CN104386536B - 一种易脆断弱强纤维退绕层叠方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种易脆断弱强纤维退绕层叠方法及其设备，属于纤维结构制造技术设备领域。所述退绕层叠设备，包括立柱(1)、转动轴(2)、卷绕头(3)、控制器(4)、纠偏传感器(5)、气流集束器(6)、托盘(7)和底座(8)；所述立柱(1)垂直固定于所述底座(8)上；所述托盘(7)被水平设置在所述底座(8)上，所述托盘(7)底部设有旋转滑动机构(9)，所述托盘(7)正上方设有所述气流集束器(6)；所述控制器(4)和所述纠偏传感器(5)被设置在所述立柱(1)中部；所述卷绕头(3)嵌套于所述转动轴(2)上，被水平设置在所述立柱(1)上部，且位于所述气流集束器(6)正上方，相对于所述立柱(1)上部的所述转动轴(2)的另一端设有所述退绕驱动单元(10)。将紧密卷绕单束纤维自动回落均匀平铺在金属托盘中，增加纤维之间的空隙，并使得纤维层叠整体成圆柱几何体形状，本发明创造性地采用纠偏传感器和电机驱动单元实现单束纤维回落速度及位置恒定避免该种纤维束损伤，从而减少纤维起毛断丝。

Description

一种易脆断弱强纤维退绕层叠方法及其设备

技术领域

本发明涉及一种易脆断弱强纤维退绕层叠方法及其设备，属于纤维结构制造技术设备领域。

背景技术

在先驱体法制备高性能陶瓷纤维的过程，有一个起到“承上启下”的关键步骤，即将有机易脆断低强度的纤维转变为不溶不熔的网格纤维结构，方可将之热处理变成陶瓷纤维。此过程为剧烈放热。为了保证纤维受热均匀，需要将紧密卷绕单束纤维之间存在足够的空隙，便于热量传导。而通常将其卷绕单束纤维自由回落特制的转盘中，由于纤维束铺排形状不规整，成堆方式杂乱，使得纤维材料整体受热不均匀，影响局部单根纤维材料性能品质。如果纤维堆成规整的柱状几何体，就可以让纤维材料容易受热均匀，提高纤维材料的性能品质。

在生产加工纤维材料过程中，有对纤维材料堆加热氧化工序，特别是在氧化中期，各种化学反应的程度最为剧烈，这一阶段的反应进程将在很大程度上决定纤维内部耐热结构的数量。如果采用人工进行落丝，纤维堆放杂乱不规整影响纤维材料受热。当化学反应程度过低时，则纤维的结构规整度也偏低，证明纤维内生成的耐热结构数量过少，这样可能造成后续高温处理中过量分子链的断裂，给纤维引入过多缺陷。

本发明创造地根据传感器对单根纤维下落状态跟踪信号，由微电脑可编程控制电机转动和移动速度，使得单根纤维回旋盘绕平铺在金属转盘中，并且一层一层间隙堆叠成规整的柱状几何体。在单根纤维下落位置设置气流集束器，利用气压对纤维施加向下的拉伸力，让单根纤维可以克服摩擦力和粘连顺利地落入金属转盘中。在单根纤维下落过程中，位置纠偏传感器会及时监控单根纤维下落位置，始终保持单根纤维恒定置于气流集束器中。经过导向处理后，纤维可以规整一圈叠一圈平铺金属转盘中，便于二次整理和受热充分均匀。

发明内容

本发明通过单根纤维落丝回绕盘卷均匀平铺在金属托盘中，增加纤维之间的空隙，并使得纤维层叠整体成规则圆柱几何体形状，另外还设置气流集束器利用气压牵引纤维克服纤维卷的摩擦力落到金属转盘中。本发明创造采用纠偏传感器和电机驱动单元实现单根纤维落丝速度及位置恒定，减少纤维起毛断丝。

