CN102517764A

CN102517764A - 一种碳纤维织布的张力装置

Info

Publication number: CN102517764A
Application number: CN2011103977170A
Authority: CN
Inventors: 杨建恒; 刘红卫; 许东; 张鹏; 郑桂宁
Original assignee: XI'AN CARBON MATERIAL CO Ltd
Current assignee: XI'AN CARBON MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2012-06-27

Abstract

一种碳纤维织布的张力装置，一对后导纱辊上下排列的安装在墙板一端，并且两个导纱辊中心之间有夹角。四个中间导纱辊分为2组，分别安装在墙板上和支座上。一对摆臂分别绞接在各墙板上；张力辊通过轴承安装在摆臂的张力辊安装端上；当摆臂安装端运动至由一对墙板组成的支撑框架上表面时，所述张力辊位于所述的一组中间导纱辊之间，并使所述张力辊的下圆周表面与一组中间导纱辊的上圆周表面处于同一水平面；一对前支板固定在支座一端的上表面。本发明织造的碳纤维双向布经向张力均匀，片状宏观张力满足碳纤维丝束断裂强力的20％，误差在±2％，有效提高了碳纤维布经向组织纤维强度，增强疲劳和损伤容限，降低了成本，并达到整体减重的目的。

Description

一种碳纤维织布的张力装置

技术领域

本发明涉及碳纤维下游产品制备领域，具体是一种实现聚丙烯腈基碳纤维织布经向张力机构。特别是涉及用于飞机、航天、航空等飞行器、交通运输、建筑材料以及武器装备所用由连续碳纤维纺织而成的碳纤维布的织造。

背景技术

碳纤维具有高比强度、高比模量、耐疲劳、抗蠕变、耐腐蚀及热膨胀系数小等系列优异性能，因而在航天、航空等国防尖端技术中被广泛用于碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)的增强体，也是民用工业更新换代的新材料。碳纤维布是碳纤维的初步产品，一般要求的碳纤维布具有(a)很高的比强度和很大的比模量，可以使结构大幅度减少质量；(b)均质和各向同性，使得碳纤维复合材料具有良好的可设计性，使碳纤维复合材料结构有可能按照结构特点更好的达到优化设计；(c)良好的抗疲劳性，在碳纤维复合材料中作为基体的碳纤维布的相和界面能减缓和阻止裂纹进一步扩展，从而推迟疲劳破坏的发生；(d)成型工艺性好，由于碳纤维布属于柔性组织，容易成型任意截面；(e)良好的尺寸稳定性，在织物经向纬向张力均匀的前提下，可以作为可靠基体制作各类功能和结构特性的片材和预制件。

通过织造而成的碳纤维布，可以充分发挥碳纤维的优异的抗拉性能，使其的各类制品在XY平面上的力学性能保持一致，来保证各类制品在平面方向的力学性能要求。

为了保证织造碳纤维在XY平面上的力学性能保持一致性，碳纤维织造的张力机构包含了经向张力机构和纬向张力机构，经向张力机构本是实现碳纤维布在XY平面上的力学性能一致性的主要方面，本发明涉及到的是经向张力机构。

目前国内外在碳纤维织造涉及经向张力均匀的装置很少，一般是生产单位按照各类化纤或棉线的织造工艺进行张力调整，其原理是由操作人员的手来感觉集束成片状经纱的整体张力的均匀性，由于操作人员的熟练程度及技术水平的不同，会导致片状经纱内每束纤维的张力的均匀性程度的不同。这种经纱张力调整比较适合各类化纤或棉线，由于碳纤维本身性能的影响，该种方法会导致(a)碳纤维束表面毛羽现象严重，影响经纱的线密度；(b)片状经纱内部分经纱丝束张力不一致，在碳纤维布的表面出现经向色差。由于存在上述问题，在织造中很容易碳纤维起毛，很容易造成碳纤维毛羽堵塞经纱通道，毛羽相互缠绕，开不清梭口，甚至造成碳纤维经纱断头从而影响织造。依据以上方法织造出来的碳纤维布表面会出现大面积的张力不匀现象，在碳纤维布表面会有影响对布施工的经向色差，表观缺陷十分明显，严重影响碳纤维布作为基体来制作各类功能和结构特性的片材和预制件。

