一种碳纤维扩展设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种碳纤维扩展设备，其特征在于：包括开卷丝轴、纠偏装置、扩展装置、牵引转轴和收卷装置；所述开卷丝轴通过机械臂与伺服电机连接；所述纠偏装置包括若干托架轮，每个托架轮之前设有光感测距器；所述扩展装置包括设置在磁悬浮平台上的气流吹扫箱体，所述气流吹扫箱体内设有一块带有若干微气孔的吹扫板。本实用新型专利技术采用磁悬浮平台，实现高频振动，通过吹扫板上设有若干微气孔，将高压气体对碳纤维原丝束进行气流吹扫，并辅助热蒸汽软化上浆剂软化，在气流吹扫的作用下，丝束不断分散扩展，该扩展方式对原丝束几乎没有伤害，同时上浆剂不会脱落，保证丝束的完整，不会产生断裂。

Carbon fiber expansion equipment

The utility model discloses a carbon fiber expansion device, which comprises a screw shaft, a correction device, an expansion device and a traction shaft and a rolling device; the wire unwinding shaft through the mechanical arm is connected with a servo motor; the rectifying device comprises a plurality of wheel bracket, a bracket is provided with a light before each round of ranging the expansion device comprises a device; the airflow in the Maglev Platform of the purge gas purge box, the box body is provided with a piece of a plurality of micro pores blowing plate. The utility model adopts magnetic levitation platform, realize high frequency vibration by blowing plate is provided with a plurality of micro pores, high pressure gas gas purge of a carbon fibre tow, and auxiliary steam softening sizing agent in softening, gas purge under the action of the tow continuously dispersed expansion, expansion has almost no damage to the original at the same time tow, sizing agent will not fall off, ensure the tow does not produce complete fracture.

