CN114921918B - 一种试验用纤维上浆流水线及其上浆工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种试验用纤维上浆流水线，包括沿着纤维走丝方向设置的浸浆槽、刮浆装置及烘干装置，浸浆槽的两端分别设置有可拆卸的硅胶板，各硅胶板上设置有硅胶片，刮浆装置包括刮浆架台，刮浆架台包括两根竖直设置的安装杆，各安装杆上水平安装有相对而设的固定夹，各固定夹上夹设有刮浆片，各刮浆片具有朝向纤维走丝方向延伸的刮浆弧面，刮浆架台上还设置有用于回收刮浆废液的回收槽，烘干装置包括烘箱，烘箱内设置有可拆卸的用于固定纤维的烘箱盘。本发明还公开了一种采用上述试验用纤维上浆流水线进行的上浆工艺。本发明一种试验用纤维上浆流水线，用于进行不同上浆剂的试验，能够缩短测试周期，上浆的稳定性好，且降低了上浆剂的研发成本。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维上浆技术领域，具体涉及的是一种试验用纤维上浆流水线及其上浆工艺。
背景技术
连续氮化硅纤维、碳化硅纤维具有高强高模、耐高温、耐烧蚀、耐化学腐蚀、高温稳定性好等优良特性，属于国家战略性特种陶瓷材料。在这类纤维的生产制造过程中，上浆是一道必不可少的程序。氮化硅、碳化硅纤维与碳纤维、玻璃纤维类似，因此其上浆设备及过程主要借鉴碳纤维、玻璃纤维等的上浆工艺。然而，氮化硅纤维和碳化硅纤维的表面性能与碳纤维、玻璃纤维等差异较大。如碳化硅纤维主要由β-SiC，SiCxOy、游离碳、SiO2及少量SiCxOyNz组成，氮化硅纤维为非晶态，主要由SiN4结构基元以及SiNxOy相组成，只存在微量的碳元素。而碳纤维由惰性石墨层结构组成表面，仅含C、N、O元素。不同纤维表面元素的差异导致纤维对上浆剂的浸润性、物理结合性能不同。与碳纤维增强复合材料相比，碳化硅纤维、氮化硅纤维的使用温度更高，对纤维组成的要求更为严格。上浆过程中使用的上浆剂中的碱金属离子、氧元素、碳元素等对纤维耐高温性能影响大，因此在纤维的上浆过程中应严格控制其含量。综上所述，连续碳化硅纤维、氮化硅纤维应使用合适的上浆剂以适应纤维的应用和可编织性能等要求。
在上浆剂的开发过程中，需要对上浆剂进行性能测试，主要有固含量、表面张力、粘度、离心稳定性等参数的测试。还需要对上浆后的纤维进行测试，主要有接触角、耐磨性、毛丝量、上浆率、拉伸强度等测试。由此可见，上浆剂应用于上述纤维的前期预研测试需要耗费大量的纤维，测试周期长，且如果直接在生产线上试用开发的上浆剂，还存在以下问题：第一，需要停产，上浆剂的正交试验过程要求反复的更换上浆剂，导致频繁更换、拆卸、清洗上浆槽，成本高；第二，使用生产线的上浆设备对纤维上浆，需要的纤维相对较长(≥10m)，上浆过程中辊轮、放丝及收丝过程对纤维磨损大，影响了纤维的测试性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种试验用纤维上浆流水线，用于进行不同上浆剂的试验，能够缩短测试周期，上浆的稳定性好，且降低了上浆剂的研发成本。
本发明的目的还在于提供一种试验用纤维上浆工艺，纤维的上浆率可控，且能够减少上浆过程中纤维的磨损，纤维不易断裂，纤维的利用率高，减少原材料消耗，降低成本。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种试验用纤维上浆流水线，包括沿着纤维走丝方向设置的浸浆槽、刮浆装置及烘干装置，所述浸浆槽的两端分别设置有可拆卸的硅胶板，各所述硅胶板上设置有朝向纤维走丝方向突起的硅胶片，各所述硅胶片上设置有供纤维穿过的穿孔，所述刮浆装置包括刮浆架台，所述刮浆架台包括两根竖直设置的安装杆，各所述安装杆上水平安装有相对而设的固定夹，各所述固定夹上夹设有刮浆片，各所述刮浆片具有朝向纤维走丝方向延伸的刮浆弧面，两所述刮浆弧面相互贴设且形成有可供纤维穿过的弹性刮浆口，所述刮浆架台上还设置有用于回收刮浆废液的回收槽，所述烘干装置包括烘箱，所述烘箱内设置有可拆卸的用于固定纤维的烘箱盘。