发明内容

为克服现有技术中存在的影响碳纤维布表面经纱张力不匀导致布面表观质量缺陷比较严重的现象，本发明提出了一种碳纤维织布的张力装置。

本发明包括支座、机架横撑、一对墙板、一对后导纱辊、四个中间导纱辊、张力辊、摆臂和前导纱辊；一对墙板分别固定在支座两个长边一端的上表面，并通过四根机架横撑固定，形成了支撑框架；一对后导纱辊分别固定在位于所述墙板一端的后导纱辊的安装槽内；所述的一对后导纱辊中的一个后导纱辊位于另一个后导纱辊的上方，并且位于上方的后导纱辊的下圆周表面与位于下方的后导纱辊的上圆周表面处于同一水平面；上方的后导纱辊的中心与下方的后导纱辊的中心之间有夹角；

四个中间导纱辊分为2组，其中一组中间导纱辊的两端分别固定安装在所述一对墙板的安装孔内，并且该两个中间导纱辊的中心位于同一水平面；另一组中间导纱辊两端分别固定安装在所述支座的中间的中间导纱辊安装孔内，并且该两个中间导纱辊的中心位于同一水平面；位于墙板边缘处的一个中间导纱辊与位于支座内侧的一个中间导纱辊的空间位置相邻，并且所述两个空间位置相邻的中间导纱辊的相邻外圆面处于同一个垂直面内；

一对摆臂位于由一对墙板组成的支撑框架内，并且所述摆臂的连接端分别绞接在各墙板上；张力辊通过轴承安装在摆臂的张力辊安装端上；当摆臂安装端运动至由一对墙板组成的支撑框架上表面时，所述张力辊位于所述的一组中间导纱辊之间，并使所述张力辊的下圆周表面与一组中间导纱辊的上圆周表面处于同一水平面；一对前支板固定在支座一端的上表面。

在一对前支板的上部有前导纱辊的安装孔；前导纱辊的两端分别通过轴承安装在一对前支板的安装孔内。

所述的后导纱辊的轴头与该后导纱辊之间通过角接触轴承连接在一起。所述的摆臂分为两段，其中一段为直板，另一段为弧形板；在摆臂直板段的端头有将该摆臂与墙板绞接的连接孔；在摆臂弧形板段的端头有张力辊的安装孔；所述直板段端头处的连接孔的中心与所述形板段端头处的张力辊安装孔的中心之间的夹角为36°～40°。

碳纤维布的最小强力是由纱线丝束中细节弱环决定的，弱环的数量具有极高的相关性。通过本发明装置调整可以减少弱环数量，提高片状经纱内每根碳纤维丝束的单纱强力值，减少经纱丝束断头率，从而保证碳纤维布的经向抗拉强度。

采用本发明的经向纬向张力装置及方法，织造完成后的碳纤维双向布，由于经向张力均匀，碳纤维布经向组织纤维强度得到提高，有效的提高经向组织的强力破坏能力，增强疲劳和损伤容限，使整体制造的成本降低，并达到整体减重的目的，更好的发挥碳纤维布及其先进复合材料在各领域的应用，其性能特别是达到符合在飞机、航天、航空等飞行器、交通运输、建筑材料以及武器装备领域的应用。使调整出来的片状经纱内每束碳纤维及整排纤维束的张力均匀，片状宏观张力满足碳纤维丝束断裂强力的20％，误差在±2％。

以国产碳纤维T300为例，其在使用本发明织布调整前后碳纤维布经向强力，相关的性能指标见表1，从表1看出调整前后经向强力得到大幅度的提高，表观质量得到了很大的改善，完全达到工业应用的需要。

表1相关的力学性能及表观质量表

注：表观质量指在幅宽0.8米内经纱张力不均匀引起的色差纤维束数量。

由于本发明提高经向的抗断裂能力，使其作为基体的各类复合材料制品在整体上更加稳定，提高各类复合材料制品的平面强度、抗冲击损伤能力、增加疲劳和损伤容限，使整体制造的成本降低，从而具有韧性优异，界内性能好、美观大方的适用于工业化应用的碳纤维复合材料的各类制品的基体组织。

本发明能够满足不同种类的聚丙烯腈基碳纤维(1K、3K、6K、12K)在织布中的张力要求，在织布中充分实现每束碳纤维在片状经纱的张力均匀，以及去除不同种类聚丙烯腈基碳纤维丝束的表面毛羽。

