CN103668625A - 一种提升纤维增强复合材料力学性能的纤维纱合股装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种提升纤维增强复合材料力学性能的纤维原丝合股装置及合股方法，其中合股装置包括放丝架，在放丝架上设置两个以上的原丝筒；合股轮，沿整个轮周有原丝合股的同心圆凹槽；以及阻尼型张力控制装置，阻尼型张力控制装置包括张力控制轮和压紧轮，所述张力控制轮包括阻尼控制装置和张力轮，所述的阻尼控制装置与张力轮的轮轴连接用于控制张力轮的转速，所述的压紧轮可调节的作用在位于张力轮表面上的原丝。本发明纤维原丝合股实现方法结构简单、操作方便，突破了多根纤维原丝合股时产生部分纤维起捻、长短不一的瓶颈，解决纤维原丝合股后由于内部纤维起捻和长短不一而造成的合股纱内各根纤维共同受力工作性能差的问题。

Description

一种提升纤维增强复合材料力学性能的纤维纱合股装置及方法

技术领域

本发明涉及一种提升纤维增强复合材料力学性能的工艺装置及方法，尤其涉及一种保证合股前纤维原丝长度一致性的具有阻尼型张力控制装置的合股装置及方法。

背景技术

纤维增强复合材料以其轻质高强、耐腐蚀等优良特性在土建交通、能源环境基础设施，航空、体育用品等领域得到大量应用。纤维增强复合材料的力学性能由纤维、基体和两者界面共同决定，其中因纤维为主要增强材料，其力学性能的高低和受力的均匀性将主导纤维增强复合材料的整体力学性能。纤维增强复合材料一般由多束纤维无捻粗纱通过合股，再经过拉挤、缠绕、模压等工艺形成。

无捻粗纱是由多根纤维原丝经合股工艺制备而成，是复合材料中纤维产品的基本品种之一。合股纱由多束无捻粗纱组成，作为复合材料成型的直接原材料，保证合股纱综合性能的均匀和稳定，是提高纤维增强复合材料产品质量首当其冲需要引以重视的问题。

纤维原丝的合股工艺本身并不复杂，但不同的合股工艺引起的合股纱质量却参差不齐。传统合股工艺的主要问题发生在从原丝筒抽丝的过程中，抽丝会不可避免地引起纤维原丝跳动，当抽丝速度特别快时，合股后纤维原丝的成捻现象就显得尤为严重，同时由于各股粗纱抽丝速度不能保证完全一致，在合股过程中容易造成部分纤维在合股时弯曲现象。上述问题将直接导致成型后的复合材料中纤维不能有效同步受力或存在过多初始缺陷，从而降低复合材料的整体性能。现有合股纱制备工艺普遍采用滑动摩擦型张力器解决上述问题，具体做法是让纤维原丝穿过上下交错的两排圆柱形竹管，通过纤维原丝与竹管之间产生的滑动摩擦力绷紧纤维原丝，最终达到在合股前拉直纤维原丝的目的。为了尽可能使纤维原丝绷紧，实际生产中采取固定竹管的措施以达到增大纤维原丝中张力的目的。这无形中增大了纤维原丝与竹管的接触面面积，纤维原丝在高速抽丝过程中受到了极大的滑动摩擦力，极易引起纤维表面的磨损，纤维表面一旦受损产生缺陷，合股纱的产品质量将受到严重影响，最终也将引起纤维增强复合材料产品的质量缺陷。同时，利用滑动摩擦实现均匀合股的方法为被动控制方法，在保证各股纱合股速度一致方面仍存在潜在缺陷。

发明内容

发明目的：本发明针对现有合股纱制备工艺中纤维原丝易起捻、长短不一等问题，提供一种可以在合股前根据设计要求控制纤维原丝中所受张力大小进而保证合股纱中纤维原丝长度一致性的合股装置及方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种提升纤维增强复合材料力学性能的纤维原丝合股装置，其特征在于，包括：

放丝架，在放丝架上设置两个以上的原丝筒；

合股轮，沿整个轮周有原丝合股的同心圆凹槽；

以及阻尼型张力控制装置，该阻尼型张力控制装置位于所述的放丝架与合股轮之间且与所述的原丝筒的数量相同；阻尼型张力控制装置包括张力控制轮和压紧轮，所述张力控制轮包括阻尼控制装置和张力轮，所述的阻尼控制装置与张力轮的轮轴连接用于控制张力轮的转速，所述的压紧轮可调节的作用在位于张力轮表面上的原丝。

