CN117779386A - 一种连续化碳纤维表面上浆处理生产线及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种连续化碳纤维表面上浆处理生产线及方法,包括:连续放丝装置:包括纱架,纱架设有多个用于缠绕碳纤维丝束的放丝辊筒;上浆装置:包括浸渍槽,浸渍槽内设有导向组件以接收放丝辊筒送入的碳纤维丝束,导向组件***设有喷淋组件,喷淋组件与供浆机构连接;干燥装置:包括陶瓷管,陶瓷管内部用于穿过碳纤维,沿陶瓷管的轴线方向,陶瓷管外周套接有多个加热元件;展宽装置:包括用于与干燥装置送出的碳纤维接触的横向振动辊组件和竖向振动辊组件;收卷装置:包括收卷辊,收卷辊用于缠绕展宽后的碳纤维丝束,收卷辊与转动驱动机构连接以提供碳纤维传送的动力,本发明的生产线生产效率高。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维上浆技术领域,具体涉及一种连续化碳纤维表面上浆处理生产线及方法。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术,而不必然地构成现有技术。
碳纤维是一种高性能复合材料制备的关键增强纤维材料,在生产生活和复合材料制件中的应用非常普遍,对于碳纤维来讲,其表面特性的设计和改性对于复合材料整体功能的体现尤为重要,而碳纤维的上浆处理也是碳纤维表面处理的关键工序。
专利CN112680901 B公开了一种大丝束碳纤维上浆装置和上浆方法,通过浸渍辊和鸭嘴式喷淋管进行上浆,但是其仅能够完成上浆工序,无法实现后续的干燥、展宽和收卷。专利CN114960070B公开了一种碳纤维连续上浆装置和上浆方法,其也是仅能够完成上浆工序,无法完成后续的干燥、展宽和收卷操作。专利CN107385735B公开了一种用于碳纤维的水洗干燥、上浆和干燥定型的***,实现了碳纤维的上浆、干燥和展宽,但其无法实现收卷,CN105525466B公开了试验用碳纤维上浆装置,但是其超声波扩幅装置设置在上浆装置之前,碳纤维丝束在温度较低的情况下扩幅效果不好。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的目的是提供一种连续化碳纤维表面上浆处理生产线及方法,将碳纤维的上浆、干燥、展宽和收卷有机结合成一条生产线,自动化程度高,提高了生产效率。
为了实现上述目的,本发明是通过如下的技术方案来实现:
第一方面,本发明的实施例提供了一种连续化碳纤维表面上浆处理生产线,包括:
连续放丝装置:包括纱架,纱架设有多个用于缠绕碳纤维丝束的放丝辊筒;
上浆装置:包括浸渍槽,浸渍槽内设有导向组件以接收放丝辊筒送入的碳纤维丝束,导向组件***设有喷淋组件,喷淋组件与供浆机构连接;
干燥装置:包括陶瓷管,陶瓷管内部用于穿过碳纤维,沿陶瓷管的轴线方向,陶瓷管外周套接有多个加热元件;
展宽装置:包括用于与干燥装置送出的碳纤维接触的横向振动辊组件和竖向振动辊组件;
收卷装置:包括收卷辊,收卷辊用于缠绕展宽后的碳纤维丝束,收卷辊与转动驱动机构连接以提供碳纤维传送的动力。
可选的,所述导向组件包括沿碳纤维传送方向依次设置的多组对辊组件,对辊组件包括上下设置的第一压辊和第二压辊,第一压辊和第二压辊均与浸渍槽转动连接。
可选的,所述浸渍槽的进料侧设有进料口,且浸渍槽内部的进料端转动连接与进料导辊,浸渍槽的出料侧设有出料口,且浸渍槽内部的出料端转动连接与出料导辊。
可选的,所述喷淋组件包括设在传送组件***的喷淋管,喷淋管设有多个朝向传送组件的喷淋头。