所述浸浆槽的两端分别设置有用于插设对应的所述硅胶板的U形插槽，各所述硅胶板的四周设置有便于与对应的所述U形插槽相插设的塑料边框。
各所述固定夹通过十字夹固定在对应的所述安装杆上。
各所述固定夹为单臂夹，各所述刮浆片对折夹设于对应的所述固定夹的夹口上，从而形成所述刮浆弧面。
各所述刮浆片由硅胶制成。
一种试验用纤维上浆工艺，包括以下步骤：
步骤1、先将浸浆槽两端的硅胶板拆下，手持纤维的两端使得纤维保持绷直状态，放入盛装有上浆剂的浸浆槽内，浸渍5～10s；
步骤2、然后将纤维沿水平方向穿过刮浆装置的两刮浆片，进行刮浆，刮下的上浆剂滴落在回收槽内；
步骤3、最后将经过刮浆的纤维裁成合适的长度，并固定在烘箱盘上，置于120～200℃的烘箱内烘干，取出即可。
所述纤维为连续氮化硅纤维。
一种试验用纤维上浆工艺，包括以下步骤：
步骤1、先将浸浆槽两端的硅胶板安装好，然后手持绕在辊筒上的纤维的一端，使得纤维保持绷直状态，以2～4cm/s的速度在浸浆槽内走丝，浸渍有上浆剂的纤维穿过硅胶片，进行一次刮浆，由纤维上刮下的上浆剂留在浸浆槽内；
步骤2、然后将纤维沿水平方向继续牵引穿过刮浆装置的两刮浆片，进行二次刮浆，刮下的上浆剂滴落在回收槽内；
步骤3、最后将经过二次刮浆的纤维裁成合适的长度，并固定在烘箱盘上，置于120～200℃的烘箱内烘干，取出即可。
所述纤维为连续碳化硅纤维。
采用上述技术方案后，本发明一种试验用纤维上浆流水线及其上浆工艺，具有以下有益效果：
1、设备简单，可根据纤维长度设计不同的浸浆槽，进行0.1～1m的纤维长度范围内的上浆，进行对比上浆剂所需的小批量多批次实验，降低成本，且上浆的稳定性好；
2、流水线中无辊轮的设计，纤维的磨损程度相较于生产线的上浆设备更小，纤维不易断裂，省去了频繁牵引纤维的步骤，有利于提高纤维的利用率，缩短测试周期；
3、纤维上浆后采用烘箱统一烘干，减少能源的消耗；
4、更换不同上浆剂时，不需要清理辊轮，只需更换或者清洗浸浆槽，操作简单，上浆结束后，将硅胶片、浸浆槽、刮浆片、回收槽统一清洗即可；
5、利用刮浆片对上浆后的纤维进行挤压，除去纤维中多余的上浆剂的同时，也使上浆剂能进入纤维内部，上浆后纤维的上浆率曲线趋于稳定，并且能在排除辊轮摩擦的影响下，测试上浆剂对纤维耐磨性和集束性的影响，对试验验证上浆剂的性能有重大意义；
6、浸浆槽上的硅胶板采用可拆卸的设计，适用于不同类型的纤维上浆，由于不具有集束状态的纤维(比如连续碳化硅纤维)容易散丝，因此需要将纤维绕在辊筒上进行走丝，避免散丝，此时需要安装硅胶板，硅胶板能使纤维在浸浆槽中的走丝位置不变，减小纤维磨损，也起到了使纤维绷直的作用，绷直的纤维不容易出现散丝，操作过程简单方便。
进一步，各固定夹通过十字夹固定在对应的安装杆上，可对固定夹之间的距离进行调整，进而调整刮浆片对纤维的挤压力，保证上浆效果。
附图说明
图1为本发明中浸浆槽的结构示意图；
图2为本发明中刮浆装置的结构示意图；
图3为本发明中安装杆、固定夹与刮浆片的结构示意图；
图4为本发明中烘箱盘的结构示意图；
图5为连续氮化硅纤维的上浆率与固含量的曲线关系图。
图中：
浸浆槽 1 U形插槽 11
硅胶板 12 硅胶片 121
塑料边框 122 刮浆架台 2
安装杆 21 十字夹 22
固定夹 23 刮浆片 24
回收槽 25 烘箱盘 3
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
实施例一
