專利名稱：一種用于碳纖維熱處理的導(dǎo)向輥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于碳纖維熱處理的導(dǎo)向輥，特別涉及一種用于大絲束碳纖 維熱處理的導(dǎo)向輥，屬于碳纖維生產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
碳纖維是有機(jī)纖維經(jīng)一系列熱處理后轉(zhuǎn)化而成的含碳量在90%以上的新型碳材 料。碳纖維不但具有高比強(qiáng)度和比模量、高導(dǎo)電性、低熱膨脹系數(shù)、耐高溫、抗腐蝕、抗蠕變 以及自潤(rùn)滑等一系列優(yōu)異的性能，還具有纖維的柔性和可編制性等特點(diǎn)，常作為先進(jìn)復(fù)合 材料的增強(qiáng)體，在航空航天、核能設(shè)備以及隱形武器等國(guó)防領(lǐng)域具有不可替代的作用，同時(shí) 在土木建筑、交通運(yùn)輸以及體育休閑等民用工業(yè)領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。碳纖維的制備工藝過程包括聚合、紡絲、預(yù)氧化和碳化，其中熱處理(包括預(yù)氧化 和碳化)是較為重要的兩個(gè)階段。在碳纖維的熱處理過程中，導(dǎo)向輥發(fā)揮著重要的作用，設(shè) 計(jì)合理的導(dǎo)向輥是制備高性能碳纖維的關(guān)鍵因素之一?，F(xiàn)有技術(shù)中的導(dǎo)向輥大多為圓形截面或者光面導(dǎo)向輥。采用圓形截面形狀的導(dǎo)向 輥時(shí)，容易出現(xiàn)碳纖維的疊加。碳纖維的嚴(yán)重疊加會(huì)使纖維在熱處理過程中產(chǎn)生的反應(yīng)熱 不能被瞬時(shí)排走而造成蓄熱或過熱，導(dǎo)致熱處理過程中出現(xiàn)斷絲、并絲甚至著火等現(xiàn)象。同 時(shí)，預(yù)氧化過程中碳纖維的嚴(yán)重疊加會(huì)限制氧向絲束內(nèi)部纖維的擴(kuò)散，導(dǎo)致表層和內(nèi)部的 纖維產(chǎn)生不同的預(yù)氧化程度，嚴(yán)重影響碳纖維的性能。采用光面導(dǎo)向輥時(shí)，碳纖維在輥上的 分布難以約束，熱處理過程中絲束間的纏連，并絲或者纏繞現(xiàn)象嚴(yán)重，不利于碳纖維熱處理 過程的順利進(jìn)行。
發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有的導(dǎo)向輥導(dǎo)向槽截面為圓形，容易產(chǎn)生碳纖維疊加的技術(shù)問題，本 實(shí)用新型提供一種用于碳纖維熱處理的導(dǎo)向輥。本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種用于碳纖維熱處理的導(dǎo)向輥，包括導(dǎo)向輥本體1以及設(shè)置在導(dǎo)向輥本體上的 多個(gè)導(dǎo)向槽OA、2B、2C、2D)，其特征在于所述導(dǎo)向槽的截面為梯形，所述梯形的斜邊和底 邊之間通過下凹圓弧5連接，所述導(dǎo)向槽與導(dǎo)向槽之間通過上凸圓弧4連接。上述導(dǎo)向槽底邊的長(zhǎng)度L、導(dǎo)向槽高h(yuǎn)，導(dǎo)向槽的高與斜邊的夾角θ以及下凹圓弧 3的半徑r、上凸圓弧4的半徑r滿足關(guān)系如下5° 彡 θ <90°，h 彡 0. 2L，r 彡 0. 05L。上述導(dǎo)向槽的高與斜邊的夾角θ滿足關(guān)系如下5° < θ < 45° 。上述導(dǎo)向槽高h(yuǎn)與導(dǎo)向槽底邊的長(zhǎng)度L滿足關(guān)系如下0. 2L ^ h ^ 0. 5L0上述上凸圓弧4的半徑r與導(dǎo)向槽底邊的長(zhǎng)度L滿足關(guān)系如下[0015]0. 05L ^ r ^ 0. 2L0上述導(dǎo)向槽的數(shù)量為4個(gè)。