一种碳纤维表面上浆剂去除装置及方法
阅读说明：本技术 一种碳纤维表面上浆剂去除装置及方法 (Device and method for removing sizing agent on surface of carbon fiber ) 是由 单广斌 黄贤滨 刘艳 潘隆 屈定荣 于 2019-10-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种碳纤维表面上浆剂去除装置及方法,属于复合材料技术领域,所述的碳纤维表面上浆剂去除装置包括展纱辊、一次去浆系统、二次去浆和活化系统、控制与显示系统、气源,所述一次去浆系统、二次去浆和活化系统分别与控制与显示系统连接,所述控制与显示系统用于控制一次去浆系统进行纤维束的去浆,及用于控制二次去浆和活化系统进行纤维束的二次去浆与活化。本发明解决现有技术加热不均、容易过热造成纤维损伤和上浆剂去除率不高的问题,并提高纤维表面活性。(The invention discloses a carbon fiber surface sizing agent removing device and a method, belonging to the technical field of composite materials. The invention solves the problems of fiber damage and low removal rate of sizing agent caused by uneven heating and easy overheating in the prior art, and improves the surface activity of the fiber.)
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，特别涉及一种碳纤维表面上浆剂去除装置及方法。
背景技术
碳纤维由于具有强度高、模量大、耐腐蚀、比重小、耐高温等优于其他纤维类增强材料的特质，而被广泛应用于生产生活中的众多领域。
为了保护碳纤维表面、减少毛刺和断裂，一般出厂的商品碳纤维都已经过上浆处理，但其上浆剂的种类不一定与下一步加工所用的树脂匹配，这就需要进行上浆剂的去除处理。
专利“一种高导电高导热碳纤维的连续化制备方法”(CN107815800A)提到了一种给纱辊和碳纤维通电发热，利用电能转化的热去除表面上浆剂。这种方法发热不均匀，容易引发局部过热造成纤维损伤。专利“一种碳纤维上浆剂评测装置及评测方法”(CN108845087A)在解决评测不同的上浆剂的上浆效果的设计中，提及了电加热管加热去浆，目的是实现同一锭纤维进行不同上浆剂效果评价。该方法同样也存在容易局部过热和上浆剂去除不干净的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种碳纤维表面上浆剂去除装置及方法，解决现有技术加热不均、容易过热造成纤维损伤和上浆剂去除率不高的问题，并提高纤维表面活性。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
首先，本发明提供一种碳纤维表面上浆剂去除装置，包括展纱辊、一次去浆系统、二次去浆和活化系统、控制与显示系统、气源，所述一次去浆系统、二次去浆和活化系统分别与控制与显示系统连接，所述控制与显示系统用于控制一次去浆系统进行纤维束的去浆，及用于控制二次去浆和活化系统进行纤维束的二次去浆与活化。
进一步的，所述展纱辊包括第一展纱辊、第二展纱辊和第三展纱辊，第一展纱辊前端设有纤维锭，纤维束位于纤维锭上。
进一步的，所述一次去浆系统位于第一展纱辊和第二展纱辊之间，纤维束经过一次去浆系统去浆后经过第二展纱辊。
进一步的，所述一次去浆系统与气源连接，所述一次去浆系统包括保温管、温度传感器和热气供给装置，所述保温管上设有气体喷嘴，热气供给装置供给的热气通过气体喷嘴喷入保温管内，加热和分散保温管内的纤维束。
进一步的，所述温度传感器安装于保温管内的气体喷嘴处，并与控制与显示系统连接，将采集的气体喷嘴处的气体温度传输至控制与显示系统。
优选的，所述气体喷嘴包括多个。
优选的，所述气体喷嘴均匀分布于保温管的内侧壁上。
优选的，所述气体喷嘴为扁平口喷嘴，与纤维束之间具有可调节大小的夹角。
优选的，所述气体喷嘴与纤维束之间的夹角为30度-60度。