本发明公开了一种用于易脆断弱强纤维退绕层叠的设备，包括立柱、转动轴、卷绕头、控制器、纠偏传感器、气流集束器、托盘和底座；所述立柱垂直固定于所述底座上；所述托盘被水平设置在所述底座上，所述托盘底部设有旋转滑动机构，所述托盘正上方设有所述气流集束器；所述控制器和所述纠偏传感器被设置在所述立柱中部；所述卷绕头嵌套于所述转动轴上，且被水平设置在所述立柱上部，且位于所述气流集束器正上方，相对于所述立柱上部的所述转动轴的另一端设有所述退绕驱动单元；其中所述控制器通过信号线分别连接所述退绕驱动单元、所述纠偏传感器和所述旋转滑动机构。

优选，所述易脆断弱强纤维是指强度低于5Mpa的纤维。

优选，所述退绕驱动单元由X轴方向往复滑动电机、Y轴方向往复滑动电机和1个双向旋转电机组成。

优选，所述旋转滑动机构由X轴方向往复滑动电机、Y轴方向往复滑动电机和1个双向旋转电机组成。

优选，所述卷绕头为塑料材质或者不绣钢材质。

本发明还提供一种使用如上述所述的设备进行对易脆断弱强纤维退绕层叠的方法，包括如下步骤，

由所述卷绕头的纤维丝筒头间距和退绕速度运算获取导丝辊转速、纠偏速度及动态纠偏量参数；

X轴方向和Y轴方向插补运行速度参数匹配于退绕纤维丝速度参数，且所述X轴方向和Y轴方向插补运行速度参数由所述控制器根据退绕纤维丝速度、纤维丝绕圈直径和X轴方向、Y轴方向叠加间距计算得出；

对退绕线速度进行计算生成托盘转速参数；

所述控制器读取所述托盘转速参数进行控制和运算，得出退绕转速、往复速度和往复行程；

其中所述控制器通过所述纠偏传感器信号控制单根纤维丝以恒定下落位置穿过所述气流集束器通道，回旋绕圈均匀平铺在托盘中，并且堆叠成几何体。

优选，所述气流集束器对单根纤维丝施加0.1-0.8兆帕压强牵引。更优选所述气流集束器对单根纤维束施加0.5-0.6兆帕压强牵引。

优选，所述纤维丝为连续的各种陶瓷纤维的原丝如聚碳硅烷系列纤维，沥青纤维，淤浆法的Al₂O₃(三氧化二铝)原丝等各种易断弱强纤维。

优选，所述几何体为规则的圆柱状几何体。

优选，所述托盘为不锈钢丝平底托盘、陶瓷托盘或者碳质托盘等。

用于易脆断弱强纤维退绕层叠的设备，包括立柱、转动轴、卷绕头、控制器、纠偏传感器、气流集束器、托盘和底座；由卷绕头的纤维丝筒头间距和退绕速度运算获取导丝辊转速、纠偏速度及动态纠偏量参数；X轴方向和Y轴方向插补运行速度参数匹配于退绕纤维丝速度参数，由控制器根据退绕纤维丝速度、纤维丝绕圈直径和X轴方向、Y轴方向叠加间距计算得出；对退绕线速度进行计算生成托盘转速参数；控制器读取所述参数进行控制和运算，得出退绕转速、往复速度和往复行程；其中控制器通过纠偏传感器信号控制单根纤维束以恒定下落位置穿过气流集束器通道，回旋绕圈均匀平铺在托盘中，并且堆叠成有规则的几何体状。

上述气流集束器对单根纤维束施加0.1-0.8兆帕压强牵引。纤维丝为连续性的陶纤维或者碳纤维及其它连续纤维。柱状几何体为规则的圆柱状几何体。托盘为不锈钢丝平底托盘。

由控制器作为主控制单元，进行控制和运算，触摸屏作为人机交互界面，实时对工艺参数进行修改，伺服电机作为执行单元，完成相关机械动作。由触控屏将相关的卷绕参数输入至控制器，通过控制器进行处理，得出退绕转速，往复速度，往复行程等数据，输出对应的脉冲信号给伺服电机，完成退绕动作；托盘转速是对退绕线速度进行计算得出，通过转盘变频器中实现速度同步。控制点匹配运算，保持线速度一致，避免摩擦造成断丝。

