一种碳纤维和石墨纤维的上浆方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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]。
[0003] 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%-l?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。
[0004] 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。
[0005] 综上所述，本领域需要研宄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】
[0006] 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。
[0007] 本发明通过以下技术方案实现：
[0008] 一种碳纤维和石墨纤维的上浆方法，其特征在于，包括一种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，通过上浆方式组合、上浆流量控制、多点上浆 部位，以及干燥工艺分区，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。
[0009] 所述的联合机组干燥区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。
[0010] 所述的干燥区①、上浆区和干燥区②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；加热辊筒表面工艺温度为105-250°C，温度控制系统采用单独分立 设定或分区统一设定。
[0011] 所述的上浆区2-10个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；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。
[0012] 所述的联合机组若因进入干燥区①的碳纤维和石墨纤维已干燥，干燥区①可简化 和省略。
[0013] 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】
[0014] 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。
[0015] 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】
[0016] 实施例1-3
[0017] -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：
[0018] (1)联合机组分为干燥区①、上浆区和干燥区②；单位时间碳纤维和石墨纤维生 产制造能力，包括
[0019]实施例 1 :2. Okg/min;
[0020]实施例 2 :1. 5kg/min;
[0021] 实施例 3 :1. Okg/min。
[0022] (2)干燥区①参数，包括
[0023] 实施例1:加热辊数目7个，工艺温度150°C;
[0024] 实施例2 :加热辊数目5个，工艺温度165°C ;
[0025] 实施例3 :加热辊数目5个，工艺温度180°C。
[0026] (3)上浆区参数，包括
[0027]实施例1:加热辊数目5个，工艺温度135°C，上浆部位点5个，上浆部位点喷头数 目8个，上衆剂调配浓度（质量分数）4. 5%，上衆部位点计量泵流量90g/min;
[0028] 实施例2 :加热辊数目3个，工艺温度150°C，上浆部位点3个，上浆部位点喷头数 目5个，上衆剂调配浓度（质量分数）6. 0%，上衆部位点计量泵流量115g/min ;
[0029] 实施例3 :加热辊数目3个，工艺温度145°C，上浆部位点3个，上浆部位点喷头数 目6个，上衆剂调配浓度（质量分数）8. 0%，上衆部位点计量泵流量85g/min。
[0030] (4)干燥区②参数，包括
[0031] 实施例1 :加热辊数目5个，工艺温度135°C ;
[0032] 实施例2 :加热辊数目3个，工艺温度150°C ;
[0033] 实施例3 :加热辊数目5个，工艺温度145°C。
[0034] (5)喷雾或喷淋流量效率，实施例1-3均为60%。
[0035] (6)依据上浆剂含量S(% )公式：
[0036]
【主权项】
1. 一种碳纤维和石墨纤维的上浆方法，其特征在于，包括一种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，通过上浆方式组合、上浆流量控制、多点上浆 部位，以及干燥工艺分区，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。
2. 根据权利要求1所述的一种测定碳纤维和石墨纤维上浆方法，其特征在于，所述的 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。
3. 根据权利要求1所述的一种测定碳纤维和石墨纤维上浆方法，其特征在于，所述的 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。
4. 根据权利要求1所述的一种测定碳纤维和石墨纤维上浆方法，其特征在于，所述的 干燥区①、上浆区和干燥区②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。
5. 根据权利要求1所述的一种测定碳纤维和石墨纤维上浆方法，其特征在于，所述的 加热辊筒表面工艺温度为105-250°C，温度控制系统采用单独分立设定或分区统一设定。
6. 根据权利要求1所述的一种测定碳纤维和石墨纤维上浆方法，其特征在于，所述的 上浆区2-10个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。
7. 根据权利要求1所述的一种测定碳纤维和石墨纤维上浆方法，其特征在于，所述的 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。
8. 根据权利要求1所述的一种测定碳纤维和石墨纤维上浆方法，其特征在于，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〇
9. 根据权利要求1所述的一种测定碳纤维和石墨纤维上浆方法，其特征在于，所述的 联合机组若因进入干燥区①的碳纤维和石墨纤维已干燥，干燥区①可简化和省略。
【专利摘要】本发明涉及一种碳纤维和石墨纤维的上浆方法，具体地说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。该方法包括一种卧式(或立式)干燥-上浆-干燥联合机组，通过组合上浆方式、控制上浆剂流量、多点上浆部位和分区干燥工艺，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。本发明简化碳纤维和石墨纤维制造流程，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，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。
【IPC分类】D06B1-02, D06B15-00
【公开号】CN104593965
【申请号】CN201510046155
【发明人】戚雁俊
【申请人】上海市环境科学研究院
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月29日