CN102776665A - 一种碳纤维织布放纬装置 - Google Patents

Abstract

一种碳纤维织布放纬装置，放纱架、张力架和储纬器并排安装在同一垂直面上，并且张力架位于放纱架和储纬器之间。放纱架纱筒转轴固定在支架的上端。2个端板分别安装在纱筒转轴的两端。张力圈圆周的外切面焊接固定在张力架上的一对支板的上表面。4根弹力带的一端分别固定在所述弹力带安装孔内，4根弹力带的另一端分别固定在位于安装板上。4根弹力带的预紧力为3N。张力陶瓷导眼粘接在安装板的内孔中。储纬器的进纱端和出纱端分别加装有进纱陶瓷导眼和出纱陶瓷导眼。储纬器中的毛刷环采用羊毛刷环。本发明有效的提高纬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。

Description

一种碳纤维织布放纬装置

技术领域

本发明涉及碳纤维下游产品制备领域，具体是一种聚丙烯腈基碳纤维织布时的放纬的装置。

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，在织物经向和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。

目前国内外在碳纤维织造涉及纬纱张力均匀放纬的装置很少，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，大多数是用纺织各类化纤或棉织布所用的储纬器来实现纬纱的放纬工作。

常用的储纬器工作原理是：

纱线从筒子卷装上退绕后，重新绕到储纱鼓上。为减小退绕阻力，储纱鼓是表面光滑圆柱体或锥角很小的圆锥体。通常在引纬前，储纱鼓上需有一定数量的储纱量，并根据鼓上储纱的多少自动改变储纱速度。纬纱在鼓上应按螺旋线形状有序排列，这样，既能保证足够的储纱量，又便于退绕。为使纱线排列和退绕有序，并在引纬过程中保证纬纱有必要的小张力，在进纱处和纱线与鼓面分离处，分别设以张力器和张力环。最后，为防止纱线在卷绕过程中的捻度变化，储纱鼓上的纬纱应有两种不同的绕向，以适应碳纤维织布时S捻的需要。

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，影响纬纱的线密度，导致碳纤维布单位克重的减少量大；（b）碳纤维布面纬纱内部分纬纱丝束张力不一致，在碳纤维布的表面出现纬向色差。

依据现有的传统储纬器来纺织碳纤维的各类织物时，当碳纤维纬纱从筒子上作轴向退绕时，纱线张力会产生变化，且织机速度越高，纱线张力变化越大。变化的张力会使碳纤维表面出现的毛羽现象严重，这不但增加纱线的断头率，而且也影响织物质量，特别是达不到碳纤维各类织物对经向纬向强力的相关要求参数。同时，织造出来的碳纤维布表面会出现大面积的纬向张力不匀现象，在碳纤维布表面会有影响对碳纤维布施工的纬向色差，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。这样就限制了碳纤维各类纺织制品的使用范围。

发明内容

为克服现有技术中存在的影响碳纤维布的纬纱张力不匀导致碳纤维织物纬向强力较小以及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放纬装置。

一种碳纤维织布放纬装置，其特征在于，包括放纱架、张力架和储纬器。其中，放纱架、张力架和储纬器并排安装在同一垂直面上，并且张力架位于放纱架和储纬器之间。所述储纬器中心线与张力机构中张力陶瓷导眼的中心轴线之间在垂直方向的距离a为60cm。所述放纱架中纱筒转轴的中心线与张力机构中这张力陶瓷导眼的中心轴线之间在垂直方向的距离b为30cm。所述张力架10宽度方向的中心线与储纬器上的进纱陶瓷导眼的中心线之间的距离c为50cm。所述张力架宽度方向的中心线与放纱架宽度方向的中心线之间的距离d为50cm。

所述放纱架包括支架，纱筒转轴和2个端板。纱筒转轴固定在支架的上端。2个端板分别安装在纱筒转轴的两端。

所述张力机构包括张力架、张力圈、4根弹力带、张力陶瓷导眼和安装板。张力圈圆周的外切面焊接固定在张力架上的一对支板的上表面。在该张力圈的圆周上均匀分布4个贯通的弹力带安装孔。4根弹力带的一端分别固定在所述弹力带安装孔内，4根弹力带的另一端分别固定在位于安装板上的4个弹力带安装孔内。4根弹力带的预紧力为3N。张力陶瓷导眼粘接在安装板的内孔中。

所述储纬器的进纱端和出纱端分别加装有进纱陶瓷导眼和出纱陶瓷导眼，所述进纱陶瓷导眼粘接在位于安装架上的通孔内，并且该通孔的中心线垂直于所述安装架的表面。出纱陶瓷导眼粘接在储纬器出纱端的出纱孔内。

