CN106182823B - 纤维束打开设备 - Google Patents

Abstract

一种纤维束打开设备，包括水平振动装置，该水平振动装置包括多个水平振动辊，以根据该纤维束的类型而将水平方向振动施加到纤维束，其中，多个水平振动辊具有不同的形状。在该打开设备中，通过根据纤维束类型将水平振动经由多个水平振动辊而施加到纤维束，可增大纤维束的打开效率。

Description

纤维束打开设备

相关申请交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(a)要求在2014年11月28日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2014-0168283号的优先权，其全部内容通过引证结合于此。

背景技术

(a)技术领域

本发明涉及一种纤维束打开设备，更特别地涉及这样一种纤维束打开设备，该纤维束打开设备通过根据纤维类型设置各种振动辊而能够使纤维束打开的效率最大化。

(b)相关技术的描述

近些年来，已经研发出一种复合材料，该复合材料呈现金属强度、很轻的重量以及塑料材料的成形性。例如，该复合材料可包括纤维增强塑料(FRP)和碳纤维增强塑料(CFRP)。

上述的复合材料是一种高级的复合材料，其为使用纤维(碳纤维或玻璃纤维)作为增强材料的具有高强度和高弹性的轻量级结构材料，并且呈现出优良的材料特性。

当使用碳纤维或玻璃纤维生产复合材料时，存在对广泛撒布纤维束的打开工艺的需求。特别地，打开工艺在具有许多纤维数目的纤维束中非常重要。

存在各类纤维束。特别地，由于玻璃纤维具有比碳纤维更高的比重，所以与碳纤维相比，使用压缩空气或竖直振动的打开效率相对较低。相反，碳纤维具有比玻璃纤维更低的比重，所以与玻璃纤维相比，使用压缩空气或竖直振动的打开效率相对较高，但在局部细丝之间发生压实现象(compaction phenomenon)。因此，对满足纤维特性的打开工艺和打开设备的需求增加了。

在该背景技术部分公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，并且因此这可能包含不构成在本国对于本领域技术人员来说已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明提供了一种纤维束打开设备，所述打开设备的优点在于根据纤维材料而提高的纤维打开效率。本发明的一个示例性实施例提供了一种纤维束打开设备，该打开设备包括水平振动装置，该水平振动装置包括多个水平振动辊，以根据纤维束的类型而将水平方向振动施加到纤维束，其中，多个水平振动辊具有不同的形状。

多个水平振动辊中的一个可包括第一水平振动辊，第一水平振动辊具有柱形形状，在该柱形形状中，直径从第一水平振动辊的中心到外周缘方向上逐渐减小。

多个水平振动辊中的另一个可包括第二水平振动辊，第二水平振动辊具有柱形形状，在第二水平振动辊的柱形形状中，直径从第二水平振动辊的中心到外周缘的方向上逐渐减小。

多个水平振动辊中的另一个可包括第三水平振动辊，第三水平振动辊具有柱形形状，第三水平振动辊的柱形形状具有相同的直径。

多个水平振动辊中的另一个可包括第四水平振动辊，第四水平振动辊具有相同直径的柱形形状，并且在第四水平振动辊的外周缘处形成有突起和凹陷。

当纤维束为碳纤维时，可以第一水平振动辊、第二水平振动辊和第三水平振动辊的顺序将水平方向振动施加到所述纤维束。

第二水平振动辊的外周缘的曲率半径可大于第一水平振动辊的外周缘的曲率半径。

当纤维束为玻璃纤维时，可以第三水平振动辊、第一水平振动辊和第四水平振动辊的顺序将水平方向振动施加到纤维束。纤维束打开设备还可包括宽度控制器，该宽度控制器设置在水平振动装置的下游区域以控制纤维束的宽度。

