CN105177792B

CN105177792B - 碳纤维扩展装置

Info

Publication number: CN105177792B
Application number: CN201510673504.4A
Authority: CN
Inventors: 王清亚
Original assignee: Beijing Helixing New Material Technology Co Ltd
Current assignee: TIANJIN ONLYTOP HI-TECH MATERIAL CO., LTD.
Priority date: 2015-10-16
Filing date: 2015-10-16
Publication date: 2018-01-30
Anticipated expiration: 2035-10-16
Also published as: CN105177792A

Abstract

本发明提供一种碳纤维扩展装置，所述碳纤维扩展装置包括扩展辊组，所述扩展辊组包括N个扩展辊，其中，N为大于等于3的奇数，所述扩展辊的外表面沿轴向均匀设置有至少一个导向槽，所述N个扩展辊包括上辊和下辊，所述上辊和所述下辊交替设置在碳纤维束的上方和下方，并且其中，所述上辊分布在同一水平面内，所述下辊分布在同一水平面内。根据本发明的碳纤维扩展装置结构简单，使用方便，碳纤维束在交替地经过上辊和下辊的扩展过程中，不断加宽、变薄，使得碳纤维束扩展后的宽厚均匀适中；而且本发明的碳纤维扩展装置能够调节扩展辊的升降，从而可以根据需要对扩展张力进行调节，满足不同的碳纤维束的扩展要求。

Description

碳纤维扩展装置

技术领域

本发明涉及纤维束扩展技术领域，尤其涉及一种碳纤维扩展装置。

背景技术

碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。碳纤维质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。

随着纤维薄片的发展，碳纤维的扩展也越来越重要。但是现有的技术，能够对碳纤维的扩展过程过于单一，在碳纤维束的扩展过程中，不能够根据需要随时对扩展张力进行调节。

发明内容

本发明旨在解决上面描述的问题。本发明的一个目的是提供一种解决以上问题的碳纤维扩展装置。具体地，本发明提供能够将碳纤维展宽、展薄的碳纤维扩展装置。

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种碳纤维扩展装置，所述碳纤维扩展装置包括扩展辊组，所述扩展辊组包括N个扩展辊，其中，N为大于等于3的奇数，所述扩展辊的外表面沿轴向均匀设置有至少一个导向槽，所述N个扩展辊包括上辊和下辊，所述上辊和所述下辊交替设置在碳纤维束的上方和下方，并且其中，所述上辊分布在同一水平面内，所述下辊分布在同一水平面内。

其中，所述导向槽的表面为曲率半径为R的圆弧面，所述N个扩展辊的导向槽的曲率半径R沿碳纤维束的运行方向以ΔR依次递增。

其中，所述ΔR为30mm～60mm。

其中，第一个所述扩展辊的曲率半径R₁的值是第一个所述扩展辊和第二个所述扩展辊的间隔的值的0.7～1.35倍。

其中，所述N个扩展辊以间隔L等间距设置。

其中，碳纤维束绕过所述下辊形成的包角为α，其中，α的范围为60°～120°。

其中，所述碳纤维扩展装置按照下述方式控制：

F＝k×N/(V×α＇)；其中，F为碳纤维束收到受到的张力，k为常数，N为扩展辊的数量，V为碳纤维束的运行速度，α＇为包角α对应的弧度。

其中，N可以为11，R₁可以为100mm，ΔR可以为35mm～55mm，α可以为100°。

其中，所述N个扩展辊中的第1+2n个扩展辊的底座上设置有升降装置，其中，n为大于等于1的正整数。

其中，所述升降装置包括丝杠、蜗轮和蜗杆，其中，所述丝杠的第一端与所述第1+2n个扩展辊的底座固定连接，所述丝杠与所述蜗轮的中心传动连接，所述蜗轮与所述蜗杆传动连接。

根据本发明的碳纤维扩展装置结构简单，使用方便，碳纤维束在交替地经过上辊和下辊的扩展过程中，不断加宽、变薄，使得碳纤维束扩展后的宽厚均匀适中；而且本发明的碳纤维扩展装置能够调节扩展辊的升降，从而可以根据需要对扩展张力进行调节，满足不同的碳纤维束的扩展要求。

参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本发明的其他特性特征和优点将变得清晰。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示例性地示出了本发明的碳纤维扩展装置的结构的示意图；

图2示例性地示出了扩展辊的一种实施例的结构示意图；

图3示例性地示出了扩展辊的另一种实施例的结构示意图；

图4示例性地示出了升降装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

下面结合附图，对本发明所提供的碳纤维扩展装置进行详细说明。

图1示出了根据本发明的碳纤维扩展装置的结构示意图。参照图1所示，该碳纤维扩展装置100，包括扩展辊组11，扩展辊组11包括N个扩展辊，其中，N为大于等于3的奇数。本发明的碳纤维扩展装置100还包括整理辊组12，整理辊组12水平设置在扩展辊组11之后，扩展辊组11扩展后的碳纤维束经过整理辊组12时，进行整理，使得碳纤维束薄厚宽度分布均匀。

图2示出了扩展辊的一种实施例的结构示意图。参照图2所示，扩展辊的外表面沿轴向均匀设置有至少一个导向槽101，在扩展过程中，碳纤维束位于导向槽101内。

返回参照图1所示，N个扩展辊包括上辊111和下辊112，上辊111和下辊112交替设置在碳纤维束的上方和下方，并且其中，上辊111分布在同一水平面内，下辊112分布在同一水平面内。

