整个处理装置的控制，将处理装置各个单元的控制器都安装在电气控制柜中，通过电气控制柜12控制整个处理装置的工作。
进一步的，水洗单元使用的水为二次蒸馏水。
实施例2
如图3和4所示，扩幅单元选用摆动杆式扩幅单元2，摆动杆式扩幅单元2包括两个固定杆2-1、摆动杆2-2、连杆2-3和微型电机2-4，两个固定杆2-1平行放置；摆动杆2-2设在两个固定杆2-1的中间上侧；摆动杆2-2通过连杆2-3与微型电机2-4连接。
通过调节摆动杆2-2的摆动频率与摆动幅度来控制大丝束碳纤维的扩幅程度。摆动杆2-2的摆动方式为位于输送平面内垂直于纤维运动方向摆动；摆动杆2-2的摆动频率为每分钟摆动125-175次，摆动幅度为12.5-50毫米。为了使丝束进利的进入和输出扩幅单元，在扩幅单元的两侧分别设置一个导向辊6，碳纤维丝束由放丝机4通过导向辊6进入到摆动式铺展单元2进行扩幅处理后，再经过一个导向辊6后通过导电辊5进入到电解槽进行电解表面处理。固定杆2-1和摆动杆2-2由不锈钢材料制成，直径为18-25毫米。
实施例3
如图5和6所示，扩幅单元选用超声波分散扩幅单元3，包括超声波分散槽3-1、超声波发生器3-2和两个导向辊6组成，超声波分散槽3-1装有液体介质，液体介质底部设有超声波发生器3-2，两个导向辊6安装在超声波分散槽3-1中。
超声波分散槽3-1内液体介质为水，纤维束通过槽内的导向辊6浸渍在纯水介质中，超声波发生器3-2发出的超声波通过水介质均匀地作用在纤维束上使纤维物理开纤；超声波分散扩幅单元3通过调节超声波发生器3-2的功率和走丝速度来调节纤维束的开纤幅度；一般的超声波发生器3-2的超声波功率为100-500瓦，工作时间和间歇时间从1-60秒连续可调。为了使丝束进利的进入和输出扩幅单元，在扩幅单元的两侧分别设置一个导向辊6，碳纤维丝束由放丝机4通过导向辊6进入到超声波扩展槽3-1进行扩展处理后，再经过一个导向辊6后通过导电辊5进入到电解槽进行电解表面处理。
通过在大丝束碳纤维进入电解槽电解之前先经过扩幅单元的扩幅处理，使大丝束纤维铺展为均匀无间隙的纤维带，使单丝能均匀地浸入到电解液中，解决了大丝束碳纤维电解表面处理的均匀性问题。经扩幅表面处理后的大丝束碳纤维作为增强材料与树脂基体进行结合的时候将表现出优异的界面相互作用，从而提高大丝束碳纤维复合材料的综合性能。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种大丝束碳纤维电解表面处理装置，其特征在于，包括
放丝机，所述放丝机包括支架和放丝卷，所述放丝卷由支架支撑安装在工作台上，放丝卷放出待处理的丝束；
收丝机，所述收丝机包括加热辊、压辊组、气压控制柜和收丝卷，所述加热辊加热丝束，所述压辊组由间隙设置的主动压辊和从动压辊组成，所述主动压辊与气压控制柜连接，所述收丝卷收卷丝束；
依次安装在所述放丝机与收丝机之间的扩幅单元、电解单元、水洗单元；所述扩幅单元用于将丝束铺展为薄层丝束；所述电解单元包括电解槽、两根导电辊和石墨板，所述导电辊分别安装在电解槽的两边上方位置，所述石墨板安装在电解槽中，电解槽中装有电解液用于电解处理丝束；所述水洗单元包括水洗槽和喷淋头；所述喷淋头安装在水洗槽与收丝机之间的上方位置。
2.如权利要求1所述的大丝束碳纤维电解表面处理装置，其特征在于，所述扩幅单元包括多辊机械式扩幅单元，所述多辊机械式扩幅单元包括两个张力控制装置、异型辊组合和电机及电子控速单元，所述两个张力控制装置分别安装在异型辊组合的左右两侧；所述异型辊组合由三个等径异型辊组成，其中两个异型辊水平放置，另一个异型辊设置在两水平异型辊中间下侧。
3.如权利要求2所述的大丝束碳纤维电解表面处理装置，其特征在于，所述张力控制装置由从动辊、主动辊和张力测定控制系统组成；所述从动辊间隙设置在主动辊上侧，从动辊与张力测定控制系统连接；所述张力测定控制系统由力传感器和与从动辊相连接的调节器组成，所述调节器与从动辊连接，所述力传感器设置在调节器的上端。
4.如权利要求1所述的大丝束碳纤维电解表面处理装置，其特征在于，所述扩幅单元包括摆动杆式扩幅单元，所述摆动杆式扩幅单元包括两个固定杆、摆动杆、连杆和微型电机，所述两个固定杆平行放置；所述摆动杆设在两个固定杆的中间上侧；所述摆动杆通过连杆与微型电机连接。
5.如权利要求1所述的大丝束碳纤维电解表面处理装置，其特征在于，所述扩幅单元包括超声波分散扩幅单元，包括超声波分散槽、超声波发生器和两个导向辊组成，所述超声波分散槽装有液体介质，液体介质底部设有超声波发生器，所述导向辊安装在超声波分散槽中。
6.如权利要求1至5任一项所述的大丝束碳纤维电解表面处理装置，其特征在于，所述电解单元还包括多个导向辊，所述导向辊安装在所述电解槽中；所述水洗单元还包括多个导向辊，所述导向辊分别安装在所述水洗槽中以及喷淋头下方位置。
7.如权利要求1至5任一项所述的大丝束碳纤维电解表面处理装置，其特征在于，所述电解单元还包括电解液循环槽，所述电解液循环槽与电解槽通过泵连通；所述水洗单元还包括水洗循环槽，所述水洗循环槽通过泵与水洗槽连通。
8.如权利要求1至5任一项所述的大丝束碳纤维电解表面处理装置，其特征在于，还包括电气控制柜，所述电气控制柜控制整个装置工作。
9.如权利要求1至5任一项所述的大丝束碳纤维电解表面处理装置，其特征在于，所述水洗单元使用的水为二次蒸馏水。
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Effective date of registration: 20200618 Address after: 101312 No.5, Anxiang street, Airport Industrial Zone, Shunyi District, Beijing Patentee after: BEIJING BLUESTAR CLEANING Co.,Ltd. Address before: 101318, serenity Road, B District, Shunyi District Airport Industrial Zone, Beijing, 5 Patentee before: BLUE STAR (BEIJING) SPECIAL FIBER TECHNOLOGY R & D CENTER Co.,Ltd. |
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Granted publication date: 20140618 |