宽度控制器可包括：底板；引导壁，该引导壁分别设置在底板的两侧以引导纤维束；以及引导板，该引导板分别通过铰接件而与引导壁接合。

宽度控制器还可包括尺以显示引导板的打开量。

纤维束打开设备还可包括竖直振动装置，该竖直振动装置设置在水平振动装置的上游区域，以便将水平方向振动施加到纤维束。

纤维束打开设备还可包括空气供给装置，该空气供给装置设置在水平振动装置的上游区域以将压缩空气吹入所述纤维束中。

空气供给装置可包括：鼓风机，以产生压缩空气；以及空气控制阀，以控制鼓风机的空气量。

依照如上文所述的根据本发明一个示例性实施例的纤维束打开设备，通过根据纤维束类型将水平振动经由多个水平振动辊而施加到纤维束，可增大纤维束的打开效率。

此外，当在打开工艺之后制造预浸材料时，可通过经由宽度控制器控制打开纤维束的宽度而提高预浸材料制造质量。

附图说明

在下文的详细描述中，仅简单地作为说明性的目的而示出和描述了本发明的某些示例性实施例。

图1是示出了根据本发明一个示例性实施例的纤维束打开设备的示意图。

图2是示出了根据本发明另一示例性实施例的纤维束打开设备的示意图。

图3A和图3B是示出了根据本发明一个示例性实施例的空气供给装置的视图。

图4A和图4B是示出了根据本发明一个示例性实施例的竖直振动装置的视图。

图5A和图5B是示出了根据本发明一个示例性实施例的第一水平振动辊的视图。

图6A和图6B是示出了根据本发明一个示例性实施例的第二水平振动辊的视图。

图7A和图7B是示出了根据本发明一个示例性实施例的第三水平振动辊的视图。

图8A和图8B是示出了根据本发明一个示例性实施例的第四水平振动辊的视图。

图9A和图9B是示出了根据本发明一个示例性实施例的宽度控制器的平面视图。

具体实施方式

下文将参考附图更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。如本领域技术人员将会认识到的，可以多种不同的方式修改所描述的实施例，只要所有的修改均不背离本发明的精神和范围即可。

为了清楚描述本发明的示例性实施例的目的，省略了与描述无关的部件。在整个说明书中使用相同的参考标号表示相同或相似的部件。

本文所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个(a)”、“一个(an)”以及“该(the)”旨在包括复数形式，除非上下文另外清楚地表明。将要进一步理解的是，当在本说明书中使用术语“包括(comprises)”和/或“包含(comprising)”时，表示存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关的所列出项目的任何以及全部组合。在整个说明书中，除非有明确相反的描述，单词“具有(comprise)”以及诸如“包括(comprises)”或“包含(comprising)”等变型将被理解为表示包含所陈述的元件但不排除任何其他元件。此外，在说明书中描述的术语“单元”、“…器(-er)”、“…件(-or)”以及“模块”是指用于处理至少一个功能和操作的单元，并且可通过硬件组件或软件组件及其组合来实施。

此外，为了更好地理解和便于描述，可选地示出了附图中所示的每个结构的尺寸和厚度，本发明并不限于所示的附图，并且为了清晰起见，放大了多个部件和区域的厚度。

需要理解的是，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语通常包括机动车辆(诸如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的客运车辆)、船舶(包括各种船和舰)、飞行器等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合动力电动车，氢动力车和其他替代燃料(如来自石油以外资源的燃料)的车辆。如本文所指出的，混合动力车是一种具有两种或更多能源的车辆，例如汽油驱动和电驱动的车辆。

此外，本发明的控制逻辑可被实现为在计算机可读取介质上的非暂时计算机可读取媒介，该计算机可读取介质包括由处理器、控制器等执行的可执行程序指令。计算机可读取媒介的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读取介质也可分布在网络接合式计算机系统中，使得计算机可读取媒介以分布方式而被存储和执行(例如通过远程信息处理服务器或控制器区域网络(CAN))。

在下文中，将参考附图详细地描述根据本发明一个示例性实施例的纤维束打开设备。

如在图1和图2的可替换实施例中所示，根据本发明一个示例性实施例的纤维束打开设备包括空气供给装置100、竖直振动装置200、水平振动装置300和宽度控制器400。

在纤维束打开设备中，根据纤维束的移动顺序，可按照该顺序设置空气供给装置100、竖直振动装置200、水平振动装置300以及宽度控制器400。

用于该纤维束的纤维材料可包括碳纤维束或玻璃纤维束。例如，可通过一对竖直设置的传送辊(未示出)来供给该纤维束。

通过传送辊供给的纤维束穿过空气供给装置100。

图3A是示出了根据本发明一个示例性实施例的空气供给装置的侧视图，并且图3B是示出了根据本发明该示例性实施例的空气供给装置的前视图。

如图3A-图3B所示，空气供给装置100包括鼓风机110以将压缩空气吹入到纤维束，并且该空气供给装置包括空气控制阀120以控制从鼓风机10排出的空气。在这种情况下，可控制鼓风机110的高度。