可选的,所述供浆机构包括位于浸渍槽正上方的浆料存储罐,浆料存储罐通过出浆管与喷淋组件连接,浸渍槽的底部通过循环管和抽提泵与浆料存储罐连接。
可选的,所述浸渍槽的底部设有多个加热部件。
可选的,所述加热部件采用红外辐射加热管。
可选的,沿碳纤维的传送方向,陶瓷管外套接的多个加热元件加热温度依次升高。
可选的,横向振动组件和竖向振动组件沿碳纤维的传送方向依次设置,分别用于与碳纤维的下表面和上表面接触,所述横向振动组件包括横向振动辊,横向振动辊与横向振动机构连接以输出沿垂直于碳纤维传送方向的水平向振动,所述竖向振动组件包括竖向振动辊,竖向振动辊与竖向振动机构连接以输出沿竖直方向的振动。
第二方面,本发明的实施例提供了一种第一方面所述的连续化碳纤维表面上浆处理生产线的方法:
收卷辊在转动驱动机构的带动下转动,带动碳纤维收卷的同时,将碳纤维从放丝辊筒拉出,依次经过上浆装置、干燥装置和展宽装置;
碳纤维经过上浆装置时,利用传送组件进行传送的同时,喷淋组件向碳纤维表面喷淋浆料,实现上浆;
上浆完成后的碳纤维进入陶瓷管,在加热元件的作用下加热干燥;
干燥完成后的碳纤维经过横向振动辊组件和竖向振动辊组件,横向振动辊组件对碳纤维施加垂直于其传送方向的振动,竖向振动辊组件对碳纤维施加竖向振动,使得碳纤维单丝扩幅;
展宽后的碳纤维在收卷辊的转动作用下收卷在收卷辊上。
本发明的有益效果如下:
1.本发明的上浆处理生产线及方法,展宽装置设置在干燥装置后方,展宽前能够对碳纤维丝束进行加热,便于碳纤维丝束的展宽,展宽效果更好。
2.本发明的上浆处理生产线及方法,依次设置有连续放丝装置、上浆装置、干燥装置、展宽装置和收卷装置,其中收卷装置为碳纤维的传送提供动力,使得连续放丝装置能够释放碳纤维,碳纤维依次经过上浆装置、干燥装置、展宽装置,最后由收卷装置的收卷辊实现收卷,上浆装置能够通过喷淋组件对碳纤维进行喷淋上浆,干燥装置能够利用加热元件对碳纤维进行加热干燥,展宽装置通过横向振动辊组件和竖向振动辊组件对碳纤维实现展宽,收卷装置的收卷辊将展宽后的碳纤维收起,实现了将碳纤维的上浆、干燥、展宽和收卷有机的结合成为一个整体,提高了上浆工序的自动化程度,提高了上浆工作效率,而且只有收卷装置提供碳纤维传送的动力,无需考虑各个装置之间的传送速率的匹配度,降低了生产线的设计和设备选型难度。
3.本发明的上浆处理生产线及方法,上浆装置设置有抽提泵和循环管,能够实现落在浸渍槽底部的浆料的再次利用,提高了浆料的利用率,节省了生产成本。
4.本发明的上浆处理生产线及方法,利用收卷辊的转动在实现收卷的同时还提供碳纤维传送的动力,整个生产线中只需要收卷辊处设置动力设备即可,连续放丝装置、上浆装置和干燥装置均无需设置动力传送设备,简化了生产线的结构,降低了生产线的设备投资。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例1整体结构示意图;
其中,1.连续放丝装置,2.上浆装置,3.干燥装置,4.展宽装置,5.收卷装置,6.放丝辊筒,7.陶瓷管,8.纱架,9.红外辐射加热管,10.对辊组件,11.浆料存储罐,12.进浆管,13.抽提泵,14.喷淋管,15.电加热套,16.横向振动辊组件,17.竖向振动辊组件,18.收卷辊,19.浸渍槽,20.循环管。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种连续化碳纤维表面上浆处理生产线,如图1所示,沿碳纤维丝束的传送方向,包括依次设置的连续放丝装置1、上浆装置2、干燥装置3、展宽装置4和收卷装置5,连续放丝装置1用于输出碳纤维丝束至上浆装置2,上浆装置2用于对碳纤维丝束进行上浆,所述干燥装置3用于接收上浆装置2送出的上浆完成后的碳纤维丝束并对上浆完成后的碳纤维丝束进行加热干燥,展宽装置4用于对碳纤维丝束单丝进行扩展处理,进而实现碳纤维丝束的扩幅,所述收卷装置5用于将扩幅后的碳纤维丝束进行收卷并带动碳纤维丝束在连续放丝装置1、上浆装置2、干燥装置3和展宽装置4之间的传送。