图3示出了扩展辊的另一种实施例的结构示意图，在该实施例中，扩展辊的外表面沿轴向均匀设置有两个导向槽101。综合参照图2、图3所示，导向槽101的表面为曲率半径为R的圆弧面。具体地，N个扩展辊的导向槽101的曲率半径R沿碳纤维束的运行方向以ΔR依次递增。其中，ΔR可以为30mm～60mm。

具体地，第一个扩展辊的曲率半径R₁的值是第一个扩展辊和第二个扩展辊的间隔的值的0.7～1.35倍，例如，可以设置为第一个扩展辊的曲率半径R₁的值与第一个扩展辊和第二个扩展辊的间隔距离的值相等。这种设置可以作为整个碳纤维扩展装置100的设置基准，第二个扩展辊及之后的所有扩展辊，其曲率半径R依次递增设置。

返回参照图1所示，N个扩展辊以间隔L等间距设置。其中，碳纤维束绕过下辊形成的包角为α，其中，α的范围可以为60°～120°。包角α的主要设定依据为碳纤维束扩展的目标宽度，其目标宽度越宽，则所需要设定的包角α越小。

本发明所提供的碳纤维扩展装置100按照下述方式控制：

F＝k×N/(V×α＇)

其中，F为碳纤维束受到的张力，k为常数，N为扩展辊的数量，V为碳纤维束的运行速度，α＇为包角α对应的弧度，即α＇＝α×π/180°。

根据本发明的碳纤维扩展装置100，碳纤维束的运行速度V可以为5m/min～20m/min，常数k可以取值12～50，碳纤维束的张力F可以为10N～40N。例如，包角α为100°时，α＇为5π/9，扩展辊组11可以设置有11个扩展辊，常数k取值38.4，碳纤维束的运行速度V设置为7.5m/min时，利用上述公式通过计算可得，碳纤维束的张力F可以为32.27N。

发明人为了验证碳纤维束扩展效果与其扩展过程中的张力F和包角α之间的关系，进行了大量实验。表1示例性地列出了包角α不同时，碳纤维束的扩展张力F、及其扩展效果的对比。

表1碳纤维束扩展效果

由表1可知，在本发明的碳纤维扩展装置100中，碳纤维束的运行速度V相同的情况下，扩展辊的数量N相同时，包角α越小，碳纤维束受到的张力F则越大，其扩展效果相对较好；包角α越大，碳纤维束受到的张力F则越小，其扩展效果相对较差；但是碳纤维束的张力F在扩展辊的数量N越多的情况下越大，其扩展效果也相对较好。

具体地，在本实施例中，N为11，R₁为100mm，ΔR为35mm～55mm，α为100°。

为了达到碳纤维束的目标扩展宽度，以便调整包角α的大小，在N个扩展辊中的第1+2n个扩展辊的底座上设置有升降装置13，其中，n为大于等于1的正整数。

图4示出了升降装置13的结构示意图，参照图4所示，升降装置13包括丝杠131、蜗轮132和蜗杆133，其中，丝杠131的第一端1311与第1+2n个扩展辊110的底座固定连接，丝杠131与蜗轮132的中心传动连接，蜗轮132与蜗杆133传动连接。

当扩展碳纤维束的过程中，需要扩展张力增大时，调节蜗杆133，使涡轮132旋转过程中使得丝杠131下降，减小包角α；反之，则反方向调节蜗杆133，使得丝杠131上升，增大包角α。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种碳纤维扩展装置(100)，其特征在于，所述碳纤维扩展装置(100)包括扩展辊组(11)，所述扩展辊组(11)包括N个扩展辊，其中，N为大于等于3的奇数，所述扩展辊的外表面沿轴向均匀设置有至少一个导向槽(101)，所述N个扩展辊包括上辊(111)和下辊(112)，所述上辊(111)和所述下辊(112)交替设置在碳纤维束的上方和下方，并且其中，所述上辊(111)分布在同一水平面内，所述下辊(112)分布在同一水平面内；

所述导向槽(101)的表面为曲率半径为R的圆弧面，所述N个扩展辊的导向槽(101)的曲率半径R沿碳纤维束的运行方向以ΔR依次递增；

第一个所述扩展辊的曲率半径R1的值是第一个所述扩展辊和第二个所述扩展辊的间隔的值的0.7～1.35倍；

碳纤维束绕过所述下辊(112)形成的包角为α，其中，α的范围为60°～120°；

所述碳纤维扩展装置(100)按照下述方式控制：

F＝k×N/(V×α＇)

其中，F为碳纤维束受到的张力，k为常数，N为扩展辊的数量，V为碳纤维束的运行速度，α＇为包角α对应的弧度。

2.如权利要求1所述的碳纤维扩展装置(100)，其特征在于，所述ΔR为30mm～60mm。

3.如权利要求1所述的碳纤维扩展装置(100)，其特征在于，所述N个扩展辊以间隔L等间距设置。

4.如权利要求1所述的碳纤维扩展装置(100)，其特征在于，N为11，R1为100mm，ΔR为35mm～55mm，α为100°。

5.如权利要求1所述的碳纤维扩展装置(100)，其特征在于，所述N个扩展辊中的第1+2n个扩展辊(110)的底座上设置有升降装置(13)，其中，n为大于等于1的正整数。

6.如权利要求5所述的碳纤维扩展装置(100)，其特征在于，所述升降装置(13)包括丝杠(131)、蜗轮(132)和蜗杆(133)，其中，所述丝杠(131)的第一端(1311)与所述第1+2n个扩展辊(110)的底座固定连接，所述丝杠(131)与所述蜗轮(132)的中心传动连接，所述蜗轮(132)与所述蜗杆(133)传动连接。