碳纤维由纱架各纤维通道分纱、成立式小片装，经过集束架集束后，要经过经向张力机构来实现张力均匀，步骤如下：集束而成立式小片装的碳纤维片依次经过经向张力机构的后导纱辊4的中间，通过张力辊6及摆臂7的张力控制，来对水平面内的碳纤维片材中的每束碳纤维进行张力调整，在调整出来的每束碳纤维丝束及整排纤维束的张力满足碳纤维丝束断裂强力的20％，误差在±2％后，将张力均匀且在水平面成片材的碳纤维束依次通过一对上部中间导纱辊的外表面及一对下部中间导纱辊的下表面。将以上张力均匀且所成片状的碳纤维束进入织机的模拟经轴，就可以实现碳纤维织布的下道工序：穿综、穿筘、结经、穿纬、织造。

本发明能够改善碳纤维布在平面内经向方向的张力均匀性，提高碳纤维布的经向强度，发挥其在先进复合材料的基体性能，以便更好地发挥碳纤维先进复合材料在各领域的应用，特别是在飞机、航天、航空等飞行器、交通运输、建筑材料以及武器装备领域的应用。在织造中避免造成碳纤维毛羽堵塞经纱通道，使碳纤维表面无毛羽相互缠绕，而使梭口开清。改善了平面内经向纤维束的美观大方。提高经向的抗断裂能力，使其作为基体的各类复合材料制品在整体上更加稳定，提高各类复合材料制品的平面强度、抗冲击损伤能力、增加疲劳和损伤容限，使整体制造的成本降低，从而具有韧性优异，界内性能好、美观大方的适用于工业化应用的碳纤维复合材料的各类制品的基体组织。

附图说明

图1是一种碳纤维织布的张力装置的结构示意图。

图2是图1的俯视图

图3是墙板的结构示意图；

图4是后导纱辊的结构示意图；

图5是摆臂的结构示意图。其中：

1-支座；2-机架横撑；3-墙板；4-后导纱辊；5-中间导纱辊；6-张力辊；7-摆臂；8-前支板；9-前导纱辊。

具体实施方式

本实施例是一种用于碳纤维织布的经向张力机构。

如图1所示。本实施例的经向张力机构包括支座1、四个机架横撑2、一对墙板3、一对后导纱辊4、四个中间导纱辊5、张力辊6、摆臂7、前支架8、前导纱辊9。

支座1为本实施例的载体，是用槽钢焊接而成的矩形框架。一对墙板3分别固定在支座1两个长边一端的上表面，并通过四根机架横撑2用螺栓固定，形成了支撑框架。一对后导纱辊4分别固定在位于所述墙板一端的后导纱辊4的安装槽内；所述的一对后导纱辊4中的一个后导纱辊位于另一个后导纱辊的上方，并且位于上方的后导纱辊的下圆周表面与位于下方的后导纱辊的上圆周表面处于同一水平面；安装调试后，上方的后导纱辊的中心与下方的后导纱辊的中心之间有夹角，以方便纱束的导入。

四个中间导纱辊5分为2组，其中一组中间导纱辊5的两端分别固定安装在所述一对墙板3的安装孔内，并且该两个中间导纱辊5的中心位于同一水平面。另一组中间导纱辊5两端分别固定安装在所述支座的中间的中间导纱辊5安装孔内，并且该两个中间导纱辊5的中心位于同一水平面。位于墙板3边缘处的一个中间导纱辊5与位于支座1内侧的一个中间导纱辊5的空间位置相邻，并且所述两个空间位置相邻的中间导纱辊5的相邻外圆面处于同一个垂直面内。

一对摆臂7位于由一对墙板3组成的支撑框架内，并且所述摆臂7的连接端分别通过销钉绞接在各墙板3上；张力辊6通过轴承安装在摆臂7的张力辊安装端上。当摆臂安装端运动至由一对墙板3组成的支撑框架上表面时，所述张力辊6位于所述的一组中间导纱辊5之间。

一对前支板8由槽钢制作而成，通过螺栓固定在支座1一端的上表面，形成了前导纱辊9的安装支架。在一对前支板8的上部有前导纱辊9的安装孔；前导纱辊9的两端分别通过轴承安装在一对前支板8的安装孔内。

