[发明专利]无浆碳纤维三维防捻转向工业化装置

说明书

一种无浆碳纤维三维防捻转向工业化装置，其组成为：由碳纤维导引系统、导丝轮组固定系统、导丝轮组、基座系统与警报系统五部分组成。本三维防捻转向装置能便捷嫁接工业化生产线，杜绝传统分丝梳，导辊导轮与纱架等在三维转向过程中的侧向磨擦、扭转或加捻行为对碳纤维结构与性能造成的损伤，能精确、安稳、简洁的批量实现工业化生产中的原生无浆碳纤维丝束有序转向。

技术领域

本发明涉及碳纤维生产装备领域，具体涉及一种无浆碳纤维三维防捻转向工业化装置

背景技术

无浆碳纤维是各种用途、牌号成品碳纤维的前驱体，是碳纤维生产流程中上浆工序之前、高温碳化之后再经电化学表面刻蚀与水洗烘干工序处理的一种中间品。相对于成品碳纤维外表面有上浆剂保护膜保护与碳化炉工序之前的预氧丝、原丝有机分子链内有柔性基团保护，原生无浆碳纤维是一种无任何保护措施的高度取向的脆性最大的石墨片层骨架材料，其结构在无上浆剂保护情况下极易在三维转向过程中被导辊、导轮的跳动、不平滑转动、不光洁表面、侧向磨擦、垂直于取向既垂直于碳纤维运行方向的扭转与加捻所破坏，获取不易。传统的热固性碳纤维、新出现的热塑性碳纤维与电渡碳纤维、正在开发的陶瓷碳纤维等均需要原生无浆碳纤维，正因此，原生无浆碳纤维也是未来应用潜力最大、应用场景最多也是最难获取的一个新碳纤维品种。

日本三菱丽阳报道了一种‘树脂增强用碳纤维束及其制造方法以及碳纤维增强热塑性树脂组合物与成型品’(CN104603351A)专利中仅介绍了碳纤维表面上的上浆剂基团类别主要组份、上浆时间与上浆槽浸长，并未涉及原生无浆碳纤维的来源、状态与装置信息；专利‘试验用碳纤维上浆装置’(CN 205398940 U)涉及到上浆流程、碳纤维纱架，但并未对原生无浆碳纤维的来源作出说明，也未对碳纤维纱架形状、特征、性能、功能、使用方法与材质等权利作进一步要求；专利‘碳纤维增强热塑性树脂复合材料的制备方法及装置’(CN105348768A)涉及的制备方法与装置为碳纤维退浆、电渡后再上浆。实际应用中一部用户直接使用热固性上浆剂碳纤维来增强热塑性树脂，由于热固上浆剂与热塑性树脂的相容性差，其复合材料因复合界面性能较差无法显著提高材料性能，上浆剂不能承受280℃以上工艺温度，无法增强高温热塑性树脂。而采用500-700℃左右的温度保护氛围中将碳纤维表面的热固性上浆剂裂解，这一退浆过程将使碳纤维的性能不同程度下降，退浆后的碳纤维再进行热塑性上浆剂上浆，不仅生产成本高，退浆处理后的废液因无法回收而成为环保隐患，其复合材料的性能也无法稳定与最优。

传统分丝梳对碳纤维表面产生强力磨擦，纱架、导辊与导轮的跳动、表面光洁度与轴承的不平滑转动以及在碳纤维三维转向过程中对碳纤维产生的扭转或加捻行为损伤碳纤维结构与性能，同时，由于属于非专用原生无浆碳纤维三维转向临时借用装置，其外型尺寸难以在现场准确就位，且就位后会影响部分相邻碳纤维的正常运行。此外，碳纤维的三维转向张力所造成的分丝齿变形与纱架方位失稳反过来会加剧碳纤维运行轨迹跑偏、丝束锭位号失序，而磨擦所造成的毛丝与缠辊迅速造成分丝梳堵齿，导辊导轮纱架轴承卡顿，生产难以为继。

随着市场对高性能低成本热塑性上浆剂碳纤维需求越来越急迫，需求量越来越大，发明简洁实用、低成本、性能不受损伤、质量稳定、安全环保的工业化批量生产热塑性碳纤维的方法与装置成为碳纤维生产商满足市场要求与拓展碳纤维应用的当务之急。

利用现有热固性碳纤维生产线上的无浆碳纤维与配套资源，直接批量生产性能无损无浆碳纤维是一种最优方法。但现有工业化碳纤维生产装置的工艺流程与设备控制均已固定，设备间距小，设备操作、维修空间有限，现有分丝梳、移动纱架、倾侧罗拉以及它们的组合均无法实现无浆碳纤维在线无损三维转向。因此，获得无浆碳纤维关键技术是首要获取装置---无浆碳纤维三维防捻转向装置----的外形、材质、表面与性能必须避免对原生无浆碳纤维的脆性骨架造成伤害。

发明内容

本发明公开一种无浆碳纤维三维防捻转向工业化装置，为获取无损原生无浆碳纤维提供一种首要设备。

本发明的技术解决方案如下：