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维扩展设备
本技术涉及碳纤维束的加工设备领域，具体涉及碳纤维的扩展设备。
技术介绍
随着航空航天、风电、新型汽车等高科技制造业的发展与成熟，相关的材料应用技术例如碳纤维材料技术也随之取得了长足的进步和广泛的应用。在实际应用中，由于大丝束碳纤维，如48K、60K以至于360K、480K等的价格要比小丝束的便宜很多，大丝束售价只有小丝束的50％-60％，所以更容易为生产者所接受，但是由于大丝束碳纤维存在随着纤维束根数增多而发生纤维的曲折、扭结的现象，且树脂基体不容易浸润到大丝束纤维束内部，单丝间容易产生孔隙，且容易造成纤维相和树脂相的富集与分离等缺陷，同时会随丝束直径增加，在复合材料成型过程中出现纤维屈曲及铺层角度错位的可能性也在增加，从而使复合材料强度、刚度受影响，力学性能降低、分散性大，不能满足结构设计的要求，无法发挥碳纤维增强材料高性能优势，因此突破低成本大丝束碳纤维发挥高性能优势关键技术就是开发大丝束碳纤维展开技术。碳纤维原丝的扩展方式常规的都是采用热碾压法，技术专利——一种碳纤维束的扩展装置(201410366783.5)介绍了一种碳纤维束的扩展装置，包括预热区、若干扩展区和整理区，所述预热区和整理区分布在扩展区的两侧，所述预热区和扩展区内间隔分布有凸辊和凹辊，所述整理区内设有若干平辊；所述凸辊、凹辊和平辊内均设有加热机构；所述预热区的左侧和整理区的右侧分别设有牵引辊组一和牵引辊组二，所述牵引辊组一和牵引辊组二均连接有电机。本技术碳纤维束在不断经过凸辊的扩展和凹辊的收缩过程中获得在宽度上的加宽，直至变薄。扩展后的碳纤维束宽而薄，为均匀的纤维单向片；但是该方法展纤的碳纤维力学性能下降较大，并且容易对纤维丝束造成磨损，严重影响了碳纤维的使用，同时该类方法速度较慢，效率较低。技术专利——一种用于扩展纤维束的设备及其工艺方法(201510417018.6)，介绍了一种用于扩展纤维束的设备，其特征在于：包括开卷装置，扩展槽系统，牵引及烘干装置及收卷装置；所述开卷装置包括阻尼控制器，张力监测装置及不少于两根的卷轴；所述扩展槽系统包括液槽、吊升架及若干个超声发射头。将碳纤维束导入装有超声波发生器与化学溶液的容器内，通过对超声波频率范围、溶液类型与浓度、碳纤维束在溶液中的牵伸速度的控制，使碳纤维束变得更轻薄；但是碳纤维原丝表面附着一层水性上浆剂，在超声波扩展的过程中，超声介质在振荡的过程中会破坏原丝表面的上浆剂，经过检测，使用一段时间的超声介质，其中含有大量的上浆剂，证明不论超声介质是何种物质，都会在超声的过程中，对上浆剂产生溶解破坏，缺失了上浆剂的碳纤维原丝，由于表面极为光滑，在浸渍树脂的过程中，不容易与树脂复合。为了克服上述扩展过程中出现的上浆剂破坏和丝束断裂的问题，本技术提供了一种新的扩展设备和方法，经过高温蒸汽喷淋，使得上浆剂软化，然后进行高压吹扫，达到碳纤维扩展的目的。
技术实现思路
针对上述问题，本技术的目的提供一种新的碳纤维扩展设备及扩展方法，采用气流吹扫和蒸汽喷淋结合，通过高频振动，达到将碳纤维原丝扩展的目的。本技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种碳纤维扩展设备，其特征在于：包括开卷丝轴、纠偏装置、扩展装置、牵引转轴和收卷装置；所述开卷丝轴通过机械臂与伺服电机连接；所述纠偏装置包括若干托架轮，每个托架轮之前设有光感测距器；所述扩展装置包括设置在磁悬浮平台上的气流吹扫箱体，所述气流吹扫箱体内设有一块带有若干微气孔的吹扫板。进一步，所述开卷丝轴的两端通过卡爪型机械臂固定连接，所述机械臂的一端与伺服电机固定连接，通过伺服电机驱动机械臂转动，机械臂的转动范围为360°。当原丝束发生偏转或者扭曲时，将信号传递给伺服电机，通过伺服电机反方向旋转，将原丝束纠偏；同时伺服电机的旋转方向为±360°，保证原丝束偏转后的回正。进一步，所述纠偏装置的外壳为可视的规则箱体，包括至少两个以上的托架轮，所述光感测距器设置在托架轮的上游一侧，若干托架轮的排列方式为直线形、之字形或者任意其他形状。原丝束的宽度固定，通过光感测距器来检测原丝束的宽度，用以标记丝束是否发生扭曲或者偏转，当光感测距器检测到丝束的宽度小于设定值，通过控制器内的换算，得出丝束扭曲的方向和角度，将信号传输给伺服电机，通过伺服电机控制开卷丝轴向反方向转动，使得丝束恢复原位；当发生一次丝束扭曲后，第二个光感测距器检测到丝束再次发生扭曲，将信号传输给伺服电机，通过伺服电机控制开卷丝轴向反方向转动两倍；丝束继续前进过程中经过第三个光感测距器是，如果再次检测到丝束扭曲，将发生警报，整个扩展设备停止工作，采用人工纠偏。