专利名称：一种用于生产连续碳纤维的水洗机的制作方法
技术领域：
本发明属于新型材料生产领域，涉及一种碳纤维生产设备，具体涉及一种用于生 产连续碳纤维的水洗机。
背景技术：
碳纤维是一种新型非金属材料，具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、抗蠕 变、低热膨胀、高导电和导热、自润滑等一系列优异性能；而且作为纤维还具有柔软性和可 编、可纺织性，被广泛应用于航天航空、国防军事等尖端领域以及高级体育用品、医疗器械 等民用工业，成为先进复合材料的主要增强体之一，被誉为21世纪中最有生命力的新型材 料。碳纤维是利用有机纤维经过预氧化、低温碳化和高温碳化等工艺过程制得的其含 碳量在90%以上的新型碳材料。由于在高温惰性气氛中碳化处理，随着非碳元素的挥发和 碳元素的富集，使其表面活性降低，表面张力降低，与基体树脂的浸润性变差，导致其复合 材料的层间剪切强度降低，不能达到使用设计的要求。为了使碳纤维表面由憎液性转变为 亲液性，需要对其进行表面处理，提高其层间剪切强度，满足设计和实用要求。碳纤维表面 处理方法较多，但在线配套方法较少，目前应用较为广泛为阳极电解氧化法。经过阳极氧 化处理后的碳纤维表面残留一定量的电解质，需经水洗工序进行洗涤，否则将会影响碳纤 维及其复合材料的性能。水洗工艺通常采用浸渍法、喷淋法和超声波水洗法，尤其是浸渍法 和喷淋法使用居多。关于碳纤维的洗净方法及其装置，文献特开平6-173155. 19941已有 论述，结果表明从水洗效果来看，喷淋法明显优于浸渍法；从水洗段数对水洗效果的影响 来看，喷淋法第一段水洗效果最好，后几段对水洗效果影响较小，浸渍法随着水洗段数的增 多，残留电解质浓度几乎线性降低，直至稳定；从水洗设备结构特点来看，浸渍法水洗设备 具有液下辊，在保证液下辊转动灵活的前提下，液下辊转动轴与水洗槽的密封相当困难；喷 淋法水洗设备采用槽辊结构，容易造成碳纤维表面机械损伤，并且在碳纤维断头纤维缠辊 的情况下清理较难，同时喷淋法水洗使用水量较大，增加生产成本。目前，国内碳纤维生产 过程中水洗设备也存在上述问题，难以适应碳纤维连续化生产的要求，水洗效果不理想，处 理效率也较低，增加了生产成本。
发明内容
为了解决现有的碳纤维水洗机密封不好、水洗效果低、处理效率低的技术问题，本 发明提供一种用于连续生产碳纤维的水洗机，该水洗机采用浸渍法与喷淋法相结合的水洗 工艺，具有设备结构简单、能耗低、水洗效果好、处理效率高的优点。本发明的技术解决方案是一种用于生产连续碳纤维的水洗机，其特殊之处在于其包括箱体2、设置在箱体2顶部的第一喷淋组件5、位于箱体2内且固定在箱体 上的多个传动辊、以及设置箱体底部的水洗槽3 ；所述水洗槽3中设置有将水洗槽分为第一
3喷淋槽11、浸渍槽12和第二喷淋槽13的第一溢流板7和第二溢流板17 ；所述多个传动辊 包括第一喷淋传动辊41、第一浸渍传动辊42、第二浸渍传动辊43、第二喷淋传动辊44，所述 第一喷淋传动辊41设置在第一喷淋组件51下方，所述第一浸渍传动辊42和第二浸渍传动 辊43的底部位于浸渍槽12的液面下方，所述第一喷淋传动辊41和第二喷淋传动辊44的 底部高于浸渍槽12的液面；所述第一溢流板的高度低于第二溢流板的高度；所述浸渍槽12 底面设置有排泄口 16和注入口 15、所述第一喷淋槽底面设置有放净口 14;上述浸渍槽还包括设置在第一溢流板7和第一浸渍传动辊42之间用于限制浸渍 槽液位的液位板18，所述液位板18和第一溢流板7之间的空间组成排泄通道20，所述排泄 口 16位于排泄通道20下方，所述注入口 15位于第二浸渍传动辊43下方；所述液位板的高 度低于第一溢流板的高度。