CN106744008B - 一种纤维合并扩展设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种纤维合并扩展设备，所述纤维合并扩展设备用于实现将N锭纤维纱束展宽之后收卷为M卷纱卷，其中，N为大于M的正整数，M为大于或等于1的正整数。本发明所提供的纤维合并扩展设备能够将多锭纤维丝束同时展宽后合并收卷为一体，不仅大大减小了展宽及收卷的工作难度和工作量，而且减少了后续复合工艺中形成的拼接缝数量，有效提高产品质量和合格率，降低生产成本。

Description

一种纤维合并扩展设备

技术领域

本发明涉及纤维生产及再加工技术领域，尤其涉及纤维扩展技术领域。

背景技术

目前，用于先进复合材料中的增强纤维主要是碳纤维，为了实现低价格化而增多碳纤维集束根数(大丝束纤维)，但是大丝束碳纤维存在随着纤维束根数增多而发生纤维的曲折扭结等现象，并且树脂集体不容易浸润到大丝束纤维束内部，单丝间容易产生孔隙，容易造成纤维相和树脂相的富集与分离等缺陷，同时会随着丝束直径增加，纤维的屈曲形态影响纤维强度在织物中的发挥。对纤维束进行扩展能够避免纤维强度的损失，在经编轴向织物与缝编织物中，通过展纤可使纱线平整，从而整体提高织物的外观效果与力学性能，更好的满足结构设计的要求。

现有的纤维展宽设备采用单锭放纱、单锭收盘，而且每盘的收卷长度仅几百米，导致在下游生产的产品有多个拼接缝，很难形成无缝拼接，并且还需要频繁更换纱盘，严重影响生产效率和产能，对产品的质量产生很多不确定因素。另外，碳纤维丝收卷后再次打开进行使用或者二次加工时，会出现层与层之间的碳纤维丝粘连现象，不仅影响使用以及生产效率，甚至还会影响产品质量以及造成碳纤维丝的浪费。

放纱是纤维原丝展宽的前奏步骤，对纤维原丝的展宽效果和展宽后的纤维质量起到至关重要的作用。由于我司使用的纤维丝要求为无捻的，若在生产过程中发生翻转，会严重影响展宽纤维的质量。现有的纤维丝定位方式是采用简单的型材螺母将引导小轴进行定位，容易发生小角度倾斜，从而对产品的质量造成影响。另外，现有的纱筒张紧结构，每个纱筒使用两个西式滑差环，设备的成本较高。

纤维展宽是将一定宽度的纤维丝束展宽到原来宽度的1.5～6倍左右，而纤维丝束中的单根纤维丝很细、其直径为微米级，在展宽过程中不可避免地会有一定程度的损伤、甚至伴随断丝现象。断裂后的纤维短丝(称为毛丝)会残留在液体槽内，并随着液体而流向槽口，容易堵塞槽口，影响循环；另外有些毛丝在丝束经过时会附着在展宽的丝束上，与丝束一同被收卷，影响产品质量。现在通常采用的解决方式是依靠液位差使毛丝随着液体自然的排出槽体外，但是由于槽口的设计限制，流量并不大，使得积聚在液体槽底的毛丝很难随着液体一起流动。现有的过滤装置使用简单过滤网进行过滤，这对断裂的毛丝有一定的作用，但由于滤网本身结构的限制，作用并不明显，而且毛丝粘连在滤网上清洁困难。另外，现有的液体槽主要依靠人工观察液位的高低来进行注水或放水，很难维持两者的平衡，而且无法实现液体的实时流动，毛丝更容易在液体槽底集聚。

原有的牵引轴辊上下左右的分布间距不利于展宽生产，而牵引轴辊的直径尺寸对碳纤维丝的展宽作用不大；并且原有设备中的轴辊极易发生缠纱，使碳纤维丝束损伤严重；另一方面，碳纤维丝展宽后出水海绵辊利用气缸提供压力，这对海绵辊的质量要求较高，而且压力控制不便。

原有设备中的干燥装置是使用线圈加热，利用一个直径为600mm的辊筒对碳纤维丝进行单面加热，丝束受热不均匀，对丝束表面的损伤较大，而且加热温度与表面探测温度存在一定的差异，导致实际加热温度难以控制，对产品质量造成较大影响。

另外，现有的碳纤维丝束扩展技术中，碾压法、气流法、超声波法等，在纤维丝束展宽后都是单盘进行收丝，而且收丝长度受限，为后续复合预浸料的工艺带来诸多不便，例如需要频繁更换收丝盘、原材料浪费严重、产品拼接缝多等；从而导致预浸料生产效率和产能低、产品质量无法明显提高、产品合格率低，而且生产成本居高不下。

