[发明专利]一种声波法与机械多辊筒法相结合大丝束碳纤维展开装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种声波法与机械多辊筒法相结合大丝束碳纤维展开装置。

背景技术

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得多，大丝束售价只有小丝束的50％-60％使先进复合材料的成本可以大幅度降低。大丝束碳纤维和小丝束碳纤维一样，都可以制成复合材料，但材料和加工成本却相差很大。因为从石油原料到碳纤维，增值关系是1到3，而把碳纤维做成复合材料，增值到10，也就是说碳纤维在复合材料中的成本仅仅占25％-30％，后续纤维制品零件成型加工成本占70％-75％。选择低成本大丝束碳纤维可使后续加工节省一大部分成本，可以实现高性能碳纤维复合材料低成本化，满足航天航空、风电叶片和汽车制造等方面与日俱增的需求。

但是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，这样造成了大丝束碳纤维大量应用尚有困难。

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，这在很大程度上能避免此类缺陷的产生。如果大丝束碳纤维展开足够宽，比如说传统50K碳纤维是6mm，利用碳纤维展开技术至4倍以上，可以比传统小丝束12K碳纤维更加轻薄，制得更为轻质的低成本高性能大丝束碳纤维复合材料。

目前，围绕大丝束碳纤维展开装置主要采用机械多滚筒方式，通过辊子滚压、左右摆动或上下震动方式将纤维束展宽拉薄，展开效果通过控制震动幅度，但展开宽度有限，至多两倍，若加大震动幅度易造成碳纤维折断，且震动频率受限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够有效将大丝束碳纤维束展开的设备。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种声波法与机械多辊筒法相结合大丝束碳纤维展开装置，包括用于放置纤维束的放纱装置，其特征在于：纤维束自放纱装置引出后进入张力控制装置，由张力控制装置控制纤维束的表面张力并保证张力恒定，张力调整好的纤维束从压送辊和第二支撑辊之间通过后被引进预展纱装置，由预展纱装置采用声波扩纤法将纤维束预展开，预展开后的纤维束被引入主展纱装置，由主展纱装置采用机械多辊筒扩纤法将纤维束展开，展开后的纤维束通过牵拉收卷装置收卷。

优选地，所述张力控制装置包括位于第一导纱罗拉与第一支撑辊之间的张力稳定辊，纤维束依次绕经第一导纱罗拉、张力稳定辊及第一支撑辊，在张力稳定辊上挂有重锤，通过改变重锤的重量来调整张力稳定辊的位置，在张力稳定辊的上方及下方分别安装有用于检测其上限位置的上限位置传感器及检测其下限位置的下限位置传感器。

优选地，通过所述张力控制装置控制纤维束的表面张力的步骤为：

通过改变所述重锤的重量，使所述张力稳定辊在其重力作用下有不同位移，从而改变了所述第一导纱罗拉与所述张力稳定辊之间及所述张力稳定辊与所述支承棍之间的距离，从而改变纤维束表面包角和张紧程度，达到控制纤维束表面张力的目的。

优选地，通过所述张力控制装置保证张力恒定的步骤为：

当行进中的纤维束的张力增大时，所述张力稳定棍向上移动，而张力减小时，则向下移动；当所述张力稳定辊到达其上限位置时，所述上限位置传感器检测到这样的位置并且将此结果信号反馈到所述放纱装置，增加放纱旋转速度，以便增加纤维束供给而使所述张力稳定棍下降；当所述张力稳定棍到达其下限位置时，所述下限位置传感器检测到这样的位置并且将此结果信号反馈到所述放纱装置，以便减少纤维束的供给而使所述张力稳定辊上升，这样纤维束的张力总是保持恒定。

优选地，所述预展纱装置包括低频发电机、功率放大器、扬声器、第一展纱辊及第二展纱辊，低频发电机与功率放大器相连，功率放大器连接扬声器，第一展纱辊及第二展纱辊布置在扬声器的出声口附近，纤维束依次绕经第一展纱辊及 第二展纱辊后进入所述主展纱装置。

优选地，所述预展纱装置将纤维束预展开的步骤为：