通过控制鼓风机110的高度以及用空气控制阀120控制从鼓风机110排出的空气量，用户可控制待施加到纤维束的压缩空气的期望的强度和量。

从空气供给装置100排出的压缩空气优选地与纤维束碰撞，使得该纤维束在宽度方向上被弯曲并被强制加宽。由于在宽度方向中的力，使纤维束初步打开。

穿过空气供给装置100的纤维束被供给到竖直振动装置200。

图4A是示出了根据本发明一个示例性实施例的竖直振动装置的侧视图，并且图4B是示出了根据本发明该示例性实施例的竖直振动装置的前视图。

如图4A-图4B所示，竖直振动装置200包括竖直振动辊210以传送该纤维束，并且竖直振动装置包括竖直马达220以向该竖直振动辊210提供驱动转矩。

竖直振动辊210通过竖直马达220而在上下方向中在预定时间周期内移动，并且在预定时间周期内与穿过竖直振动辊210上侧的纤维束碰撞。

如果纤维束与竖直振动辊210碰撞，则纤维束的张力增加，并且纤维束的弯曲量增加。此外，如果纤维束不与竖直振动辊210碰撞，则纤维束的张力减小，使得纤维束的弯曲量减小。

以这种方式改变了纤维束的张力，使得纤维束的弯曲量改变。因此，在宽度方向中的力被施加到纤维束，使得纤维束打开。

穿过竖直振动装置200的纤维束被供给到水平振动装置300。水平振动装置300包括具有不同形状的多个水平振动辊。在这种情况下，多个水平振动辊可根据纤维束的类型而不同地设置。

首先，将详细描述多个水平振动辊的形状。

图5A是示出了根据本发明一个示例性实施例的第一水平振动辊的平面视图，并且图5B是示出了根据本发明该示例性实施例的第一水平振动辊的截面图。

如图5A-图5B所示，多个水平振动辊中的一个可为第一水平振动辊310，第一水平振动辊具有柱形形状，该柱形形状的直径在从中心到外周缘的方向上逐渐减小。特别地，第一水平振动辊310可具有这样的柱形形状，该柱形形状具有以中凸方式突起的中心。换句话说，如图5B所示，第一水平振动辊310的外周缘312的截面呈椭圆形状。

第一水平振动辊310的中心具有孔，并且第一轴(未示出)可被插入到第一水平振动辊310的中心孔中。该第一轴接收来自单独驱动源(未示出)的动力并且在水平方向(即宽度方向)上在预定时间周期内移动。因此，第一水平振动辊310在水平方向上移动，使得在水平方向上将振动施加到纤维束。

如图1所示，一对第一引导辊320可设置在第一水平振动辊310的下部。纤维束在第一水平振动辊310与这一对第一引导辊320之间穿过，使得将预定量的张力施加到纤维束。在将张力施加到该纤维束的情况下，通过该第一水平振动辊310的水平方向振动而将力施加到纤维束，从而使纤维束打开。

在这种情况下，由于第一水平振动辊310包括具有中凸柱形形状的中心，所以与纤维束的前右端和前左端相比，该纤维束的中心部分被弯曲。因此，使聚集的纤维束打开。

图6A是示出了根据本发明一个示例性实施例的第二水平振动辊的平面视图，并且图6B是描述根据本发明该示例性实施例的第二水平振动辊的截面图。

如图6A-图6B所示，多个水平振动辊中的另一个可为具有柱形形状的第二水平振动辊330，该柱形形状的直径在从中心到外周缘的方向上逐渐减少，并且在该第二水平振动辊330的两个前端处形成有阻挡壁334。特别地，第二水平振动辊330的中心具有中凸突起的柱形形状。换句话说，如图6B所示，第二水平振动辊330的外周缘332的截面呈椭圆形状。

在这种情况下，优选的是，第二水平振动辊330的外周缘332的曲率半径R2大于第一水平振动辊330的外周缘332的曲率半径R1。特别地，第二水平振动辊330的外周缘332比第一水平振动辊330的外周缘332更光滑地成形。

第二水平振动辊330的中心具有孔，并且第二轴(未示出)可插入到第二水平振动辊330的中心孔中。该第二轴接收来自单独驱动源(未示出)的动力并在水平方向(即宽度方向)上在预定时间周期内移动。因此，第二水平振动辊330在水平方向上移动，使得在水平方向上将振动施加到纤维束。

如图1所示，一对第二引导辊340可设置在第二水平振动辊330的下部。纤维束在第二水平振动辊330与这一对第二引导辊340之间穿过，使得将预定量的张力施加到纤维束。在将张力施加到该纤维束的情况下，通过第二水平振动辊330的水平方向振动而将力施加到纤维束，从而使纤维束打开。

图7A是示出了根据本发明一个示例性实施例的第三水平振动辊的平面视图，并且图7B是示出了根据本发明该示例性实施例的第三水平振动辊的截面图。

如图7A-图7B所示，多个水平振动辊中的另一个可为具有柱形形状第三水平振动辊350，该柱形形状具有一致的直径。特别地，如图7B所示，第三水平振动辊350的外周缘具有直线形状。