一种试验用纤维上浆流水线，如图1-图4所示，包括沿着纤维走丝方向设置的浸浆槽1、刮浆装置及烘干装置，浸浆槽1的两端分别设置有U形插槽11，各U形插槽11内插设有可拆卸的硅胶板12，各硅胶板12上设置有由四周逐渐往中央朝向纤维走丝方向突起的硅胶片121，各硅胶片121的中央设置有供纤维穿过的穿孔，各硅胶板12的四周设置有便于与对应的插槽相插设的塑料边框122，塑料边框122将对应的硅胶片121包围起来。
刮浆装置包括刮浆架台2，刮浆架台2包括两根竖直设置的安装杆21，各安装杆21上设置有十字夹22，通过各十字夹22水平安装有相对而设的固定夹23，十字夹22与固定夹23之间的安装方式为公知的安装方式，此处不再详述。各固定夹23为单臂夹，各固定夹23的夹口上夹设有对折的刮浆片24，使得各刮浆片24具有朝向纤维走丝方向延伸的刮浆弧面，两刮浆弧面相互贴设且形成有可供纤维穿过的弹性刮浆口，弹性刮浆口在不受外力的情况下处于闭合状态，各刮浆片24由硅胶制成。
刮浆架台2上还设置有用于回收刮浆废液的回收槽25，回收槽25位于固定夹23的下方，烘干装置包括烘箱，烘箱内设置有可拆卸的用于固定纤维的烘箱盘3。
该试验用纤维上浆流水线，可用于连续碳化硅纤维或者连续氮化硅纤维纤维进行不同上浆剂的试验，能够缩短测试周期，上浆的稳定性好，且降低了上浆剂的研发成本。
实施例二
一种试验用纤维上浆工艺，包括以下步骤：
步骤1、先将浸浆槽1两端的硅胶板12拆下，手持纤维的两端使得纤维保持绷直状态，放入盛装有上浆剂的浸浆槽1内，浸渍5s；
步骤2、然后将纤维沿水平方向穿过刮浆装置的两刮浆片24，进行刮浆，刮下的上浆剂滴落在回收槽25内；
步骤3、最后将经过刮浆的纤维裁成与烘箱盘3相适配的长度，并固定在烘箱盘3上，置于200℃的烘箱内烘干，取出即可。
该上浆工艺适用于连续氮化硅纤维。
实施例三
一种试验用纤维上浆工艺，包括以下步骤：
步骤1、先将浸浆槽1两端的硅胶板12拆下，手持纤维的两端使得纤维保持绷直状态，放入盛装有上浆剂的浸浆槽1内，浸渍10s；
步骤2、然后将纤维沿水平方向穿过刮浆装置的两刮浆片24，进行刮浆，刮下的上浆剂滴落在回收槽25内；
步骤3、最后将经过刮浆的纤维裁成与烘箱盘3相适配的长度，并固定在烘箱盘3上，置于120℃的烘箱内烘干，取出即可。
该上浆工艺适用于连续氮化硅纤维。
实施例四
一种试验用纤维上浆工艺，包括以下步骤：
步骤1、先将浸浆槽1两端的硅胶板12安装好，然后手持绕在辊筒上的纤维的一端，使得纤维保持绷直状态，以2cm/s的速度在浸浆槽1内走丝，浸渍有上浆剂的纤维穿过硅胶片12，受到挤压，进行一次刮浆，由纤维上刮下的上浆剂留在浸浆槽1内；
步骤2、然后将纤维沿水平方向继续牵引穿过刮浆装置的两刮浆片24，进行二次刮浆，刮下的上浆剂滴落在回收槽25内；
步骤3、最后将经过二次刮浆的纤维裁成与烘箱盘3相适配的长度，并固定在烘箱盘3上，置于200℃的烘箱内烘干，取出即可。
该上浆工艺适用于连续碳化硅纤维。
采用上述技术方案后，本发明一种试验用纤维上浆流水线及其上浆工艺，具有以下有益效果：
1、设备简单，可根据纤维长度设计不同的浸浆槽1，进行0.1～1m的纤维长度范围内的上浆，进行对比上浆剂所需的小批量多批次实验，降低成本，且上浆的稳定性好；
2、流水线中无辊轮的设计，纤维的磨损程度相较于生产线的上浆设备更小，纤维不易断裂，省去了频繁牵引纤维的步骤，有利于提高纤维的利用率，缩短测试周期；
3、纤维上浆后采用烘箱统一烘干，减少能源的消耗；
4、更换不同上浆剂时，不需要清理辊轮，只需更换或者清洗浸浆槽1，操作简单，上浆结束后，将硅胶片121、浸浆槽1、刮浆片24、回收槽25统一清洗即可；
5、利用刮浆片24对上浆后的纤维进行挤压，除去纤维中多余的上浆剂的同时，也使上浆剂能进入纤维内部，上浆后纤维的上浆率曲线趋于稳定，并且能在排除辊轮摩擦的影响下，测试上浆剂对纤维耐磨性和集束性的影响，对试验验证上浆剂的性能有重大意义；