进一步的，所述热气供给装置包括加热器，气源与加热器连接的管路上设有调节阀，所述调节阀和加热器分别与控制与显示系统连接，所述控制与显示系统用于调节调节阀的开度，并控制加热器的加热温度。
进一步的，所述二次去浆和活化系统位于第二展纱辊和第三展纱辊之间，并与气源连接，纤维束依次经过第二展纱辊、二次去浆和活化系统、第三展纱辊。
进一步的，所述二次去浆和活化系统包括低温等离子发生器和等离子喷头，所述低温等离子发生器与气源连接，所述等离子喷头安装于第二展纱辊和第三展纱辊之间，气源提供的气体进入低温等离子发生器，产生的等离子体通过等离子喷头覆盖在纤维束表面。
进一步的，所述低温等离子发生器与控制与显示系统连接，所述控制与显示系统用于调节低温等离子发生器的气体流量。
优选的，所述等离子喷头与纤维束之间的距离为3-8mm。
优选的，所述纤维束的传动速度为5mm/min-800mm/min。
进一步的，所述气源为空气或惰性气体。
优选的，所述气源低于400℃时为空气，高于500℃时为氮气。
其次，本发明提供一种碳纤维表面上浆剂去除方法，利用前述的碳纤维表面上浆剂去除装置进行，包括：
展纱的步骤；
一次去浆操作的步骤；
二次去浆和活化操作的步骤。
一种碳纤维表面上浆剂去除方法，包括以下具体步骤：
(1)纤维锭中的纤维束经过第一展纱辊后，进入保温管，气源中的气体经过调节阀进入加热器；
(2)控制与显示系统通过对调节阀开度的调节控制气体流速，通过温度传感器的反馈温度，调节加热器功率，控制加热气体的温度；
(3)加热后的气体通过气体喷嘴进入保温管，并通过气流加热和分散纤维束；
(4)纤维束通过保温管后，经第二展纱辊进一步分散；
(5)气源提供气体进入低温等离子发生器，产生等离子体，通过等离子喷头覆盖在纤维束的两面，去除表面残留的上浆剂，并对纤维表面进行活化处理；
(6)纤维束经过第三展纱辊进入下一步工序。
进一步的，所述碳纤维表面上浆剂去除方法还包括通过调节展纱辊的转速调节纤维传动速度和加热时长的步骤。
与现有技术相比，本发明优点在于：
(1)利用流动高温气体加热去除上浆剂，加热均匀，不会发生过热导致损伤纤维的情况；而且当需要很高温度时，可用惰性气体作为气源，防止纤维氧化。
(2)气流既有加热作用还有促进分散的作用，加热更快更均匀，并及时将挥发物带走，提高去浆效率。
(3)在高温气体一次去浆后，在进一步展纱后增加了低温等离子束处理，利用低温等离子束对展纤的碳纤维丝进行二次去浆，去除丝束中部可能残留的上浆剂，并对去浆的纤维表面进行活化处理，有利于后续纤维与树脂的结合力，为下一工序做好前处理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的碳纤维表面上浆剂去除装置结构示意图。
图中，1纤维锭、2第一展纱辊、3保温管、4气源、5调节阀、6加热器、7控制与显示系统、8温度传感器、9气体喷嘴、10第二展纱辊、11低温等离子发生器、12等离子喷头、13第三展纱辊、14纤维束。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
如图1所示，一种碳纤维表面上浆剂去除装置，包括展纱辊、一次去浆系统、二次去浆和活化系统、控制与显示系统7、气源4，一次去浆系统、二次去浆和活化系统分别与控制与显示系统7连接，控制与显示系统7用于控制一次去浆系统进行纤维束的去浆，及用于控制二次去浆和活化系统进行纤维束的二次去浆与活化。
其中，展纱辊包括第一展纱辊2、第二展纱辊10和第三展纱辊13，第一展纱辊2前端设有纤维锭1，纤维束14位于纤维锭1上，纤维束14为碳纤维束。
下面介绍一次去浆系统的结构：
一次去浆系统位于第一展纱辊2和第二展纱辊10之间，纤维束14经过一次去浆系统去浆后经过第二展纱辊10。一次去浆系统与气源4连接，气源4为一次去浆系统供给气体。
一次去浆系统包括保温管3、温度传感器8和热气供给装置，保温管3上设有气体喷嘴9，热气供给装置供给的热气通过气体喷嘴9喷入保温管3内，加热和分散保温管3内的纤维束14。
其中，温度传感器8安装于保温管3内的气体喷嘴9处，并与控制与显示系统7连接，将采集的气体喷嘴9处的气体温度传输至控制与显示系统7。
作为一个优选的实施方式，气体喷嘴9可以设置为多个，均匀分布于保温管3的内侧壁上。并且气体喷嘴9优选为扁平口喷嘴，与纤维束14之间具有可调节大小的夹角。气体喷嘴9与纤维束14之间的夹角为一般为30度-60度。
其中，热气供给装置包括加热器6，气源4与加热器6连接的管路上设有调节阀5，调节阀5和加热器6分别与控制与显示系统7连接，控制与显示系统7用于调节调节阀5的开度，并控制加热器6的加热温度。
