碳纤维自问世以来，凭借自身优异的高比强度、高比模量、抗腐蚀耐高温等优异性能，广泛应用于各类复合材料[１]。界面性能是影响复合材料性能的重要因素之一，而碳纤维表面组织结构是影响复合材料界面性能的最主要因素[２]。为了获得良好的复合材料性能，国内外开展了大量纤维及其复合材料界面微观结构、界面形成机理、界面性能、界面结构优化等方面的研究。在制造聚丙烯腈基碳纤维过程中，PAN原丝经过预氧化、低高温碳化经过后处理后制得碳纤维，所谓的后处理是指电解、水洗、水洗干燥、上浆、上浆烘干等，此五项工序对界面性能和结构有着决定性作用，在研究过程中，大多人的注意力都聚集在电解、水洗、上浆三道工序之中，往往会忽略掉水洗干燥和上浆烘干这两道工序对碳纤维的毛丝数量、丝幅宽度及力学性能亦有重要影响。结合工程化现场实际情况，作者分析了多种干燥方式，经过了多次对比实验，结合本公司的情况，提出了两种新的干燥方式。 1 水洗干燥炉
我国的碳纤维生产过程中大多数的水洗干燥炉为单层鼓风式干燥，由于为单层且为了节省占地，加热长度都在3米至4米左右，这样干燥温度都在200~350℃之间，随着运行速度的加快温度也随之升高，当12K碳纤维运行线速度在7m/min以上时干燥炉温度基本在300℃以上才能保证碳纤维的含水率在0.7%左右，如果是大丝束则需要更高的干燥温度，由于碳纤维的在空气中被氧化温度在350℃左右，所以过高
的干燥温度会导致碳纤维力学性能的急剧下降；为降低干燥温度而采取的增加循环风量的方法，通过实验，风速必须在4.5m/sec以上方可满足干燥的需求，但是会导致毛丝大量增加，导致上浆量的不稳定，也较大影响了碳纤维的性能。我公司试验使用的多层卧式干燥炉，采用Z型丝路5层卧式干燥炉，自上而下的垂直吹风方式，12K T700的碳纤维运行线速度在9m/min以上时，加热温度控制在60~120℃之间，循环风速可控制在0.6~1.5m/sec之间即可以满足炉内温度的均匀性，也可控制纤维的含水率在0.1%左右（详见表1），这样低温干燥时碳纤维避免被氧化，低风速干燥避免碳纤维毛丝的产生。在使用24K、48K等以上的大丝束进行试验时干燥温度亦可控制在110~220℃之间，循环风速控制在1.1~2.0m/ sec之间即可控制纤维的含水率满足上浆工序的要求。
表1 单层水洗干燥炉与5层水洗干燥炉对比情况
项目丝束速度/
(m·min-1)
干燥温
度/
℃
循环风速/
（m·sec-1)
含水
率，
%
毛丝情
况
力学
性能
单层干燥炉1025030.9稍多正常
1025050.7多正常
1034030.7多低
1034050.4严重低
5层
干燥
炉
10800.80.2少
常
108010.15少
正
常
101200.80.1少
正
常
1012010.08少
正
常
102800.80.03稍多低
2 上浆干燥
碳纤维生产过程中大多数的上浆干燥炉多为立式干燥
炉或卧式干燥炉，立式干燥炉需要较高的高度，大约需要透水混凝土施工工艺
15米高，既增加厂房的建设成本，且不易于工人操作，有
缠辊的情况不能及时发现处理，容易发生大量断丝的生产
事故；卧式干燥炉则占地较大，并且在运行过程中上浆剂
易滴料，滴在卧式炉中造成上浆剂堆积，不易清理，长时
间堆积导致积热，导致火灾的发生。我公司采用4热辊式
上浆干燥机，加热方式使用循环式导热油加热，导热油经
有机热载体加热炉加热后，利用热油循环泵强制导热油液
相循环。加热油无毒，热含量高，可循环使用，避免使用
蒸汽锅炉，利于环保[3]。此干燥机易清理，可最大限度的
延展碳丝的丝幅宽度，见表2，增加碳纤维的编织性能。
取消了热风循环的干燥方式，减少了毛丝的产生，节约了
口型钢
占地空间。
表2 三种干燥方式的对比
项 目
12K T700
碳丝干燥
后幅宽/mm
缠辊次数 /
（次·天-1）
含水率，%
蟾蜍粉丝束运行宽度3
米宽 干燥炉占
地面积/㎡
立式干燥炉7.960.082%30
卧式干燥炉7.910.11%80
4辊干燥机8.510.026%28
3 结束语
根据碳纤维表面处理单元干燥设备的实践和使用效
果，研发了水洗-5层卧式干燥炉－上浆－4辊上浆干燥机多功能开瓶器
组，使用结果表明[4]：这种碳纤维表面处理生产技术和配
套设备不仅不破坏碳纤维力学性能，减少了生产过程中毛
丝量，并极大地延展了碳纤维的丝幅宽度。
参考文献
[1] 陈达，肇研，罗云烽等.循环湿热环境下碳纤维复合
材料界面性能[J].材料科学与工艺.
红薯粉生产设备
[2] 李阳，肇研，刘刚等.国产ＣＣＦ300碳纤维及其Ｎ
ＣＦ织物的性能[J].航空学报.
[3]何敬军.碳纤维干燥机导热辊密封结构的改进[M].
[4]戚雁俊.碳纤维组合式上浆干燥清洁生产技术的研究[M].
作者简介
李军（1983- ），男，山东威海人，本科，主要从事高强及
高模量碳纤维生产技术及设备的研究。
一种新型的碳纤维表面处理的干燥设备
李军 丁月里 邹健
中安信科技有限公司 河北 廊坊 065000
摘要：一种新型的水洗干燥炉和上浆干燥机，可大量减少碳纤维的毛丝，减少碳纤维被氧化的几率，并可尽量的将碳纤维丝幅展宽。
离心制丸机关键词：T700碳纤维 表面处理 水洗干燥炉 上浆干燥机
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