6、浸浆槽上的硅胶板12采用可拆卸的设计，适用于不同类型的纤维上浆，由于不具有集束状态的连续碳化硅纤维容易散丝，因此需要将纤维绕在辊筒上进行走丝，避免散丝，此时需要安装硅胶板12，硅胶板12能使纤维在浸浆槽中的走丝位置不变，减小纤维磨损，也起到了使纤维绷直的作用，绷直的纤维不容易出现散丝，操作过程简单方便。
性能测试
采用实施例二中的上浆工艺，以实验室自主研发的上浆剂为例，调整上浆剂的固含量，测试得到连续氮化硅纤维的固含量与上浆率曲线，如图5所示，表明纤维的上浆率与上浆剂的固含量呈线性关系，且随着固含量增大，上浆率也增大，由此证明由此工艺，通过配制相应固含量的上浆剂，即可得到对应上浆率的纤维，该工艺的可靠性和稳定性好。
上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
Claims (9)
1.一种试验用纤维上浆流水线，包括沿着纤维走丝方向设置的浸浆槽、刮浆装置及烘干装置，其特征在于：所述浸浆槽的两端分别设置有可拆卸的硅胶板，各所述硅胶板上设置有朝向纤维走丝方向突起的硅胶片，各所述硅胶片上设置有供纤维穿过的穿孔，所述刮浆装置包括刮浆架台，所述刮浆架台包括两根竖直设置的安装杆，各所述安装杆上水平安装有相对而设的固定夹，各所述固定夹上夹设有刮浆片，各所述刮浆片具有朝向纤维走丝方向延伸的刮浆弧面，两所述刮浆弧面相互贴设且形成有可供纤维穿过的弹性刮浆口，所述刮浆架台上还设置有用于回收刮浆废液的回收槽，所述烘干装置包括烘箱，所述烘箱内设置有可拆卸的用于固定纤维的烘箱盘。
2.根据权利要求1所述的一种试验用纤维上浆流水线，其特征在于：所述浸浆槽的两端分别设置有用于插设对应的所述硅胶板的U形插槽，各所述硅胶板的四周设置有便于与对应的所述U形插槽相插设的塑料边框。
3.根据权利要求1所述的一种试验用纤维上浆流水线，其特征在于：各所述固定夹通过十字夹固定在对应的所述安装杆上。
4.根据权利要求1所述的一种试验用纤维上浆流水线，其特征在于：各所述固定夹为单臂夹，各所述刮浆片对折夹设于对应的所述固定夹的夹口上，从而形成所述刮浆弧面。
5.根据权利要求1所述的一种试验用纤维上浆流水线，其特征在于：各所述刮浆片由硅胶制成。
6.采用如权利要求1所述的一种试验用纤维上浆流水线进行的一种试验用纤维上浆工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、先将浸浆槽两端的硅胶板拆下，手持纤维的两端使得纤维保持绷直状态，放入盛装有上浆剂的浸浆槽内，浸渍5～10s；
步骤2、然后将纤维沿水平方向穿过刮浆装置的两刮浆片，进行刮浆，刮下的上浆剂滴落在回收槽内；
步骤3、最后将经过刮浆的纤维裁成合适的长度，并固定在烘箱盘上，置于120～200℃的烘箱内烘干，取出即可。
7.根据权利要求6所述的一种试验用纤维上浆工艺，其特征在于：所述纤维为连续氮化硅纤维。
8.采用如权利要求1所述的一种试验用纤维上浆流水线进行的一种试验用纤维上浆工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、先将浸浆槽两端的硅胶板安装好，然后手持绕在辊筒上的纤维的一端，使得纤维保持绷直状态，以2～4cm/s的速度在浸浆槽内走丝，浸渍有上浆剂的纤维穿过硅胶片，进行一次刮浆，由纤维上刮下的上浆剂留在浸浆槽内；
步骤2、然后将纤维沿水平方向继续牵引穿过刮浆装置的两刮浆片，进行二次刮浆，刮下的上浆剂滴落在回收槽内；
步骤3、最后将经过二次刮浆的纤维裁成合适的长度，并固定在烘箱盘上，置于120～200℃的烘箱内烘干，取出即可。
9.根据权利要求8所述的一种试验用纤维上浆工艺，其特征在于：所述纤维为连续碳化硅纤维。
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