本发明取得的有益效果：本发明公开了一种易脆断弱强纤维退绕层叠方法及其设备，具有精度高，噪音低，速度同步无相对摩擦，工业铝材机架连接稳固，整体外观美观简洁特点。该装置机构结构设计精巧，安装简洁，转动平稳，保持丝处于垂直下落状态落入托盘中，退绕过程中人工操作简洁，无需定人值守，一人可以值守多台设备，大大减少用工。丝在退绕下落的过程中，采用导丝装置，避免了缠绕断丝现象，达到退绕不断丝，摆放要均匀效果，增加超程保护光电进行保护后，转为人工处理保持了丝的原有品质。

附图说明

图1是本发明用于易脆断弱强纤维退绕层叠的设备结构组成示意图。其中有：立柱1，转动轴2，卷绕头3，控制器4，纠偏传感器5，气流集束器6，托盘7，底座8，旋转滑动机构9，退绕驱动单元10，信号线11，单根纤维丝12。

图2是本发明的纤维退绕堆叠摆放示意图。

具体实施方式

下面对本发明的所述设备和方法详细描述如下：图1所示，本发明的用于易脆断弱强纤维退绕层叠的设备，包括立柱1、转动轴2、卷绕头3、控制器4、纠偏传感器5、气流集束器6、托盘7和底座8；所述立柱1垂直固定于所述底座8上；所述托盘7被水平设置在所述底座8上，所述托盘7底部设有旋转滑动机构9，所述托盘7正上方设有所述气流集束器6；所述控制器4和所述纠偏传感器5被设置在所述立柱1中部；所述卷绕头3嵌套于所述转动轴2上，且被水平设置在所述立柱1上部，且位于所述气流集束器6正上方，相对于所述立柱1上部的所述转动轴2的另一端设有所述退绕驱动单元10；其中所述控制器4通过信号线分别连接所述退绕驱动单元10、所述纠偏传感器5和所述旋转滑动机构9。

退绕驱动单元由X轴方向往复滑动电机、Y轴方向往复滑动电机和1个双向旋转电机组成。

旋转滑动机构由X轴方向往复滑动电机、Y轴方向往复滑动电机和1个双向旋转电机组成。

本发明的易脆断弱强纤维退绕层叠方法如下：

由卷绕头的纤维丝筒头间距和退绕速度运算获取导丝辊转速、纠偏速度及动态纠偏量参数；

X轴方向和Y轴方向插补运行速度参数匹配于退绕纤维丝速度参数，由控制器根据退绕纤维丝速度、纤维丝绕圈直径和X轴方向、Y轴方向叠加间距计算得出；

对退绕线速度进行计算生成托盘转速参数；

控制器读取所述参数进行控制和运算，得出退绕转速、往复速度和往复行程；

其中控制器通过纠偏传感器信号控制单根纤维束以恒定下落位置穿过气流集束器通道，回旋绕圈均匀平铺在托盘中，并且堆叠成几何体状。

上述气流集束器对单根纤维束施加0.1-0.8兆帕压强牵引。纤维丝为连续的各种陶瓷纤维的原丝如聚碳硅烷系列纤维，沥青纤维，淤浆法的Al2O3原丝等各种易断弱强纤维。柱状几何体为规则的圆柱状几何体。托盘为不锈钢丝平底托盘、陶瓷托盘或者碳质托盘等。

图2所示，本发明的纤维退绕堆叠摆放示意图，整体外观美观简洁，无缠绕断丝现象，且退绕不断丝，摆放均匀，保持了丝的原有品质。

下面是本发明的具体实施例来进一步描述：

实施例1：

一种使用本发明所述的设备进行对易脆断弱强纤维退绕层叠的方法，包括如下步骤，由卷绕头3的纤维丝筒头间距和退绕速度运算获取导丝辊转速、纠偏速度及动态纠偏量参数；X轴方向和Y轴方向插补运行速度参数匹配于退绕纤维丝速度参数，且所述X轴方向和Y轴方向插补运行速度参数由所述控制器4根据退绕纤维丝速度、纤维丝绕圈直径和X轴方向、Y轴方向叠加间距计算得出；