上述上凸圓弧4的半徑r與導(dǎo)向槽底邊的長(zhǎng)度L滿足關(guān)系如下0. 05L ^ r ^ 0. 2L0上述導(dǎo)向槽的數(shù)量為4個(gè)。本實(shí)用新型所具有的優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型將導(dǎo)向輥上的導(dǎo)向槽設(shè)置為通過下凹圓弧過渡的梯形導(dǎo)向槽，避免了 碳纖維絲的堆積、夾角產(chǎn)生的掛絲，適用于大絲束碳纖維熱處理的導(dǎo)向槽導(dǎo)向輥，保證了碳 纖維熱處理過程的平穩(wěn)運(yùn)行，提高了碳纖維的質(zhì)量。

圖1為本實(shí)用新型導(dǎo)向槽導(dǎo)向輥的縱向截面示意圖。圖2為導(dǎo)向輥表面導(dǎo)向槽結(jié)構(gòu)示意圖。其中附圖標(biāo)記為1-導(dǎo)向輥本體，2A、2B、2C、2D-導(dǎo)向槽，3A、;3B、3C、3D-碳纖維， 4-上凸圓弧，5-下凹圓弧。
具體實(shí)施方式
由圖1可知，導(dǎo)向輥本體1表面包括4個(gè)導(dǎo)向槽QA，2B，2C和2D)，可以同時(shí)提供 4束碳纖維(3A，3B, 3C和3D)進(jìn)行熱處理。當(dāng)碳纖維3A，3B, 3C和3D分別通過導(dǎo)向輥導(dǎo)向 槽2A，2B, 2C和2D時(shí)，纖維分布均勻且不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的疊加現(xiàn)象，這樣就能防止熱處理過程 中的并絲、斷絲甚至著火等問題，保證了碳纖維熱處理過程的順利進(jìn)行。圖2為導(dǎo)向輥表面導(dǎo)向槽結(jié)構(gòu)示意圖。由圖2可知，導(dǎo)向槽底部寬度為L(zhǎng)，深度為 h，導(dǎo)向槽高度方向與斜邊方向夾角為θ，導(dǎo)向槽底邊和斜邊之間采用過渡圓角連接，相鄰 導(dǎo)向槽之間也采用過渡圓角連接，兩個(gè)過渡圓角半徑均為r。為了保證碳纖維熱處理過程的 平穩(wěn)進(jìn)行，這些參數(shù)之間要滿足如下關(guān)系5° ^ θ ^ 45°(a)h 彡 0. 2L(b)r ^ 0. 05L(c)為了防止碳纖維在熱處理過程中出現(xiàn)絲束之間的嚴(yán)重疊加，導(dǎo)向輥的表面導(dǎo)向槽 底部要有一定寬度L(L根據(jù)單絲數(shù)量來確定)。同時(shí)，槽高度方向與斜邊方向的夾角θ要 滿足條件(a)。如果θ小于5°，導(dǎo)向槽形狀呈現(xiàn)反“V”字型，這種結(jié)構(gòu)加工難度較大且在 穿絲過程中易對(duì)纖維產(chǎn)生破壞出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象；如果θ大于90°，導(dǎo)向槽開口較大，類似于 光面導(dǎo)向輥，碳纖維在輥上的分布難以約束。導(dǎo)向輥表面導(dǎo)向槽深度h與導(dǎo)向槽底部寬度L之間要滿足關(guān)系(b)。當(dāng)導(dǎo)向槽深 度h小于0. 2L時(shí)，碳纖維3A的高度可能會(huì)超過導(dǎo)向槽深度，這樣部分碳纖維會(huì)從導(dǎo)向槽中 裸露出來與相鄰導(dǎo)向槽中的纖維出現(xiàn)纏連以及并絲等現(xiàn)象。但導(dǎo)向槽深度h最好不大于 0. 5L。導(dǎo)向槽底邊和斜邊之間要采用過渡圓角連接，相鄰導(dǎo)向槽之間也要采用過渡圓角 連接，兩個(gè)過渡圓角半徑均為r。過渡圓角半徑r與導(dǎo)向槽底部寬度L之間要滿足關(guān)系(c)，最好不大于0. 2L。如果導(dǎo)向輥的相鄰導(dǎo)向槽間沒有采用過渡圓角連接，兩者之間就會(huì)產(chǎn)生 尖端，這種尖端有可能會(huì)把纖維切斷；而導(dǎo)向槽底部如果沒有采用過渡圓角連接，纖維在運(yùn) 行過程中厚度方向的均勻分布不易控制且可能會(huì)出現(xiàn)毛絲現(xiàn)象?？傊?，導(dǎo)向輥的導(dǎo)向槽底 部以及相鄰導(dǎo)向槽間采用倒角連接會(huì)減小導(dǎo)向輥對(duì)碳纖維的損害，同時(shí)可以使纖維在厚度 方向分布均勻。