上述水洗机还包括第二喷淋组件52，所述第二喷淋组件52位于第二喷淋传动辊 44的上方。上述水洗机还包括循环装置，循环装置包括两端分别与排泄口 16和注入口 15连 接的水泵19。上述浸渍槽12和第二喷淋槽13底面设置有放净口 14 ；所述放净口 14和排泄口 16处均设置有过滤装置9 ；上述浸渍槽底部设置有液体分布器8，所述液体分布器8可对注入口 15进入的循 环液进行稳流。上述传动辊的外圆周面为光面。上述第一喷淋组件51和第二喷淋组件的喷嘴为水幕式喷嘴结构、水帘式喷嘴结 构或高压喷嘴结构。本发明所具有的优点1、本发明采用浸渍法和喷淋法相结合的方式实现了碳纤维连续化生产过程中的 水洗工艺，运行可靠、能耗低、水洗效果好、处理效率高。2、本发明将浸渍传动辊的转轴设置在浸渍槽液面以上，在保证浸渍传动辊转动灵 活的前提下，避免了浸液辊转动轴与水洗槽之间的密封问题。3、本发明的水洗机在水洗槽浸渍区增加了循环装置，该装置在增强水洗效果的同 时循环利用水资源，降低成本。4、本发明在每个放净口处均设置有过滤装置，减少了毛丝塞堵管道的麻烦，日常 维护方便，便于操作。5、本发明巧妙地将喷淋水洗与浸渍水洗相结合，具有设备结构简单，日常维护方 便，便于操作的优点。综上所述，本发明的水洗机采用了浸渍法与喷淋法相结合的水洗工艺，保证了碳 纤维后处理工序水洗工艺的完好实施，具有能耗低、水洗效果好、处理效率高、设备结构简 单、日常操作与维护方便的优点。
图1是本发明结构原理示意图；图2是本发明实施例的结构示意其中1_机座，2-箱体，3-水洗槽，41-第一喷淋传动辊，42-第一浸渍传动辊， 43-第二浸渍传动辊，44-第二喷淋传动辊，51-第一喷淋组件，52-第二喷淋组件，6-槽 体，7-第一溢流板，8-液体分布器，9-过滤装置，10-碳纤维，11-第一喷淋槽，12-浸渍槽， 13-第二喷淋槽，14-放净口，15-注入口，16-排泄口，17第二溢流板，18-液位板，19-水泵， 20-排泄通道。
具体实施例方式本发明用于连续生产碳纤维的水洗机如图2所示，主要包括机座1、箱体2、水洗槽 3、第一喷淋传动辊41、第一浸渍传动辊42、第二浸渍传动辊43、第二喷淋传动辊44、第一喷 淋组件51、第二喷淋组件52。箱体2安装在机座1上，水洗槽3设置在箱体内侧底部，箱体 顶部设置有第一喷淋组件51和第二喷淋组件52，水洗槽3内装有无离子水，水洗槽3主要 由槽体6、第一溢流板7、第二溢流板17、液体分布器8、过滤装置9组成，水洗槽3从左至右 由被第一溢流板7和第二溢流板17分为第一喷淋槽11、浸渍槽12和第二喷淋槽13三部 分，第一喷淋槽11的槽体底部设置其放净口 14，放净口 14的正上面设置过滤装置9，浸渍 槽12的槽体底部设置液体分布器8、注入口 15和排泄口 16、放净口 14，注入口 15和放净口 14上面页设置过滤装置9，第二喷淋槽13的槽体底部设置放净口 14，放净口 14上面也设置 过滤装置9 ；箱体2上安装有多个传动辊，其中第一喷淋传动辊42位于第一喷淋槽11上 方，第一浸渍传动辊42和第二浸渍传动辊43位于浸渍槽上方；第二喷淋传动辊位于第二喷 淋槽13的上方；第一浸渍传动辊42和第二浸渍传动辊的外圆周下沿浸在浸渍槽中，第一喷 淋传动辊和第二喷淋传动辊的外圆周下沿高于浸渍槽12的液面；第一喷淋组件51位于第 一喷淋传动辊41的上侧，并且偏离第一喷淋传动辊41中心线一定距离。