[发明专利]一种碳纤维和石墨纤维的上浆方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳纤维清洁生产技术领域，具体涉及一种碳纤维和石墨纤维的上浆方法。

背景技术

碳纤维是指经碳化及石墨化处理，且碳含量高于90％的无机高分子纤维，其中含碳量高于99％的称石墨纤维。根据其原丝来源，主要可以分为聚丙烯腈基、沥青基和黏胶基碳纤维和石墨纤维。由于碳纤维和石墨纤维性能优异，具有密度小、质量轻、拉伸强度及拉伸模量高、热膨胀系数小、耐磨损、耐腐蚀等优点，在当今的航空航天、汽车制造、新能源、基础设施、海洋油田、机器人和文体器材等诸多领域，已经得到了广泛的应用[贺福编著.碳纤维及石墨纤维[M].北京：化学工业出版社，2010.14-19]。

为了使碳纤维和石墨纤维形态得到很好地保护，或使碳纤维能够与其他复合材料更好的结合，在碳纤维和石墨纤维的生产制造过程中，通常会对碳纤维和石墨纤维进行上浆处理。即在其表面包覆一层上浆剂，不仅具有减少纤维起毛断丝、使纤维成束、改善工艺性并起到保护碳纤维和石墨纤维的作用，还有改善碳纤维和石墨纤维与其他复合材料基体界面接触并发生物理化学的相互作用。上浆是碳纤维和石墨纤维生产过程中一道重要的工序，同时碳纤维和石墨纤维上浆剂含量(附着质量)是评价上浆工艺的一项重要指标，通常控制在0.4％-1.2％(质量分数)之间[CN 102735571A；贺福编著.碳纤维及石墨纤维[M].北京：化学工业出版社，2010.319-344]。这不仅取决于上浆剂种类及碳纤维和石墨纤维品种规格，也关联上浆形式和上浆部位。

目前，碳纤维和石墨纤维上浆形式有滚筒上浆法、滚筒浸渍法和喷雾喷淋法等不同选择，而上浆部位则通常固定在水洗-干燥之后。类似这种将上浆工艺指标、上浆方式、上浆部位、上浆操作工序和上浆装置设备等作为一个独立(单独、单一)的单元来规划流程和排布设备的上浆主体功能单一化，既限制了碳纤维和石墨纤维制造成本的改进，也造成能源不必要的大量消耗，更制约了碳纤维和石墨纤维清洁生产技术的研发。

综上所述，本领域需要研究开发一种新型合理且高效的碳纤维和石墨纤维的上浆方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种通过上浆主体功能复合化的技术方案来实现。具体地说就是将传统上浆主体功能构成作为非独立的单元与传统干燥主体功能构成组合，共同参与碳纤维和石墨纤维的流程设计和设备排布。

本发明通过以下技术方案实现：

一种碳纤维和石墨纤维的上浆方法，其特征在于，包括一种将传统上浆主体功能构成作为非独立单元与传统干燥主体功能构成组合的碳纤维和石墨纤维卧式或立式干燥-上浆-干燥联合机组，所述的联合机组分为干燥区①、上浆区和干燥区②，由加热辊筒和上浆部位点及其喷头构成，加热辊筒与碳纤维和石墨纤维丝束呈纵向、上下、错位、等距排列，上浆部位点与碳纤维和石墨纤维丝束呈纵向、上下、正反、错位、等距或不等距排列，每个上浆部位点由2-8个与碳纤维和石墨纤维丝束呈横向等距排列的喷头组成，通过干燥-上浆-干燥功能、上浆流量控制、多点上浆部位，以及干燥工艺分区，加热辊筒表面工艺温度为105-250℃的上浆，稳定碳纤维和石墨纤维丝束温度变化，控制碳纤维和石墨纤维上浆剂含量在0.4％-1.2％(质量分数)之间。其中

联合机组干燥区①和干燥区②分别由3-7个加热辊筒组成；上浆区由2-6个加热辊筒和2-10个喷雾或喷淋上浆部位点组成。

加热辊筒表面工艺温度为105-250℃，温度控制系统采用单独分立设定或分区统一设定。

所述的上浆剂调配浓度(质量分数)为2％-15％，通过计量泵控制上浆剂喷雾或喷淋流量50-150g/min。

与现有技术相比，本发明简化碳纤维和石墨纤维的流程，优化干燥-上浆-干燥工艺设计，稳定碳纤维和石墨纤维丝束温度变化；由计量泵控制上浆剂工艺流量，实现能源和上浆剂消耗的减少，符合高效节能和无废排放的清洁生产模式。该方法适应全纤度系列的聚丙烯腈基、沥青基和黏胶基碳纤维和石墨纤维的生产过程。

附图说明

图例为碳纤维和石墨纤维组合式干燥-上浆-干燥联合机组示意图。

其中1、加热辊筒；2、上浆剂喷雾或喷淋部位点；3、碳纤维和石墨纤维；4、上浆剂计量泵；5、上浆剂连接管线；I、干燥区①；II、上浆区；III、干燥区②。

具体实施方式

实施例1-3

一种碳纤维和石墨纤维的上浆方法，该方法包括一种碳纤维和石墨纤维组合式干燥-上浆-干燥联合机组：