權(quán)利要求1.一種用于碳纖維熱處理的導(dǎo)向輥，包括導(dǎo)向輥本體(1)以及設(shè)置在導(dǎo)向輥本體上的 多個(gè)導(dǎo)向槽OA、2B、2C、2D)，其特征在于所述導(dǎo)向槽的截面為梯形，所述梯形的斜邊和底 邊之間通過下凹圓弧( 連接，所述導(dǎo)向槽與導(dǎo)向槽之間通過上凸圓弧(4)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于碳纖維熱處理的導(dǎo)向輥，其特征在于所述導(dǎo)向槽底邊 的長(zhǎng)度L、導(dǎo)向槽高h(yuǎn)，導(dǎo)向槽的高與斜邊的夾角θ以及下凹圓弧(3)的半徑r、上凸圓弧 (4)的半徑r滿足關(guān)系如下5° ≤ θ <90°，h ≤ 0. 2L，r ≤ 0. 05L。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于碳纖維熱處理的導(dǎo)向輥，其特征在于所述導(dǎo)向槽的高 與斜邊的夾角θ滿足關(guān)系如下5° ≤ θ ≤ 45°。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的用于碳纖維熱處理的導(dǎo)向輥，其特征在于所述導(dǎo)向槽 高h(yuǎn)與導(dǎo)向槽底邊的長(zhǎng)度L滿足關(guān)系如下0. 2L ≤ h ≤ 0. 5L。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的用于碳纖維熱處理的導(dǎo)向輥，其特征在于所述上凸圓 弧的半徑r與導(dǎo)向槽底邊的長(zhǎng)度L滿足關(guān)系如下0. 05L ≤ r ≤ 0. 2L。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于碳纖維熱處理的導(dǎo)向輥，其特征在于所述導(dǎo)向槽的數(shù) 量為4個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于碳纖維熱處理的導(dǎo)向輥，其特征在于所述上凸圓弧(4) 的半徑r與導(dǎo)向槽底邊的長(zhǎng)度L滿足關(guān)系如下0. 05L ≤r ≤ 0. 2L。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于碳纖維熱處理的導(dǎo)向輥，其特征在于所述導(dǎo)向槽的數(shù) 量為4個(gè)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于碳纖維熱處理的導(dǎo)向輥，包括導(dǎo)向輥本體以及設(shè)置在導(dǎo)向輥本體上的多個(gè)導(dǎo)向槽(2A、2B、2C、2D)，導(dǎo)向槽的截面為梯形，梯形的斜邊和底邊之間通過下凹圓弧(5)連接，導(dǎo)向槽與導(dǎo)向槽之間通過上凸圓弧(4)連接。本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有的導(dǎo)向輥導(dǎo)向槽截面為圓形，容易產(chǎn)生碳纖維疊加的技術(shù)問題，本實(shí)用新型保證了碳纖維熱處理過程的平穩(wěn)運(yùn)行，提高了碳纖維的質(zhì)量。
文檔編號(hào)D01F9/12GK201817596SQ201020533560
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者劉福杰, 李福平, 王浩靜, 王紅飛, 程璐, 范立東 申請(qǐng)人:西安航科等離子體科技有限公司