第三水平振动辊350的中心具有孔，并且第三轴(未示出)可插入到第三水平振动辊350的中心孔中。该第三轴接收来自单独驱动源(未示出)的动力并且在水平方向(即宽度方向)上在预定时间周期内移动。因此，第三水平振动辊350在水平方向上移动，使得在水平方向上将振动施加到纤维束。

如图1所示，一对第三引导辊360可设置在第三水平振动辊350的下部。纤维束在第三水平振动辊350与这一对第三引导辊360之间穿过，使得将预定量的张力施加到纤维束。在将张力施加到该纤维束的情况下，通过第三水平振动辊310的水平方向振动而将力施加到纤维束，从而使纤维束打开。

图8A是示出了根据本发明一个示例性实施例的第四水平振动辊的平面视图，并且图8B是示出了根据本发明该示例性实施例的第四水平振动辊的截面图。

如图8A-图8B所示，多个水平振动辊中的另一个可为柱形形状的第四水平振动辊370，该柱形形状具有一致的直径，其中，在第四水平振动辊370的外周缘处形成有突起和凹陷，并且在第四水平振动辊370的两个前端部处形成有阻挡壁374。

特别地，如图8B所示，第四水平振动辊370的外周缘具有直线形状。在这种情况下，突起和凹陷形成在第四水平振动辊370的外周缘处(见图8B的符号“Z”)。

第四水平振动辊370的中心具有孔，并且第四轴(未示出)可插入到第四水平振动辊370的中心孔中。该第四轴接收来自单独驱动源(未示出)的动力并且在水平方向(即宽度方向)上在预定时间周期内移动。因此，第四水平振动辊370在水平方向上移动，使得在水平方向中将振动施加到纤维束。

如图2所示，一对第四引导辊380可设置在第四水平振动辊370的下部。纤维束在第四水平振动辊370与这一对第四引导辊380之间穿过，使得将预定量的张力施加到纤维束。在将张力施加到该纤维束的情况下，通过第四水平振动辊370的水平方向振动而将力施加到纤维束，从而使纤维束打开。

在下文中，将根据纤维类型详细地描述纤维束打开设备。

首先，描述了纤维束为碳纤维的情况。在碳纤维的情况下，如图1所示，在多个水平振动辊中，第一水平振动辊310、第二水平振动辊330和第三水平振动辊350顺序布置，使得多个水平振动辊将水平方向振动施加到纤维束。

由于碳纤维具有比玻璃纤维更低的比重，所以碳纤维的打开效率因空气供给装置100和竖直振动装置200而高于玻璃纤维的打开效率，但与玻璃纤维相比，碳纤维的纤维束压实现象更显著。

因此，通过主要将水平方向振动经由第一水平振动辊310施加到纤维束而释放了纤维束的压实，该第一水平振动辊具有相对较小曲率半径的外周缘，水平方向振动其次通过第二水平振动辊330而施加到纤维束，该第二水平振动辊330具有曲率半径相对较大的外周缘，并且水平方向振动最后通过具有平坦外周缘的第三水平振动辊350而施加到纤维束，使得可提高打开效率，同时使对纤维的损伤最小化。

接下来，描述了纤维束为玻璃纤维的情况。在玻璃纤维的情况下，如图2所示，在多个水平振动辊中，第三水平振动辊350、第一水平振动辊310和第四水平振动辊370顺序布置，使得多个水平振动辊将水平方向振动施加到纤维束。

由于玻璃纤维具有比碳纤维更高的比重，所以玻璃纤维的打开效率因空气供给装置100和竖直振动装置200而低于碳纤维的打开效率。

因此，为了提高纤维束的打开效率，首先，在将均匀剪切力通过具有平坦外周缘的第三水平振动辊350而施加到纤维束后，通过第一振动辊310释放了纤维束的完全压实，该第一振动辊310具有曲率半径很小的外周缘。最后，如果通过第四水平振动辊370(第四水平振动辊内形成有突起和凹陷)将振动施加到平面外周缘，则可释放在纤维束上剩余的纤维之间的压实。

不同于碳纤维，在通过空气供给装置而将压缩空气施加到玻璃纤维后，如果通过具有很小曲率半径的外周缘的振动辊而将水平方向振动施加到纤维束，则在纤维束细丝之间的压实变得很严重。

由于玻璃纤维的比重很大，所以打开效率因压缩空气而并不大。因此，在纤维束被压实的情况下，如果通过具有很小曲率半径的外周缘的水平振动辊将水平方向振动施加到纤维束，则纤维分裂，从而使得打开效率降低。因此，水平振动辊以上文所述的顺序设置，使得可提高玻璃纤维束的打开效率。