所述连续放丝装置1包括纱架8,纱架8上设置有多个放丝辊筒6,放丝辊筒6与纱架8转动连接,放丝辊筒6用于缠绕碳纤维丝束,所述放丝辊筒6设置2-8个,分上下两排设置,本实施例中,所述放丝辊筒6设置两个,两个放丝辊筒6上下设置。
所述上浆装置2包括浸渍槽19,所述浸渍槽19采用金属不锈钢或镀铬不锈钢材质制成,所述浸渍槽19采用V型结构,其顶端的面积大于底端的面积,其顶端设置有密封盖,密封盖与浸渍槽通过弹簧卡扣连接以在浸渍槽19内部形成密封腔体。
浸渍槽19的进料侧设置有用于碳纤维丝束进入的纤维进口,其出料侧设有用于碳纤维丝束送出的纤维出口。
所述浸渍槽19内设置有导向组件,用于对碳纤维丝束的传送方向进行导向,所述导向组件包括多组沿碳纤维丝束传送方向设置的对辊组件10,所述对辊组件10包括上下设置的第一压辊和第二压辊,碳纤维丝束从第一压辊和第二压辊之间的空隙穿过,第一压辊和第二压辊与碳纤维丝束接触以对其运动进行导向,所述第一压辊和第二压辊均与浸渍槽转动连接。
所述对辊组件10的设置数量根据上浆浸渍效果灵活确定,本实施例中,设置有六组对辊组件。
为了将碳纤维丝束导入导向组件,所述纤维进口的一侧即浸渍槽19内部空间的进料端设置有进料导辊,进料导辊与浸渍槽19转动连接,为了将碳纤维丝束导出浸渍槽19,所述纤维出口的一侧即浸渍槽内部空间的出料端设有出料导辊,出料导辊与浸渍槽19转动连接。
所述导向组件的外周设置有喷淋组件,喷淋组件与供浆机构连接,供浆机构能够浆浆料送入喷淋组件,喷淋组件将浆料朝向碳纤维丝束喷射,实现对碳纤维丝束的上浆。
所述喷淋组件包括喷淋管14,喷淋管14设置在导向组件的上方和进料侧、出料侧,喷淋管14上设置有多个朝向导向组件的喷头,出料侧和进料侧的喷淋管14部分轴线呈V型设置。
位于上方的喷淋管14与进浆管12的一端连接,进浆管12的另一端穿过密封盖后与浆料存储罐11的底端出浆口连接,所述浆料存储罐11安装在浸渍槽19的正上方,通过外部支架进行固定,所述浸渍槽19的底端与循环管20的一端连接,循环管20的另一端与浆料存储罐11的底端连接,所述循环管20上安装有抽提泵13,用于将浸渍槽19内的浆料再次送入浆料存储罐11,实现浆料的重复利用,节约了生产成本。
所述浆料存储罐11、循环管20、进浆管12以及抽提泵13共同构成了供浆机构。抽提泵13向浆料存储罐11内注入浆液,浆液在自身重力和浆料存储罐11内压力的作用下由进浆管12流入喷淋管14。
所述浆料存储罐11采用1-2L的不透光耐酸碱腐蚀材料的容器,例如采用聚四氟乙烯或者碳化硅或者酚醛乙烯树脂或有机硅等制成的容器,本实施例中,所述浆料存储罐采用1L的聚四氟乙烯材料制成。
所述抽提泵流13量控制在20-80m3/h范围内,压力控制在1-5MPa,本实施例中,抽提泵13的流量控制在20m3/h,压力控制在1MPa。
导向组件上方以及进料侧、出料侧喷淋管部分均设置有2-6个喷头,优选的,所述喷头采用现有的扇形喷头,喷淋角度控制在20-60°范围,喷头的直径控制在0.5-2mm范围内,本领域技术人员可根据实际需要进行设置。
本实施例中,导向组件上方、进料侧和出料侧的喷淋管部分均设置有两个喷头,喷头的喷淋角度为60°,喷头的孔径为0.05mm。