储纬器中的毛刷环采用羊毛刷环。

所述纱轴端板的内孔为台阶孔，该台阶内孔的小孔径端的孔径与纱筒转轴的外径间隙配合。该该台阶内孔的大孔径端内安装有轴承。在纱轴端板一端端面有轴向凸出的纱轴定位套，该纱轴定位套的外表面为锥面。该纱轴定位套的最大外径与纱轴的内径相同。

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能够减少弱环数量，提高碳纤维布表面每根碳纤维纬纱丝束的单纱强力值，减少纬纱丝束断头率，从而保证碳纤维布的纬向抗拉强度。

采用本发明织造完成后的碳纤维双向布，由于纬向张力均匀，碳纤维布纬向组织纤维强度得到提高，有效的提高纬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。使调整出来的碳纤维布的纬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T300碳纤维为例，在相同的纬纱密度及其他织造参数不变的前提下，其在使用本发明织布调整前后碳纤维布纬向强力，相关的性能指标见表1，从表1看出调整前后纬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米内纬纱张力不均匀引起的色差纤维束数量。

由于本发明提高纬向的抗断裂能力，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）在织布中的纬纱张力要求，在织布中充分实现每束碳纤维纬纱的张力均匀，以及去除不同种类聚丙烯腈基碳纤维丝束的表面毛羽。

本发明能够改善碳纤维布在平面内纬向方向的张力均匀性，提高碳纤维布的纬向强度，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。改善了平面内纬向纤维束的美观大方。提高纬向的抗断裂能力，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是一种碳纤维织布放纬装置的结构示意图；

图2是放纱架的结构正视图；

图3是图2的侧视图；

图4是张力架正视图；

图5是图4的侧视图；

图6是纱轴端板3的结构示意图。

其中：

1.放纱架        2.纱筒转轴     3.纱轴端板         4.碳纤维纱轴    5.碳纤维

6.圆形张力圈    7.弹力带       8.出纱陶瓷导眼     9.安装板        10.张力架

11.储纬器       12.羊毛刷环    13.进纱陶瓷导眼    14.张力陶瓷导眼

具体实施方式

本实施例是一种用于碳纤维织布的纬纱放纬装置。

如图1所示。本实施例包括放纱架1、纱筒转轴2、纱轴端板3、碳纤维纱轴4、张力圈6、四根弹力带7、张力陶瓷导眼14、安装板9、张力架10、储纬器11和毛刷环12、进纱陶瓷导眼13、出纱陶瓷导眼8。其中，放纱架1、张力架10和储纬器11并排安装在同一垂直面上，并且张力架10位于放纱架1和储纬器11之间。所述储纬器11中心线与张力机构中张力陶瓷导眼14的中心轴线之间在垂直方向的距离a为60cm；所述放纱架1中纱筒转轴2的中心线与张力机构中这张力陶瓷导眼14的中心轴线之间在垂直方向的距离b为30cm。所述张力架10宽度方向的中心线与储纬器上的进纱陶瓷导眼13的中心线之间的距离c为50cm；所述张力架10宽度方向的中心线与放纱架1宽度方向的中心线之间的距离d为50cm。

如图2和图3所示，放纱架1是本实例中放纱架的载体，包括支架，纱筒转轴2和2个端板3。所述纱筒转轴固定在支架的上端；2个端板分别安装在纱筒转轴2的两端。使用时，将碳纤维纱轴套装在纱筒转轴2上，并通过2个端板定位。支架是用槽钢焊接而成的三角支架。

如图6所示，纱轴端板3为用轻质铝合金材料制成的有内孔的圆形板件。纱轴端板3的内孔为台阶孔，该台阶内孔的小孔径端的孔径与纱筒转轴2的外径间隙配合；该该台阶内孔的大孔径端内安装有轴承。在纱轴端板3一端端面有轴向凸出的纱轴定位套，该纱轴定位套的外表面为锥面；该纱轴定位套的最大外径与纱轴的内径相同。使用时，将2个纱轴端板3有纱轴定位套的表面相对的安装在纱筒转轴2上，并将碳纤维纱轴4轴孔的两端装在2个纱轴端板的纱轴定位套上；通过螺帽将2个纱轴端板3与碳纤维纱轴4固紧。