在下文中，将参考附图详细地描述宽度控制器。

图9A是示出了根据本发明一个示例性实施例的宽度控制器的平面视图，并且图9B是示出了根据本发明该示例性实施例的宽度控制器的平面视图。

如图9A-图9B所示，宽度控制器400是这样一种装置，其被布置成使得通过穿过水平振动装置300而打开的纤维束以期望的宽度而被排出。

为了通过空气供给装置100而使纤维束打开，提供了竖直振动装置200和水平振动装置300以用于改善纤维束的浸渍的目的。在纤维束被打开之后，即使纤维束被物理地结合在一起也保持浸渍。

然而，在纤维束被打开之后，收集带有预定宽度的纤维束以生产预浸材料是有利的。因此，需要通过宽度控制器400来收集具有预定宽度的纤维束。

宽度控制器400包括：底板410；引导壁420，该引导壁设置在底板两侧以引导纤维束；以及引导板430，该引导板通过铰接件而连接至该引导壁。在这种情况下，用于显示引导板430的打开量的尺440可形成在底板410上。

引导板430通过铰接件而与引导壁420接合，使得通过用户的操作或单独驱动转矩来调节引导板430的打开量。因此，用户可控制纤维束以期望的宽度排出。

在这种情况下，可通过尺440而精确地调节纤维束的宽度，该尺形成在底板410上。

虽然已经结合目前认为实用的示例性实施例描述了本发明，但应该理解的是，本发明并不局限于所公开的实施例，而相反，旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (11)

1.一种纤维束打开设备，所述打开设备包括：

水平振动装置，所述水平振动装置包括多个水平振动辊，所述多个水平振动辊被配置成根据所述纤维束的类型而将水平方向振动施加到所述纤维束，

其中，所述多个水平振动辊具有不同的形状，

其中，所述多个水平振动辊中的一个包括第一水平振动辊，所述第一水平振动辊具有柱形形状，在所述柱形形状中，直径从所述第一水平振动辊的中心朝向沿轴向方向的两端逐渐减小，

其中，所述多个水平振动辊中的另一个包括第二水平振动辊，所述第二水平振动辊具有柱形形状，在所述第二水平振动辊的柱形形状中，直径从所述第二水平振动辊的中心朝向沿轴向方向的两端逐渐减小，

其中，所述第二水平振动辊的外周缘的曲率半径大于所述第一水平振动辊的外周缘的曲率半径。

2.根据权利要求1所述的打开设备，其中，所述多个水平振动辊中的另一个包括第三水平振动辊，所述第三水平振动辊具有柱形形状，所述第三水平振动辊的柱形形状具有一致的直径。

3.根据权利要求2所述的打开设备，其中，所述多个水平振动辊的另一个包括第四水平振动辊，所述第四水平振动辊具有直径一致的柱形形状，并且在所述第四水平振动辊的外周缘处形成有突起和凹陷。

4.根据权利要求3所述的打开设备，其中，当所述纤维束为碳纤维时，以所述第一水平振动辊、所述第二水平振动辊和所述第三水平振动辊的顺序将所述水平方向振动施加到所述纤维束。

5.根据权利要求3所述的打开设备，其中，当所述纤维束为玻璃纤维时，以所述第三水平振动辊、所述第一水平振动辊和所述第四水平振动辊的顺序将所述水平方向振动施加到所述纤维束。

6.根据权利要求1所述的打开设备，所述打开设备还包括宽度控制器，所述宽度控制器设置在所述水平振动装置的下游区域以控制所述纤维束的宽度。

7.根据权利要求6所述的打开设备，其中

所述宽度控制器包括：

底板；

引导壁，所述引导壁分别设置在所述底板的两侧以引导所述纤维束，以及

引导板，所述引导板分别通过铰接件而与所述引导壁接合。

8.根据权利要求7所述的打开设备，其中，所述宽度控制器还包括尺以显示所述引导板的打开量。

9.根据权利要求1所述的打开设备，所述打开设备还包括竖直振动装置，所述竖直振动装置设置在所述水平振动装置的上游区域，以便将所述水平方向振动施加到所述纤维束。

10.根据权利要求9所述的打开设备，所述打开设备还包括空气供给装置，所述空气供给装置设置在所述水平振动装置的上游区域以将压缩空气吹入所述纤维束中。

11.根据权利要求10所述的打开设备，其中，所述空气供给装置包括：

鼓风机，所述鼓风机用于产生压缩空气；以及

空气控制阀，所述空气控制阀用于控制所述鼓风机的空气量。

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