所述浸渍槽19的底部设置有多个加热部件,加热部件采用红外辐射加热管9,用于对浸渍槽内部的浆液温度进行控制,上浆过程中,浆液温度控制在20℃-40℃范围内。
本实施例中,设置有四个红外辐射加热管9,通过红外辐射加热管控制浆液温度稳定在40℃。
所述干燥机构采用陶瓷管7,陶瓷管的轴线方向沿碳纤维丝束的传送方向设置,所述陶瓷管7的内径为100mm-300mm,陶瓷管7的长度为400mm-1000mm,本领域技术人员可根据实际需要进行设置,本实施例中,所述陶瓷管7的内径为150mm,长度为600mm,沿陶瓷管7的轴线方向,所述陶瓷管7外周套有多个加热元件,所述加热元件采用现有的电加热套15,沿陶瓷管7的进料侧至出料侧方向,多个加热元件的加热温度逐渐升高,保证上浆处理的均匀性,加热温度在40-120℃范围内调节,本领域技术人员可根据实际需要进行设置。
本实施例中,设置有四个电加热套15,沿陶瓷管7的进料侧至出料侧方向,四个电加热套15的加热温度为50℃、70℃、90℃和110℃。
所述展宽装置包括用于与干燥装置送出的碳纤维丝束接触的横向振动辊组件16和竖向振动辊组件17;
横向振动辊组件16设置在竖向振动辊组件17前方,横向振动辊组件16与碳纤维丝束的下表面接触,竖向振动辊组件17与碳纤维丝束的上表面接触,横向振动辊组件16设置1-3组,竖向振动辊组件17设置1-3组,本领域技术人员可根据实际需要进行设置,横向振动辊组件16能够对碳纤维丝束施加沿垂直于碳纤维传送方向的水平方向振动,竖向振动辊组件17能够对碳纤维丝束施加竖向振动,通过横向振动辊组件16和竖向振动辊组件17的有效配合,有效实现纤维单丝的扩幅,其中展宽张力控制在5-8N,展纱速率在1-8m/分钟,在恒定张力下将上浆厚度碳纤维展纱为碳纤维长丝束原始宽度的3-5倍。
所述横向振动辊组件16包括横向振动辊,横向振动辊与横向振动机构连接以输出沿垂直于碳纤维传送方向的水平向振动,横向振动机构采用现有的水平向振动设备即可,其具体结构在此不进行详细叙述,所述竖向振动辊组件17包括竖向振动辊,竖向振动辊与竖向振动机构连接以输出沿竖直方向的振动,竖向振动设备采用现有的垂直振动设备即可,其具体结构在此不进行详细叙述。
本实施例中,设置两组横向振动辊组件16和两组竖向振动辊组件17,实现5N展宽张力,1m/分钟展纱速率的纤维展宽处理,原始纤维宽度在4mm展宽后纤维宽度在12-20mm范围内。本实施例采用振动扩幅,相对于超声波扩幅,扩幅效果更好。
所述收卷机构包括收卷辊18,收卷辊18与收卷辊支架转动连接,收卷辊18用于缠绕展宽后的碳纤维丝束,收卷辊18与转动驱动机构连接以提供碳纤维传送的动力。所述转动驱动机构采用转动驱动电机,转动驱动电机安装在收卷辊支架上,其输出轴与收卷辊18连接。
实施例2
本实施例提供了一种连续化碳纤维表面上浆处理生产线的方法,转动驱动电机带动收卷辊18转动,收卷辊带动碳纤维丝束在连续放丝装置1、上浆装置2、干燥装置3和展宽装置4之间进行传送。
放丝辊筒6转动,释放碳纤维丝束,碳纤维丝束经过进料导轨后依次经过多个对辊组件10,碳纤维丝束在浸渍槽19内的行进过程中,抽提泵13工作,浆料存储罐11内的浆料经过喷淋管14和喷头喷出并喷至碳纤维丝束表面,实现碳纤维丝束的上浆,同时未喷至碳纤维丝束表面的浆料经过抽提泵13流回浆料存储罐11以实现重复利用,上浆后的碳纤维丝束经过出料导辊导出并进入陶瓷管7内部,经过陶瓷管7后,依次被多个电加热套15进行逐级加热干燥,干燥后的碳纤维丝束依次经过横向振动辊组件16和竖向振动辊组件17,在横向振动辊组件16和竖向振动辊组件17的作用下进行展宽,展宽后的碳纤维丝束在收卷辊18的作用下收起在收卷辊上。