如图4和图5所示，张力机构包括张力架、张力圈6、4根弹力带7、张力陶瓷导眼17和安装板9。张力架10是张力机构的载体，用槽钢焊接而成；所述张力架10包括底板和垂直安装在该底板上的一对相互平行的支板。张力圈6圆周的外切面焊接固定在张力架10上的一对支板的上表面；在该张力圈6的圆周上均匀分布4个贯通的弹力带安装孔。4根弹力带7的一端分别固定在所述弹力带安装孔内，4根弹力带7的另一端分别固定在位于安装板9上的4个弹力带安装孔内。4根弹力带7预紧力为3N。张力陶瓷导眼14粘接在安装板9的内孔中。所述安装板9为圆形板件，在该安装板9的中心有张力陶瓷导眼14的安装孔；在该陶瓷导眼安装孔的四周均布有4个弹力带安装孔。

所述储纬器11是通过对剑杆织机常用的储纬器11进行改进后得到。

所述储纬器11包括出纱陶瓷导眼8、毛刷环12、进纱陶瓷导眼13和安装架。本实施例对该储纬器11的改进表现在，在该储纬器11的进纱端和出纱端分别加装有进纱陶瓷导眼13和出纱陶瓷导眼8，并且将现有技术中的毛刷环改为羊毛刷环。具体是，在储纬器进纱端的安装架上打一通孔，并且该通孔的中心线垂直于所述安装架的表面；将进纱陶瓷导眼13粘接在该通孔内，并使该纱陶瓷导眼13的中心线与张力架10宽度方向的中心线之间的距离c为50cm。在储纬器出纱端的出纱孔内粘接出纱陶瓷导眼8。

本实施例中的将普通毛刷环12替换为羊毛刷环，可以避免因普通刷环内的感觉较硬的猪鬃对碳纤维纱线的刮擦和磨损，并且可以便于碳纤维丝束的快速出纱。

本实例中，碳纤维5从碳纤维纱轴4上自由引出，穿入张力机构中的张力陶瓷导眼14的一端，从该张力陶瓷导眼14的另一端穿出。碳纤维5进入位于储纬器11进纱端的进纱陶瓷导眼13内，穿过该进纱陶瓷导眼13进入储纬器11，按照S捻的方向缠绕5圈后，碳纤维5穿过羊毛刷环，进入出纱陶瓷导眼8内；当碳纤维5从所述出纱陶瓷导眼8内引出后，进入织布机的压纱叉，完成纬纱柔性放纬的全过程。

Claims (3)

1.一种碳纤维织布放纬装置，其特征在于，包括放纱架、张力架和储纬器；其中，放纱架、张力架和储纬器并排安装在同一垂直面上，并且张力架位于放纱架和储纬器之间；所述储纬器中心线与张力机构中张力陶瓷导眼的中心轴线之间在垂直方向的距离a为60cm；所述放纱架中纱筒转轴的中心线与张力机构中这张力陶瓷导眼的中心轴线之间在垂直方向的距离b为30cm；所述张力架10宽度方向的中心线与储纬器上的进纱陶瓷导眼的中心线之间的距离c为50cm；所述张力架宽度方向的中心线与放纱架宽度方向的中心线之间的距离d为50cm；

所述放纱架包括支架，纱筒转轴和2个端板；纱筒转轴固定在支架的上端；2个端板分别安装在纱筒转轴的两端；

所述张力机构包括张力架、张力圈、4根弹力带、张力陶瓷导眼和安装板；张力圈圆周的外切面焊接固定在张力架上的一对支板的上表面；在该张力圈的圆周上均匀分布4个贯通的弹力带安装孔；4根弹力带的一端分别固定在所述弹力带安装孔内，4根弹力带的另一端分别固定在位于安装板上的4个弹力带安装孔内；4根弹力带的预紧力为3N；张力陶瓷导眼粘接在安装板的内孔中；

所述储纬器的进纱端和出纱端分别加装有进纱陶瓷导眼和出纱陶瓷导眼，所述进纱陶瓷导眼粘接在位于安装架上的通孔内，并且该通孔的中心线垂直于所述安装架的表面；出纱陶瓷导眼粘接在储纬器出纱端的出纱孔内。

2.如权利要求1所述碳纤维织布放纬装置，其特征在于，储纬器中的毛刷环采用羊毛刷环。

3.如权利要求1所述碳纤维织布放纬装置，其特征在于，纱轴端板的内孔为台阶孔，该台阶内孔的小孔径端的孔径与纱筒转轴的外径间隙配合；该该台阶内孔的大孔径端内安装有轴承；在纱轴端板一端端面有轴向凸出的纱轴定位套，该纱轴定位套的外表面为锥面；该纱轴定位套的最大外径与纱轴的内径相同。

Images