CN103614833A - 一种连续功能纤维束气流分散和成型方法及其设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种连续功能纤维束气流分散和成型方法及其设备，包括以下几个步骤：通过高速气流膨化器让高速气流通过膨化器喷嘴连续吹喷功能纤维长纱束，将每根单纱充分分离成单丝状态。调整吹喷速度为20-50米/秒，吹喷角度为15°-75°，可制成两种基本类型的膨体纱，即膨松型和螺旋型。采用较粗、含气孔较多的膨体纱进行编织，可极大地提高编织效率，大大降低编织成本，对纤维的损伤也减小。采用连续功能纤维束分散进行粗编，是实现规模化、批量化生产的有效方法之一。连续功能纤维预制胚体制作工艺简单，可成型大尺寸件，能降低生产成本，缩短产品生产周期。
Description
技术领域：
本发明涉及一种功能纤维束分散和成型方法及其设备，具体地说是一种利用高速气流通过膨化器连续吹喷功能纤维束而形成膨体纱的方法。
背景技术：
连续功能纤维长纱束、短切纱及其纤维制品为国防、民用建设发挥了巨大的作用。但是，连续功能纤维长纱束及其制品在很多工程应用中存在一定的缺陷，没能发挥出每一根单纱的特性优势。一般地，在成纱工艺中需要通过浸润剂或上浆剂把各单纱集合成束纱，束纱表面含有一定的浸润剂，在复合过程中，树脂或其它基体仅大部分包覆在束纱外面，树脂或其它基体不能与每根纤维形成包覆界面，在材料的内部容易形成孔洞性缺陷；在松散型纤维网或纤维絮大量应用的隔热、过滤、吸附、隔音、吸波、耐腐蚀等柔性材料领域，需要将纤维进行充分开松，以发挥每根单纱纤维的功能特性；成型厚度受限制。只需要进行简单地开松和梳理，即可制成单纱分散状的短切纤维网或纤维絮。
杭州萧山天成机械有限公司生产提供玻璃纤维膨体纱机设备，用于膨体纱的生产。高速气流膨化器为设备中的一个关键部件。该设备用于玻璃纤维膨体纱生产的，市场有售，但不能直接用于碳纤维膨体纱的生产。在通用产品中，玻璃纤维丝较脆硬，丝束中断头较多，浸润剂用量较多。碳纤维丝相对较细较软，丝束中断头较少，浸润剂用量较少。由于玻璃纤维和碳纤维性质的不同，气流过小，达不到膨体纱的效果，而气流过大，又会损伤纤维。原装置结构中气流与丝束同时进入一个圆柱形膨化器中。没有设定专门的气流通道，也没有对气流吹喷纤维丝束的角度、方向进行设计，因此经常会出现堵塞输出口、纱线局部膨大的现象。
连续功能纤维束气流分散方法是一种物理分散方法，不会像化学方法处理纤维法造成对纤维的表面损伤和性能下降。这种膨体纱每根单纱呈松式分离状态，连续功能纤维束分散具有较高的气孔率，通过不同角度的编织、叠层等成型设计，可有效控制气孔的形状和尺寸大小，这对柔性过滤材料、吸附材料等非常有效；连续功能纤维束分散还是很好的填充材料，比短纤维或晶须的填充性能更好，可广泛应用于夹芯结构；连续功能纤维束分散还可应用于功能性目的如隔热、吸附、吸收等。与短切纤维毡工艺相比，连续功能纤维束分散的可成型性能较好，其纤维预制胚体具有一定的力学承载能力，是膨松功能纤维毯及各种结构纤维预制体成型的基础原材料之一。在柔性功能材料中可有效发挥功能纤维的性能特点，可在隔热材料、密封材料、过滤材料、吸附材料、隔音材料、吸波材料、耐腐蚀材料等领域有效发挥功能性作用。
由于连续功能纤维束分散具有一定的力学承载能力，对于像过滤材料、吸附材料等行业，通过清洗可进行重复使用；利用连续功能纤维束分散制作出的纤维预制体，构件的尺寸更大，成型更简单；利用连续功能纤维束分散制作二维和三维编预制体的成型效率更高；利用连续功能纤维束分散可织造成膨松式毯，可用作保温隔热材料或纤维预制体片材。可用于柔性过滤材料、吸附材料等。
发明内容：
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种功能纤维束分散和成型方法，即通过膨化器中高速气流吹喷法直接由连续功能纤维制成膨体纱的方法。
一种连续功能纤维束气流分散方法,包括以下几个步骤：
（1）通过高速气流膨化器让高速气流通过膨化器喷嘴连续吹喷功能纤维长纱束，将每根单纱充分分离成单丝状态。
（2）调整吹喷速度为20-50米/秒，吹喷角度为15°-75°，可制成两种基本类型的膨体纱，即膨松型和螺旋型。
所述高速气流膨化器由膨化器外壳和设置在内部的通道组成，膨化器外壳上设置导气孔。所述导气孔角度为15°-75°。通道的直径在8mm～15mm，导气孔直径范围在2mm～5mm。