本实施例的上浆生产线和方法,实现了将碳纤维的上浆、干燥、展宽和收卷有机的结合成为一个整体,提高了上浆工序的自动化程度,提高了上浆工作效率,而且只有收卷装置提供碳纤维传送的动力,无需考虑各个装置之间的传送速率的匹配度,降低了生产线的设计和设备选型难度。
而且,展宽装置设置在干燥装置之后,展宽前能够对碳纤维丝束进行加热,展宽效果更好。
实施例3
本实施例提供了一种连续化碳纤维表面上浆处理生产线,与实施例1相比,区别在于所述放丝辊筒6设置4组,浸渍槽19底部设置有5组红外辐射加热管9,将内部浆料温度控制在36℃,所述对辊组件10设置三组,浆料存储罐11采用2L容量的碳化硅材质容器,抽提泵13流量为30m3/h,输出压力为2Mpa,喷淋管14的每个部分均设有4个喷淋角度为50°,孔径为0.1mm的喷头以实现连续喷淋。
陶瓷管7的内径为150mm,长度为600mm,四个电加热套15的加热温度为50℃、70℃、90℃和110℃。
展宽装置设置1组横向振动辊组件16和1组竖向振动辊组件17,实现6N展宽张力,3m/分钟展纱速率的纤维展宽处理,原始纤维宽度在5mm展宽后纤维宽度在15-25mm范围内。
其余结构与实施例1相同,在此不进行重复叙述。
实施例4
本实施例提供了一种连续化碳纤维表面上浆处理生产线,与实施例1相比,区别在于,连续放丝装置1中设置有5组放丝辊筒6,浸渍槽19采用镀铬不锈钢材质制成,内部设有5组红外辐射加热管9,将内部浆料温度控制在35℃,浸渍槽19内设有4组对辊组件10。
所述浆料存储罐11采用1.5L酚醛乙烯竖直材质的容器,抽提泵13的压力为70m3/h,输出压力为2MPa,喷淋管14的每个部分设置有5个喷淋角度为55°,孔径为0.15mm的喷头以实现连续喷淋。
陶瓷管7的内径为200mm,长度为900mm,四个电加热套15的加热温度为40℃、60℃、80℃和120℃。
展宽装置设置三组横向振动辊组件16和三组竖向振动辊组件17,实现8N展宽张力,4m/分钟展纱速率的纤维展宽处理,原始纤维宽度在6mm展宽后纤维宽度在18-30mm范围内。
本实施例的其余结构与实施例1相同,在此不进行重复叙述。
实施例5:
本实施例提供了一种连续化碳纤维表面上浆处理生产线,与实施例1相比,区别在于,连续放丝装置1设置有7组放丝辊筒6,浸渍槽19采用镀铬不锈钢材质制成,内部设置有6个红外辐射加热管9以将内部浆料温度控制在40℃,浸渍槽19内部设置有6组对辊组件10。
所述浆料存储罐11采用1.8L有机硅材质容器,抽提泵13流量为65m3/h,输出压力为3Mpa,喷淋管14的每个部分设置有6个喷淋角度55°,孔径0.06mm的喷头以实现连续喷淋。
所述陶瓷管7的内径为280mm,长度为1000mm,陶瓷管7外周设置三个电加热套15,三个电加热套15的加热温度依次为45℃、85℃和115℃。
展宽装置中设置2组横向振动辊组件16和2组竖向振动辊组件17,实现7.5N展宽张力,6m/分钟展纱速率的纤维展宽处理,原始纤维宽度在7mm展宽后纤维宽度在7-35mm范围内。
本实施例的其余结构与实施例1相同,在此不进行重复叙述。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种连续化碳纤维表面上浆处理生产线,其特征在于,包括:
连续放丝装置:包括纱架,纱架设有多个用于缠绕碳纤维丝束的放丝辊筒;