对退绕线速度进行计算生成托盘转速参数；所述控制器4读取所述托盘转速参数进行控制和运算，得出退绕转速、往复速度和往复行程；其中所述控制器4通过所述纠偏传感器5信号控制单根纤维丝以恒定下落位置穿过所述气流集束器6通道，回旋绕圈均匀平铺在托盘中，并且堆叠成几何体。所述卷绕头为不绣钢材质，气流集束器对单根纤维丝施加0.1兆帕压强牵引。所述纤维丝为连续性的淤浆法的Al2O3原丝，纤维丝长1千米。所述几何体为规则的圆柱状几何体。所述托盘为不锈钢丝平底托盘。

实施例2：

所述纤维丝长2千米，卷绕头为塑料材质。上述气流集束器对单根纤维丝施加0.5兆帕压强牵引，纤维丝为碳纤维聚碳硅烷系列纤维，托盘为陶瓷托盘等。其它同实施例1。

实施例3：

所述纤维丝长3千米，卷绕头为塑料材质。上述气流集束器对单根纤维丝施加0.8兆帕压强牵引，纤维丝为沥青纤维，托盘为碳质托盘。其它同实施例1。

Claims (8)

1.一种用于易脆断弱强纤维退绕层叠的设备，包括立柱(1)、转动轴(2)、卷绕头(3)、控制器(4)、纠偏传感器(5)、气流集束器(6)、托盘(7)和底座(8)；所述立柱(1)垂直固定于所述底座(8)上；所述托盘(7)被水平设置在所述底座(8)上，所述托盘(7)底部设有旋转滑动机构(9)，所述托盘(7)正上方设有所述气流集束器(6)：所述控制器(4)和所述纠偏传感器(5)被设置在所述立柱(1)中部；所述卷绕头(3)嵌套于所述转动轴(2)上，且被水平设置在所述立柱(1)上部，且位于所述气流集束器(6)正上方，相对于所述立柱(1)上部的所述转动轴(2)的另一端设有退绕驱动单元(10)；其中所述控制器(4)通过信号线分别连接所述退绕驱动单元(10)、所述纠偏传感器(5)和所述旋转滑动机构(9)；所述易脆断弱强纤维是指强度低于5Mpa的纤维。

2.如权利要求1所述用于易脆断弱强纤维退绕层叠的设备，其特征在于：所述退绕驱动单元(10)由X轴方向往复滑动电机、Y轴方向往复滑动电机和1个双向旋转电机组成。

3.如权利要求1或2所述用于易脆断弱强纤维退绕层叠的设备，其特征在于：所述旋转滑动机构(9)由X轴方向往复滑动电机、Y轴方向往复滑动电机和1个双向旋转电机组成。

4.如权利要求3所述用于易脆断弱强纤维退绕层叠的设备，其特征在于：所述卷绕头(3)为塑料材质或者不绣钢材质。

5.一种使用权利要求1-4任一项所述的设备进行对易脆断弱强纤维退绕层叠的方法，其特征在于：包括如下步骤，

由所述卷绕头(3)的纤维丝的筒头间距和退绕速度运算获取导丝辊转速、纠偏速度及动态纠偏量参数；

X轴方向和Y轴方向插补运行速度参数匹配于退绕纤维丝速度参数，且所述X轴方向和Y轴方向插补运行速度参数由所述控制器(4)根据退绕纤维丝速度、纤维丝绕圈直径和X轴方向、Y轴方向叠加间距计算得出；

对退绕线速度进行计算生成托盘转速参数；

所述控制器(4)读取所述托盘转速参数进行控制和运算，得出退绕转速、往复速度和往复行程；

其中所述控制器(4)通过所述纠偏传感器(5)信号控制单根纤维束以恒定下落位置穿过所述气流集束器(6)通道，回旋绕圈均匀平铺在托盘中，并且堆叠成几何体。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述气流集束器(6)对单根纤维束施加0.1-0.8兆帕压强牵引。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述纤维丝为连续的聚碳硅烷系列纤维、沥青纤维或者淤浆法的Al₂O₃原丝。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述几何体为规则的圆柱状几何体；所述托盘为不锈钢丝平底托盘、陶瓷托盘或者碳质托盘；所述气流集束器(6)对单根纤维束施加0.5-0.6兆帕压强牵引。