第二喷淋组件52 位于第二喷淋传动辊44的上侧，并且偏离第二喷淋传动辊44中心线一定距离。液体分布 器可采用平板式或多孔板式结构，从循环液分布均勻角度考虑，优先选用多孔板式结构，其 孔的形状不受限制，其目的是实现对循环液的稳流作用，减少对预洗涤纤维的扰动。传动辊的外圆周面可以为光面或凹槽形，从设备加工成本、洗涤效果和实际操作 方面的角度考虑，优先选用光面辊。传动辊的材质不受限制，通常选用金属材质，如碳钢、奥 氏体不锈钢等，为了减小传动辊表面对纤维的机械损伤，同时提高传动辊本身的耐腐蚀性， 要求对其进行表面处理，通常采用表面电镀硬铬、再经抛光、精磨处理，使其表面粗糙度Ra 不大于0. 4 ；为了保证预洗涤纤维按照预定路线运行、不走偏，各传动辊转轴之间具有一定 的平行度要求，同时传动辊转轴与其安装箱体基准面之间具有一定的垂直度要求。喷淋组件5的喷嘴部件采用水帘式结构，水帘的间距与预洗涤纤维的丝束间距决 定，通常5 20mm。过滤装置的过滤材料选用20 60目的不锈钢网制作，可以满足其耐腐 蚀性和过滤洗涤介质中毛丝的作用。传动辊在后续牵伸机的牵引作用下，完成将预洗涤碳纤维10按照一定路线连续 传输，运行平稳、可靠；水洗槽3的第一喷淋槽11以及其上方第一传动辊41和第一喷淋组 件51完成预洗涤碳纤维10的初次喷淋水洗工艺，并将洗涤后进入第一喷淋槽11的较浓的 水洗液经放净口 14排入水处理管道系统；水洗槽3的第二喷淋槽13以及其上方第二喷淋 传动辊44和第二喷淋组件52完成预洗涤碳纤维10的次级喷淋水洗工艺，并将洗涤后较低 浓度的水洗液经溢流板7流入浸渍槽12，作为浸渍水洗工艺用水；浸渍槽12以及其上方的第一浸渍传动辊42、第二浸渍传动辊43、液体分布器8、过滤装置9、循环液注入口 15和排 泄口 16，配合循环水泵及其循环管路完成预洗涤碳纤维19的浸渍水洗工艺，并将水洗液经 第一溢流板7流入第一喷淋槽11，再经过滤装置9，连同初级喷淋用水一起经放净口 14排 入水处理管路系统。上述水洗机的各零部件的配合可实现碳纤维的水洗工艺。喷淋组件的喷嘴部件可采用水幕式或水帘式的结构、也可采用高压喷嘴结构，从 节约水资源和减少对预洗涤纤维的损伤角度分析，水帘式最好、水幕式居中、高压喷嘴式最 差；从水洗效果来看，喷淋部件的结构形式对其几乎没有影响。过滤装置的主要作用是滤除洗涤介质中毛丝(从预洗涤纤维上脱落下来的短纤 维)，防止其堵塞管路。为了保证水洗工艺的顺利实施，对过滤装置的过滤材料在材质和网 孔目数方面具有一定的要求，即材质具有一定的耐腐蚀性、网孔目数大小满足滤除毛丝的 需要；对过滤装置的过滤材料在网孔形状方面没有特殊限制，可以圆孔、方孔或其余不规则 孔等。为了保证预洗涤纤维具有洁净的洗涤环境，在顺利完成水洗工艺的前提下不污染 预洗涤纤维，要求本发明的水洗机与洗涤介质、预洗涤纤维接触的部件材质均具有一定的 耐腐蚀性，具体材质种类和牌号不受限制。
权利要求