为了解决上述问题，并且保证尽量不损伤纤维，本装置通过膨化器的结构优化设计，专门设计出了气流通道，并预留出了吹喷角度（15°-75°），如图2中的6和7，使得气流吹入方向、角度最佳，能实现膨体纱连续化顺畅输出。不会出现堵塞输出口的现象。通过调节气流吹喷流量大小，使之产生一定频率波动，本膨化器可实现螺旋式膨体纱输出。本装置是在原有技术上的改进，研制出了既适用于碳纤维又适用于玻璃纤维的膨体纱膨化器。
高速气流膨化器生产膨体纱的控制参数为：
膨体纱细度：60-5000Tex；
膨体纱形状：毛条型或螺旋型；
纱线常规喂入比例：30%；
花式纱线喂入比例：50%；
纱筒内径：80mm-100mm指空筒管的内径；
最大满筒直径：420mm；指纱线卷绕满筒时的直径。这两种直径都可直接测量；
筒纱长度：250mm-350mm；
出纱速度：2000mm/min-8000mm/min；
气压：1MPa。
所述连续纤维束为碳纤维或玻璃纤维或碳化硅纤维或玄武岩纤维。
通过对连续功能纤维膨体纱进行切断，可以制成单纱分散状的短切纤维网或纤维絮。
有益效果：
在这种膨体纱中每根单纱分离，膨体纱含有一定的气孔率（20-95%），可通过对膨体纱的结构设计得到不同规格的膨体纱，如纤维膨体部分高度、纤维堆积密度等。采用本发明技术可在隔热材料、密封材料、过滤材料、吸附材料、隔音材料、吸波材料、耐腐蚀材料等柔性功能材料领域有效发挥重要作用。采用本发明技术所制成的纤维预制体，可直接进入CVD工艺，且预制体不会发生变形，易渗碳易沉积，可得到高致密性、结构均匀的复合材料。
利用连续功能纤维如玻璃纤维、碳纤维等进行的精细编织，费工耗时，编织成本高，纤维损伤较大。为彻底改变这一现状，采用较粗、含气孔较多的膨体纱进行编织，可极大地提高编织效率，大大降低编织成本，对纤维的损伤也减小。采用连续功能纤维束分散进行粗编，是实现规模化、批量化生产的有效方法之一。通过适当调整纱和织物的一些结构参数，在保证应用安全的前提下，使编织预制件的各项性能指标不至于下降很多，已满足应用为原则。连续功能纤维预制胚体制作工艺简单，可成型大尺寸件，能降低生产成本，缩短产品生产周期。
附图说明：
图1为本发明设备的示意图
图中，1-膨体纱2-高速气流膨化器3-连续功能纤维束4-长纱束筒；
图2为膨化器
图中，5-膨化器外形6、7-导气孔8-连续功能纤维束9-膨体纱；
图3为改造前玻璃纤维膨体纱机设备装置结构图。
具体实施方式：
(1)通过高速气流膨化器让高速气流连续吹喷功能纤维长纱束，通过控制膨化器气流速度和吹喷方向使每根单纱充分分离，形成膨松状或螺旋状的连续纤维丝束。
(2)通过调整吹喷速度和吹喷角度，可制成两种基本类型的膨体纱，即膨松型和螺旋型。通过调节改变流入通气孔的气流量大小，可实现不同规格膨体纱的制备；通过设计导气孔角度在15°～75°之间变化，可加工出不同角度的膨化器以供选择，通过参数优选，可实现膨松型和螺旋型膨体纱的制备。
(3)通过横向拉伸,使连续纤维束分散在横向延展，使连续纤维束分散变薄、变宽，同时维持纤维均匀分布，形成长纱扁平纱。
(4)将工序(3)中形成的长纱扁平纱进行往复式导纱，做交错铺层并缠绕成筒子纱备用。
(5)膨体纱、芯纱和固结纱三种纱均为相同材质的功能纤维。
Claims (4)
1.一种连续功能纤维束气流分散和成型方法，包括以下步骤：
通过高速气流膨化器让高速气流通过膨化器喷嘴连续吹喷功能纤维长纱束，将每根单纱充分分离成单丝状态；
调整吹喷速度为20-50米/秒，吹喷角度为15°-75°，可制成两种基本类型的膨体纱，即膨松型和螺旋型。
2.根据权利要求1所述的一种连续功能纤维束气流分散和成型方法，其特征在于，所述高速气流膨化器生产膨体纱的控制参数为：
膨体纱细度：60-5000Tex；
膨体纱形状：毛条型或螺旋型；
纱线常规喂入比例：30%；
花式纱线喂入比例：50%；
纱筒内径：80mm-100mm；
最大满筒直径：小于420mm；
筒纱长度：250mm-350mm；
出纱速度：2000mm/min-8000mm/min；
气压：1MPa。
3.一种用于权利要求1所述连续功能纤维束气流分散和成型方法的高速气流膨化器，其特征在于，所述高速气流膨化器由膨化器外壳和设置在内部的通道组成，膨化器外壳上设置导气孔。
4.根据权利要求3所述的高速气流膨化器，其特征在于，所述导气孔角度为15°-75°；通道的直径在8mm～15mm，导气孔直径范围在2mm～5mm。
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