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中的任何一个的纤维合并扩展设备。具体地，本发明提供能够解决生产超薄预浸料时纱锭数量多、预浸料拼接缝多、外观缺陷大、产品合格率低等问题的纤维合并扩展设备。

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种纤维合并扩展设备，所述纤维合并扩展设备用于实现将N锭纤维纱束展宽之后收卷为M卷纱卷，其中，N为大于M的正整数，M为大于或等于1的正整数。

其中，所述纤维合并扩展设备包括放纱装置、扩展装置和合并收卷装置，其中，所述放纱装置与所述扩展装置的第一端相邻设置，所述放纱装置可同时放置N锭纤维纱束；在所述扩展装置的第一端的相邻纤维纱束的边缘之间的距离小于或等于所述扩展装置的扩展宽度；所述合并收卷装置与所述扩展装置的第二端相邻设置，所述合并收卷装置包括M个并列设置的合并收卷轴；所述扩展装置包括扩展槽、超声波发生器和牵引辊组，所述超声波发生器按照矩阵排列方式分布在所述扩展槽的内壁和/或底部，所述牵引辊组与所述扩展槽的内壁固定连接；其中，所述超声波发生器发出的超声波频率为30～315MHZ。

其中，所述合并收卷装置还包括机架、收卷电机、衬纸轴和纠偏控制器，其中，所述合并收卷轴设置在所述机架的第一端，所述收卷电机与所述合并收卷轴传动连接，所述衬纸轴设置在所述机架的第二端，且所述衬纸轴上的衬纸绕过所述机架缠绕在所述合并收卷轴上，所述纠偏控制器与所述机架传动连接。

其中，所述纠偏控制器包括红外探测器、微调电机和传动轨道，所述红外探测器固定在所述机架上，且位于所述机架的侧部，所述微调电机与所述红外探测器电连接、与所述传动轨道传动连接，所述传动轨道与所述机架的底部传动连接。

其中，所述合并收卷装置还包括张力检测器、第一上撑轴、第二上撑轴、第三上撑轴、第一下压轴和第二下压轴，其中，所述张力检测器与所述机架的顶部固定连接，所述第一上撑轴设置在所述机架的第一端，所述第二上撑轴的底座与所述张力检测器固定连接，所述第三上撑轴设置在所述机架的第二端；所述第一下压轴位于所述第一上撑轴和所述第二上撑轴之间，且所述第一下压轴的底部低于或者外切于所述第一上撑轴的顶部和所述第二上撑轴的顶部的公切线；所述第二下压轴位于所述第二上撑轴和所述第三上撑轴之间，且所述第二下压轴的底部低于或者外切于所述第二上撑轴的顶部与所述第三上撑轴的顶部的公切线。

其中，所述扩展装置还包括体外过滤装置，所述体外过滤装置包括过滤罐和设置在所述过滤罐内的过滤体，还包括第一水泵和水箱，其中，所述过滤罐的顶部入口低于所述扩展槽的底部出口设置，且所述过滤罐的顶部入口与所述扩展槽的底部出口相连通，所述过滤罐的底部出口与所述水箱的入口相连通，所述水箱的出口与所述第一水泵的入口相连通，所述第一水泵的出口与所述扩展槽的入口相连通；所述过滤体包括过滤网和支撑架，所述支撑架为桶状结构，且所述支撑架的边缘嵌设在所述过滤罐的内部，所述过滤网铺设在所述支撑架上。

其中，所述过滤体还包括衬层，所述衬层为网状结构，且与所述支撑架的形状相同；所述衬层与所述支撑架固定连接，且所述过滤网设置在所述衬层与所述支撑架之间；所述支撑架为网状结构，且所述衬层的网孔与所述支撑架的网孔交错设置。

其中，所述扩展槽的出料端设置有按压辊和按压结构，所述按压结构包括连接板、固定块和调节杆；其中，所述连接板的第一端与所述扩展槽铰接，所述连接板的第二端与所述按压辊铰接；所述固定块固定在所述连接板上，所述调节杆与所述固定块传动连接，且所述调节杆的第一端抵在所述扩展槽上。

其中，纤维合并扩展设备还包括干燥装置，所述干燥装置设置在所述扩展装置的第二端与所述合并收卷装置之间；所述干燥装置包括第一干燥辊组和第二干燥辊组，所述第一干燥辊组设置在所述第二干燥辊组的上方。

其中，所述第一干燥辊组包括至少两个第一干燥辊，所述第二干燥辊组包括至少一个第二干燥辊，所述第一干燥辊和所述第二干燥辊交替设置；所述第一干燥辊的第一包角β为180°～280°，所述第二干燥辊的第二包角γ为180°～280°。

本发明所提供的纤维合并扩展设备能够将多锭纤维丝束同时展宽后合并收卷为一体，不仅大大减小了展宽及收卷的工作难度和工作量，而且减少了后续复合工艺中形成的拼接缝数量，有效提高产品质量和合格率，降低生产成本。