一种用于生产连续碳纤维的水洗机，其特征在于其包括箱体(2)、设置在箱体(2)顶部的第一喷淋组件(5)、位于箱体(2)内且固定在箱体上的多个传动辊、以及设置箱体底部的水洗槽(3)；所述水洗槽(3)中设置有将水洗槽分为第一喷淋槽(11)、浸渍槽(12)和第二喷淋槽(13)的第一溢流板(7)和第二溢流板(17)；所述多个传动辊包括第一喷淋传动辊(41)、第一浸渍传动辊(42)、第二浸渍传动辊(43)、第二喷淋传动辊(44)，所述第一喷淋传动辊(41)设置在第一喷淋组件(51)下方，所述第一浸渍传动辊(42)和第二浸渍传动辊(43)的底部位于浸渍槽(12)的液面下方，所述第一喷淋传动辊(41)和第二喷淋传动辊(44)的底部高于浸渍槽(12)的液面；所述第一溢流板的高度低于第二溢流板的高度；所述浸渍槽(12)底面设置有排泄口(16)和注入口(15)、所述第一喷淋槽底面设置有放净口(14)。
2.根据权利要求1所述的用于生产连续碳纤维的水洗机，其特征在于所述浸渍槽还 包括设置在第一溢流板(7)和第一浸渍传动辊(42)之间用于限制浸渍槽液位的液位板(18)，所述液位板(18)和第一溢流板(7)之间的空间组成排泄通道(20)，所述排泄口(16) 位于排泄通道(20)下方，所述注入口(15)位于第二浸渍传动辊(43)下方；所述液位板的 高度低于第一溢流板的高度。
3.根据权利要求1或2所述的用于生产连续碳纤维的水洗机，其特征在于所述水洗 机还包括第二喷淋组件(52)，所述第二喷淋组件(52)位于第二喷淋传动辊(44)的上方。
4.根据权利要求3所述的用于生产连续碳纤维的水洗机，其特征在于所述水洗机还 包括循环装置，循环装置包括两端分别与排泄口(16)和注入口(15)连接的水泵(19)。
5.根据权利要求4所述的用于生产连续碳纤维的水洗机，其特征在于所述浸渍槽12 和第二喷淋槽(13)底面设置有放净口(14)；所述放净口(14)和排泄口(16)处均设置有 过滤装置(9)。
6.根据权利要求4所述的用于生产连续碳纤维的水洗机，其特征在于所述浸渍槽底 部设置有液体分布器(8)，所述液体分布器(8)可对注入口(15)进入的循环液进行稳流。
7.根据权利要求4所述的用于生产连续碳纤维的水洗机，其特征在于所述传动辊的 外圆周面为光面。
8.根据权利要求4所述的用于生产连续碳纤维的水洗机，其特征在于所述第一喷淋 组件(51)和第二喷淋组件的喷嘴为水幕式喷嘴结构、水帘式喷嘴结构或高压喷嘴结构。
全文摘要
本发明属于一种用于生产连续碳纤维的水洗机，其包括箱体、设置在箱体顶部的第一喷淋组件、位于箱体内且固定在箱体上的多个传动辊、以及设置箱体底部的水洗槽；水洗槽中设置有第一溢流板和第二溢流板；传动辊包括第一喷淋传动辊、第一浸渍传动辊、第二浸渍传动辊、第二喷淋传动辊，第一喷淋传动辊设置在第一喷淋组件下方，第一浸渍传动辊和第二浸渍传动辊的底部位于浸渍槽的液面下方，第一喷淋传动辊和第二喷淋传动辊的底部高于浸渍槽的液面；第一溢流板的高度低于第二溢流板的高度；浸渍槽底面设置有排泄口和注入口、第一喷淋槽底面设置有放净口；本发明解决了现有的碳纤维水洗机密封不好的技术问题，本发明具有设备结构简单、能耗低等的优点。
文档编号D06B23/00GK101979748SQ20101028660
公开日2011年2月23日 申请日期2010年9月19日 优先权日2010年9月19日
发明者刘福杰, 李福平, 王浩静, 王红飞, 程璐, 范立东 申请人:西安航科等离子体科技有限公司