同时，光感测距器不仅限于上述的三个，也可以是更多个，并且光感测距器的排布方式，可以根据设备的安装场地和要求决定，并不仅限于本技术提到的排列方式；同时也可以根据安装要求将整个纠偏装置设置在封闭的箱体内，预留观察窗或者箱体采用透明玻璃或者树脂材料，使得整个丝束的行程在可视的范围内呈现。光感测距器的检测距离可以根据丝束的型号调整，比如12K的原丝，丝束宽度为6.5mm，如果光感信号检测到小于5mm，那么意味着发生了丝束扭曲或者偏转。进一步，所述扩展装置为规则的箱体，吹扫板位于扩展装置的中部，沿水平方向将扩展装置分割为上下两个腔室，分别为蒸汽喷淋腔和高压腔，所述扩展装置的两端分别为入丝孔和出丝孔，吹扫板连接入丝孔和出丝孔的两端设置为倒角状，所述扩展装置的箱体四角设有四个锚固点，所述锚固点与磁悬浮平台分别通有相反电荷，形成电磁悬浮。进一步，所述微气孔的横截面为锥形，微气孔的内径为0.4-0.6mm，相邻微气孔之间的间隔距离为0.4-0.6mm。进一步，所述蒸汽喷淋腔的顶部设有若干蒸汽喷淋孔，蒸汽喷淋温度为100-110℃。进一步，所述高压腔与空气压缩机连通，高压腔内的气压为0.4-0.8MPa。本技术采用的扩展装置结合了气流吹扫、蒸汽加热和磁悬浮震动设计而成，碳纤维原丝束由入丝孔进入扩展装置，若干原丝束平铺在吹扫板上，吹扫板的上方腔体为蒸汽喷淋腔，通过若干蒸汽喷淋孔向原丝束喷淋热蒸汽，蒸汽的温度控制在100-110℃，原丝束表面的上浆剂的软化温度为90-100℃，进入扩展装置的碳纤维原丝束在热蒸汽的包裹下，表面的上浆剂逐渐软化，使得丝束内的原丝之间的粘结作用力降低，然后高压腔内通入的压缩空气，经过微气孔不断吹向原丝束，同时整个扩展装置置于磁悬浮平台上，磁悬浮平台通入交流电，通过变频器控制交流频率扩展装置不断横向震动，经过微气孔的气流在扩展装置左右震动的情况下左右移动，使得气流形成左右移动的吹扫情况，经过软化的原丝束在气流的吹扫作用下，丝束的单根原丝逐渐分散扩展；随着原丝束在牵引装置的牵引作用下，不断经过扩展装置，被热蒸汽软化和气流吹扫，达到丝束扩展的目的。由于扩展装置设置在磁悬浮平台上，使得扩展装置的震动频率可以通过通入的交流频率控制，震动频率可以达到超声级别，同时蒸汽包裹的氛围又不至于使得上浆剂的脱落。进一步，所述高压腔与空气压缩机之间设有除油过滤装置，用于将压缩空气中的油性物质除去。油性物质对原丝束表面的上浆剂有一定损伤。一种碳纤维扩展方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将多锭丝束盘依此安装在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维扩展设备，其特征在于：包括开卷丝轴、纠偏装置、扩展装置、牵引转轴和收卷装置；所述开卷丝轴通过机械臂与伺服电机连接；所述纠偏装置包括若干托架轮，每个托架轮之前设有光感测距器；所述扩展装置包括设置在磁悬浮平台上的气流吹扫箱体，所述气流吹扫箱体内设有一块带有若干微气孔的吹扫板。

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维扩展设备，其特征在于：包括开卷丝轴、纠偏装置、扩展装置、牵引转轴和收卷装置；所述开卷丝轴通过机械臂与伺服电机连接；所述纠偏装置包括若干托架轮，每个托架轮之前设有光感测距器；所述扩展装置包括设置在磁悬浮平台上的气流吹扫箱体，所述气流吹扫箱体内设有一块带有若干微气孔的吹扫板。2.根据权利要求1所述的一种碳纤维扩展设备，其特征在于：所述开卷丝轴的两端通过卡爪型机械臂固定连接，所述机械臂的一端与伺服电机固定连接，通过伺服电机驱动机械臂转动，机械臂的转动范围为360°。3.根据权利要求1所述的一种碳纤维扩展设备，其特征在于：所述纠偏装置的外壳为可视的规则箱体，包括至少两个以上的托架轮，所述光感测距器设置在托架轮的上游一侧，若干托架轮的排列方式为直线形、之字形。4.根据权利要求1所述的一种碳纤维扩展设备，其特征在于：所述扩展装置为规...

【专利技术属性】
技术研发人员：周易，
申请(专利权)人：汉硕高新材料天津有限公司，
类型：新型
国别省市：天津,12