下面介绍二次去浆和活化系统的结构：
二次去浆和活化系统位于第二展纱辊10和第三展纱辊13之间，并与气源4连接，纤维束14依次经过第二展纱辊10、二次去浆和活化系统、第三展纱辊13。
二次去浆和活化系统包括低温等离子发生器11和等离子喷头12，低温等离子发生器11与气源4连接，等离子喷头12安装于第二展纱辊10和第三展纱辊13之间，气源4提供的气体进入低温等离子发生器11，产生的等离子体通过等离子喷头12覆盖在纤维束14表面。其中，等离子喷头12与纤维束14之间的距离优选为3-8mm。
低温等离子发生器11与控制与显示系统7连接，控制与显示系统7用于调节低温等离子发生器11的气体流量。
作为一个优选的实施方式，本实施例所用气源可根据需求选择空气或惰性气体。气源低于400℃时优选为空气，高于500℃时优选为氮气。
本实施例装置在运行时的主要控制参数：
(1)纤维束14的传动速度为5mm/min-800mm/min。
(2)气体喷嘴9与纤维束14之间的夹角为一般为30度-60度。
(3)等离子喷头12与纤维束14之间的距离优选为3-8mm。
实施例2
本实施例提供一种碳纤维表面上浆剂去除方法，利用实施例1记载的碳纤维表面上浆剂去除装置进行，包括：
展纱的步骤；
一次去浆操作的步骤；
二次去浆和活化操作的步骤。
实施例3
一种碳纤维表面上浆剂去除方法，利用实施例1记载的碳纤维表面上浆剂去除装置进行，包括以下具体步骤：
(1)纤维锭1中的纤维束14经过第一展纱辊2后，进入保温管3，气源4中的气体经过调节阀5进入加热器6；
(2)控制与显示系统7通过对调节阀5开度的调节控制气体流速，通过温度传感器8的反馈温度，调节加热器6功率，控制加热气体的温度；
(3)加热后的气体通过气体喷嘴9进入保温管3，并通过气流加热和分散纤维束14；
(4)纤维束14通过保温管3后，经第二展纱辊10进一步分散；
(5)气源4提供气体进入低温等离子发生器11，产生等离子体，通过等离子喷头12覆盖在纤维束14的两面，去除表面残留的上浆剂，并对纤维表面进行活化处理；
(6)纤维束14经过第三展纱辊13进入下一步工序。
在进行碳纤维表面上浆剂去除时，可通过调节展纱辊的转速，调节纤维传动速度和加热时长。纤维束的传动速度为5mm/min-800mm/min。
实施例4
本实施例结合具体操作步骤及参数说明进行碳纤维表面上浆剂去除的方法。
将纤维束14放置在纤维锭1上，纤维束14通过第一展纱辊2后缓慢进入保温管3，设定调节阀5开度60％，选用压缩空气气源，设定气体温度400℃，气体喷嘴9选用40*1mm窄喷头，喷头在纤维上下两侧均匀分布，数量10个，喷头与纤维夹角调节30度。
调节展纱辊转速，控制纤维线速度30mm/min，纤维经过气流加热和冲洗后到达第二展纱辊10，设定低温等离子发生器11气体流量3L/min，同样在丝束两面设置锥形等离子喷嘴，调节等离子喷嘴到纤维丝的距离覆盖整个丝束面。经低温等离子进一步去除残留的上浆剂，并对纤维表面进行活化后，经第三展纱辊13去上浆工序。
实施例5
本实施例结合具体操作步骤及参数说明进行碳纤维表面上浆剂去除的方法。
将纤维束14放置在纤维锭1上，纤维束14通过第一展纱辊2后缓慢进入保温管3，设定调节阀5开度90％，选用氮气气源，设定气体温度800℃，气体喷嘴9选用40×1mm窄喷头，喷头在纤维上下两侧均匀分布，数量10个，喷头与纤维夹角调节45度。
调节展纱辊转速，控制纤维线速度60mm/min，纤维经过气流加热和冲洗后到达第二展纱辊10，设定低温等离子发生器11气体流量5L/min，同样在丝束两面设置锥形等离子喷嘴，调节等离子喷嘴到纤维丝的距离覆盖整个丝束面。经低温等离子进一步去除残留的上浆剂并对纤维表面进行活化后，经第三展纱辊13去上浆工序。
综上所述，本发明利用流动高温气体加热去除上浆剂，并利用低温等离子束对展纤的碳纤维丝进行二次去浆，同时对纤维表面进行活化。气体加热均匀，不会发生局部超温损伤碳纤维，而且当需要很高温度时，可用惰性气体作为气源，防止纤维氧化。在高温气体一次去浆后，进一步展纤后利用低温等离子束去除丝束中部可能残留的上浆剂，并对去浆的纤维表面进行活化处理，为下一工序做好前处理。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。
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