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纤维合并扩展设备的结构示意图；

图2示例性地示出了超声波发生器的分布示意图；

图3示例性地示出了收卷装置的结构示意图；

图4示例性地示出了体外过滤装置的结构示意图；

图5示例性地示出了过滤体的结构示意图；；

图6示例性地示出了过滤体的剖视图；

图7示例性地示出了扩展装置的结构示意图；

图8示出了图7的A部放大图；

图9示例性地示出了干燥装置的结构示意图。

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。

发明人通过将纤维扩展装置的展宽能力与相邻两锭纤维束之间的间距相结合，针对纤维扩展、干燥、收卷等装置进行改进设计，以实现将多锭纤维纱束同时展宽后合并为预定宽度的纤维纱并进行收卷，为后续预浸料的生产带来便捷，同时减少纤维纱之间的拼接缝隙，提高产品质量。

下面结合附图，对根据本发明所提供的纤维合并扩展设备进行详细描述。

本发明提供了一种纤维合并扩展设备，用于实现将N锭纤维纱束展宽之后收卷为M卷纱卷，其中，N为大于M的正整数，M为大于或等于1的正整数。图1示出了根据本发明的纤维合并扩展设备的一种具体实施例的结构示意图，参照图1所示，该纤维合并扩展设备包括放纱装置1、扩展装置2和合并收卷装置3，其中，放纱装置1与扩展装置2的第一端相邻设置，放纱装置1上可同时放置N锭纤维纱束，其中N为大于2的正整数；N锭纤维纱束经由扩展装置2的扩展，合并成预定宽度的纤维纱在合并收卷装置3上进行收卷。使用本发明的纤维合并扩展设备，N锭纤维纱束经扩展装置2扩展后恰好能够彼此相接成为一体，具体地，在扩展装置2的第一端的相邻纤维纱束的边缘之间的距离小于或等于扩展装置2的扩展宽度。合并收卷装置3与扩展装置2的第二端相邻设置，经扩展装置2扩展后的纤维纱可以直接绕至合并收卷装置3上进行收卷；具体地，合并收卷装置3包括M个并列设置的合并收卷轴30，根据N锭纤维纱束在扩展装置2上的排列分布，扩展合并后形成M束预定宽度的纤维纱，分别由M个合并收卷轴30进行收卷。由于本发明中收卷的纤维束产品宽度大大提高，因此，合并收卷轴30的宽度也较大，其收卷能力大大提高，能够实现数千米的纤维束收卷。例如，可以实现宽度达500mm、长度为2500m的纤维束的扩展以及合并收卷。在本文中，以M＝1为例进行描述说明，即N锭纤维纱束经扩展装置2扩展后合并为一体进行收卷。

具体地，扩展装置2包括扩展槽21、超声波发生器22和牵引辊组23，其中，超声波发生器22按照矩阵排列方式分布在扩展槽21的内壁和/或底部，图2示出了一种具体实施例中的超声波发生器22的分布示意图；牵引辊组23与扩展槽21的内壁固定连接，即牵引辊组23中的每个牵引辊的两端与扩展槽21的内壁固定连接，且相邻两个牵引辊平行设置。N锭纤维纱束在扩展槽21内依次绕过牵引辊组23，在牵引辊组23的牵引下从扩展槽21的第一端行进到扩展槽21的第二端过程中，在遍布扩展槽21内的超声波发生器22发出的超声波的振荡作用下被均匀展宽预定宽度，使得相邻两束纤维丝束的边缘重合、成功拼接，从而合并形成一束满足宽度需求的纤维束。其中，分布于扩展槽21底部的超声波发生器22发出的超声波可以令纤维丝束发生上下方向的垂直振荡，使得每束纤维丝束松散化；沿纤维丝束的延伸方向，分布于扩展槽21的左右两内壁上的超声波发生器22发出的超声波可以令纤维丝束产生宽度方向的振荡，实现每束纤维丝束宽度方向的展宽；沿纤维丝束的延伸方向，分布于扩展槽21的前后两内壁上的超声波发生器22发出的超声波在展宽纤维丝束的同时，可以实现对纤维丝束的捋顺动作，避免在展宽过程中发生纤维丝缠绕打结等现象造成纤维束的混乱，影响产品外观和后续使用。通常情况下，使用本发明的纤维合并扩展设备对多束纤维丝束进行合并扩展，超声波发生器22发出的超声波频率为30～315MHZ，其具体数值可以根据超声波发生器22的分布情况、纤维丝束的预定展宽宽度要求、纤维丝束的牵引速度等因素进行选择设定。