在所述的张力轮上设置有原丝槽，在所述的压紧轮上设置有与所述原丝槽对应的压紧环。

一种提升纤维增强复合材料力学性能的纤维原丝合股方法，各根纤维原丝分别从原丝筒中抽出后进入相应的阻尼型张力控制装置，压紧轮辅助张力控制轮压紧纤维原丝，调整阻尼控制装置的阻尼参数，使各纤维原丝中的张力达到一致，最后进入合股轮，制得合股纱。

有益效果：本发明的用于保证合股前纤维原丝长度一致性的阻尼型张力控制装置，在控制各根纤维原丝长度一致性上与传统的滑动摩擦型张力器相比，具有如下优点：

(1)在绷紧纤维原丝的技术上，本发明将滑动摩擦型张力器中纤维原丝所受到的滑动摩擦力变为滚动摩擦力，这能够极大减小合股纱制备过程中合股装置对纤维原丝的磨损。

(2)通过调整张力控制轮中的阻尼大小使每根纤维原丝在合股前受到大小相同的张力，进而保证纤维原丝在合股前长度一致性。本发明能有效提高合股纱质量并能够有效提升合股纱产品的综合性能稳定性。进一步的，提高合股纱质量能够有效改善纤维增强复合材料产品由于合股纱内纤维长短不一引起的力学性能不稳定、离散性大等问题。

因此本发明可以有效实现合股纱制备工艺中对纤维原丝长度一致性的控制。

附图说明

图1为本发明合股装置的结构示意图。

图2为带有阻尼控制装置的张力控制轮示意图。

图3为合股轮装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

实施例：请参阅图1、图2和图3。图1为本发明的用于保证合股前纤维原丝长度一致性的阻尼型张力控制装置结构示意图，包括原丝筒100、张力控制轮200、压紧轮300及合股轮400。每根纤维原丝从原丝筒中抽出后分别进入相应的张力控制装置，张力控制装置包括张力控制轮200和压紧轮300上下两个部分；通过调整阻尼控制装置的阻尼参数，使各纤维原丝中受到大小一致的张力，最后进入合股轮400合股，制得合股纱500。

图2为带有阻尼控制装置的张力控制轮200示意图，张力控制轮由阻尼控制装置1和张力轮2两部分组成：其中阻尼控制装置1选用电磁阻尼器或其他类型的阻尼器，通过电磁阻尼器设定不同的阻尼参数，在纤维带动张力轮转动的同时，控制张力轮2阻力的大小，保证合股纱中各纤维的平行度一致。

图3为合股轮装置示意图，合股轮400沿整个轮周有同心圆凹槽，多根纤维原丝沿合股轮凹槽进行合股。

实施效果：

制备6mm玄武岩纤维增强复合材料筋材（复合筋），采用1200tex玄武岩纤维无捻粗纱通过拉挤工艺制备。有无采用本发明技术工艺，测得的强度指标差别如表1所示。

表1

从表中可以看出，采用本工艺后，玄武岩纤维复合筋的强度和弹性模量都得到了明显提高，分别提高11.37%和10.61%，同时强度的稳定性也得到显著改善，变异系数从3.6%降到1.7%。该实施效果说明本发明工艺能有效改进制备纤维纱的合股工艺，进而提升纤维增强复合材料的力学性能。

Claims (3)

1.一种提升纤维增强复合材料力学性能的纤维原丝合股装置，其特征在于，包括：

放丝架，在放丝架上设置两个以上的原丝筒（100）；

合股轮（400），沿整个轮周有原丝合股的同心圆凹槽；

以及阻尼型张力控制装置，该阻尼型张力控制装置位于所述的放丝架与合股轮之间且与所述的原丝筒（100）的数量相同；阻尼型张力控制装置包括张力控制轮（200）和压紧轮（300），所述张力控制轮（200）包括阻尼控制装置（1）和张力轮（2），所述的阻尼控制装置（1）与张力轮（2）的轮轴连接用于控制张力轮（2）的转速，所述的压紧轮（300）可调节的作用在位于张力轮（2）表面上的原丝。

2.根据权利要求1所述的合股装置，其特征在于：在所述的张力轮（2）上设置有原丝槽，在所述的压紧轮（300）上设置有与所述原丝槽对应的压紧环。

3.一种基于权利要求1所述提升纤维增强复合材料力学性能的纤维原丝合股装置的合股方法，其特征在于：

各根纤维原丝分别从原丝筒（100）中抽出后进入相应的阻尼型张力控制装置，压紧轮（300）辅助张力控制轮（200）压紧纤维原丝，调整阻尼控制装置（1）的阻尼参数，使各纤维原丝中的张力达到一致，最后进入合股轮（400），制得合股纱（500）。

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