上浆装置:包括浸渍槽,浸渍槽内设有导向组件以接收放丝辊筒送入的碳纤维丝束,导向组件***设有喷淋组件,喷淋组件与供浆机构连接;
干燥装置:包括陶瓷管,陶瓷管内部用于穿过碳纤维,沿陶瓷管的轴线方向,陶瓷管外周套接有多个加热元件;
展宽装置:包括用于与干燥装置送出的碳纤维接触的横向振动辊组件和竖向振动辊组件;
收卷装置:包括收卷辊,收卷辊用于缠绕展宽后的碳纤维丝束,收卷辊与转动驱动机构连接以提供碳纤维传送的动力。
2.如权利要求1所述的一种连续化碳纤维表面上浆处理生产线,其特征在于,所述导向组件包括沿碳纤维传送方向依次设置的多组对辊组件,对辊组件包括上下设置的第一压辊和第二压辊,第一压辊和第二压辊均与浸渍槽转动连接。
3.如权利要求1所述的一种连续化碳纤维表面上浆处理生产线,其特征在于,所述浸渍槽的进料侧设有进料口,且浸渍槽内部的进料端转动连接与进料导辊,浸渍槽的出料侧设有出料口,且浸渍槽内部的出料端转动连接与出料导辊。
4.如权利要求1所述的一种连续化碳纤维表面上浆处理生产线,其特征在于,所述喷淋组件包括设在传送组件***的喷淋管,喷淋管设有多个朝向传送组件的喷淋头。
5.如权利要求1所述的一种连续化碳纤维表面上浆处理生产线,其特征在于,所述供浆机构包括位于浸渍槽正上方的浆料存储罐,浆料存储罐通过出浆管与喷淋组件连接,浸渍槽的底部通过循环管和抽提泵与浆料存储罐连接。
6.如权利要求1所述的一种连续化碳纤维表面上浆处理生产线,其特征在于,所述浸渍槽的底部设有多个加热部件。
7.如权利要求6所述的一种连续化碳纤维表面上浆处理生产线,其特征在于,所述加热部件采用红外辐射加热管。
8.如权利要求1所述的一种连续化碳纤维表面上浆处理生产线,其特征在于,沿碳纤维的传送方向,陶瓷管外套接的多个加热元件加热温度依次升高。
9.如权利要求1所述的一种连续化碳纤维表面上浆处理生产线,其特征在于,横向振动组件和竖向振动组件沿碳纤维的传送方向依次设置,分别用于与碳纤维的下表面和上表面接触,所述横向振动组件包括横向振动辊,横向振动辊与横向振动机构连接以输出沿垂直于碳纤维传送方向的水平向振动,所述竖向振动组件包括竖向振动辊,竖向振动辊与竖向振动机构连接以输出沿竖直方向的振动。
10.一种权利要求1-9任一项所述的连续化碳纤维表面上浆处理生产线的方法,其特征在于:
收卷辊在转动驱动机构的带动下转动,带动碳纤维收卷的同时,将碳纤维从放丝辊筒拉出,依次经过上浆装置、干燥装置和展宽装置;
碳纤维经过上浆装置时,利用传送组件进行传送的同时,喷淋组件向碳纤维表面喷淋浆料,实现上浆;
上浆完成后的碳纤维进入陶瓷管,在加热元件的作用下加热干燥;
干燥完成后的碳纤维经过横向振动辊组件和竖向振动辊组件,横向振动辊组件对碳纤维施加垂直于其传送方向的振动,竖向振动辊组件对碳纤维施加竖向振动,使得碳纤维单丝扩幅;
展宽后的碳纤维在收卷辊的转动作用下收卷在收卷辊上。
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CN202410039759.4A CN117779386A (zh) | 2024-01-09 | 2024-01-09 | 一种连续化碳纤维表面上浆处理生产线及方法 |
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CN202410039759.4A CN117779386A (zh) | 2024-01-09 | 2024-01-09 | 一种连续化碳纤维表面上浆处理生产线及方法 |
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