安装后的经向张力机构的每个辊要转动灵活，转动时不能有卡滞现象发生，并且每个转动辊子的水平度要≤0.05mm，每个转动辊子的相对平行度要≤0.05mm。

如图2所示。本实施例的墙板3有两个，均采用钢板加工而成，钢板上开有辊的安装孔。在墙板3的下端有支座1连接的安装孔。在墙板3上端一侧有一组中间导纱辊5的安装孔，在墙板3上端另一侧有两个后导纱辊4的安装槽。在墙板3上部有两个用于将两个墙板3固接的连接孔。位于墙板3上的摆臂7的安装孔的位置须满足当所述的摆臂向上摆动时，该摆臂的张力辊安装端位于一组中间导纱辊5之间。

如图3所示。本实施例的一对后导纱辊4均用无缝钢管制作而成；后导纱辊4两端的轴头均采用调质钢加工而成。后导纱辊4的轴头与该后导纱辊之间通过角接触轴承连接在一起。

所述四个中间导纱辊5均用无缝钢管制作而成；各中间导纱辊5两端的轴头采用调质钢加工而成。各中间导纱辊的轴头与该中间导纱辊之间焊接在一起。

如图4所示。张力辊6用无缝钢管制作而成。张力辊6两端的轴头采用调质钢加工而成。张力辊6的轴头与该张力辊6焊接在一起。

如图5所示。摆臂7有2个。摆臂7分为两段，其中一段为直板，另一段为弧形板。在摆臂7直板段的端头有将该摆臂7与墙板3绞接的连接孔。在摆臂7弧形板段的端头有张力辊6的安装孔。所述直板段端头处的连接孔的中心与所述形板段端头处的张力辊6安装孔的中心之间的夹角为36°～40°，以保证摆臂向上摆动时，位于摆臂端头的张力辊6位于一组中间导纱辊5之间，并使所述张力辊6的下圆周表面与一组中间导纱辊5的上圆周表面处于同一水平面。本实施例中，所述直板段端头处的连接孔的中心与所述形板段端头处的张力辊6安装孔的中心之间的夹角为38°。

本实施例在工作时，张力辊6在摆臂7的带动下处于一组中间导纱辊5之间，并且所述张力辊6的下圆周表面与一组中间导纱辊5的上圆周表面处于同一水平面。碳纤维经过集束后，依次从一对后导纱辊4之间穿过，进入位于墙板3上端的一组中间导纱辊5的上圆周表面与张力辊6的下圆周表面之间，并将摆臂7自身的重力传递给张力辊6，从而通过张力辊6保证碳纤维束的张力均匀性。张力均匀的碳纤维束通过位于支座1上表面的一组中间导纱辊5的下表面，进入前导纱辊9的上表面，最终进入织布机的模拟经轴。

Claims

1.一种碳纤维织布的张力装置，其特征在于，包括支座、机架横撑、一对墙板、一对后导纱辊、四个中间导纱辊、张力辊、摆臂和前导纱辊；一对墙板分别固定在支座两个长边一端的上表面，并通过四根机架横撑固定，形成了支撑框架；一对后导纱辊分别固定在位于所述墙板一端的后导纱辊的安装槽内；所述的一对后导纱辊中的一个后导纱辊位于另一个后导纱辊的上方，并且位于上方的后导纱辊的下圆周表面与位于下方的后导纱辊的上圆周表面处于同一水平面；上方的后导纱辊的中心与下方的后导纱辊的中心之间有夹角；

2.如权利要求1所述一种碳纤维织布的张力装置，其特征在于，在一对前支板的上部有前导纱辊的安装孔；前导纱辊的两端分别通过轴承安装在一对前支板的安装孔内。

3.如权利要求1所述一种碳纤维织布的张力装置，其特征在于，后导纱辊的轴头与该后导纱辊之间通过角接触轴承连接在一起。

4.如权利要求1所述一种碳纤维织布的张力装置，其特征在于，摆臂分为两段，其中一段为直板，另一段为弧形板；在摆臂直板段的端头有将该摆臂与墙板绞接的连接孔；在摆臂弧形板段的端头有张力辊的安装孔；所述直板段端头处的连接孔的中心与所述形板段端头处的张力辊安装孔的中心之间的夹角为36°～40°。