图3示出了本发明的合并收卷装置3的一种具体实施例的结构示意图，综合参照图1和图3所示，合并收卷装置3还包括机架31、收卷电机32、衬纸轴33和纠偏控制器34。在本实施例中，合并收卷轴30设置在机架31的第一端(位于纤维合并扩展设备的末端)，收卷电机32与合并收卷轴30传动连接，收卷电机32为扩展合并后的纤维束收卷提供动力；衬纸轴33设置在机架31的第二端，衬纸轴33上的衬纸330和扩展合并后的待收卷纤维束5同时绕过机架31缠绕在合并收卷轴30上，并且衬纸330铺设在纤维束5的下方，进而实现纤维束5收卷时层与层之间通过衬纸330进行隔离，有效避免后续使用时发生纤维束粘连现象。

为了防止纤维束收卷过程中发生偏斜而影响收卷质量，合并收卷装置3中设置了纠偏控制器34，在本实施例中，纠偏控制器34与机架31传动连接。具体地，纠偏控制器34包括红外探测器341、微调电机(图中未示出)和传动轨道342，其中，红外探测器341固定在机架31上，可以位于机架31的侧部，例如，可以在机架31的一侧或者两侧各设置一个红外探测器341，用以实时检测纤维束5的边缘是否超出衬纸330的边缘；微调电机与红外探测器341电连接、与传动轨道342传动连接，传动轨道342与机架31的底部传动连接，微调电机根据红外探测器341的检测结果对机架31的位置沿传动轨道342进行调整。其中，传动轨道342的延伸方向沿合并收卷轴30的轴向(即纤维束的宽度方向)设置；红外探测器341的检测位置可以设置为衬纸330的边缘处或者略微超出衬纸330的边缘处。若纤维束边缘发生偏移至超出衬纸330的边缘，则红外探测器341检测到信号，并将信号输送至微调电机，微调电机可以根据信号来控制正反转，进而沿传动轨道342调整机架31相对于纤维束5的宽度方向的位置，实现纠偏。在一个典型的实施例中，可以在机架31的两侧各设置一个红外探测器341，且均将电信号发送至微调电机，其中一个发送的电信号可以控制微调电机正转，另一个红外探测器341发送的电信号则可以控制微调电机反转，进而可以实现对机架31、衬纸330以及合并收卷轴30等相对于纤维束5的两侧不同方向偏移的纠正。

另外，合并收卷装置3还包括张力检测器35、第一上撑轴311、第二上撑轴312、第三上撑轴313、第一下压轴314和第二下压轴315；其中，张力检测器35与机架31的顶部固定连接，并且与收卷电机32电连接。具体地，张力检测器35通过检测收卷中的纤维束5的张力来控制收卷电机32的转速，以使得纤维束收卷效果达到最佳，避免收卷后的纤维束过于松弛或者张紧而影响产品性能以及后续使用。例如，若张力检测器35检测到的张力值过大则控制收卷电机32减速，若张力过小则控制收卷电机32适当加速。

具体地，第一上撑轴311设置在机架31的第一端，邻近合并收卷轴30设置，且第一上撑轴311的位置高于合并收卷轴30的位置，例如，可以设置在机架31的第一端的顶部；第二上撑轴312的底座与张力检测器35固定连接，第二上撑轴312的顶部明显高于第一上撑轴311的顶部；第三上撑轴313设置在机架31的第二端，且与衬纸轴33相邻设置。衬纸轴33上的衬纸330依次绕过第三上撑轴313的顶部和第一上撑轴311的顶部后缠绕在合并收卷轴30上，扩展合并后的纤维束5依次绕过第三上撑轴313的顶部、第二上撑轴312的顶部和第一上撑轴311的顶部，并在第一上撑轴311的顶部与衬纸330对齐、贴合后缠绕在合并收卷轴30上。

其中，纤维束5与衬纸330在第三上撑轴313的顶部进行第一次贴合，此时通过纠偏控制器34检测纤维束5与衬纸330之间是否有偏移、并进行位置校正，确认纤维束5与衬纸330对齐；然后再令纤维束5单独经过第二上撑轴312的顶部进行张力检测，用以控制收卷电机32保持能够取得纤维束的最佳收卷效果的转速，避免纤维束5在收卷到合并收卷轴30上的前一个状态与衬纸330贴合时发生偏斜，导致衬纸330对纤维束5隔离不完全而影响后续使用。

第二上撑轴312的位置高于第一上撑轴311和第三上撑轴313的位置、位于张力检测器35之上，纤维束5在收卷时有一定的张力，当纤维束绕过第二上撑轴312的顶部时，其张力越大、纤维束5对第二上撑轴312的压力就越大；张力检测器35通过检测第二上撑轴312受到的压力来判断纤维束5的张力大小，并通过调整收卷电机32的转速来调整纤维束5收卷过程中的张力，进而避免收卷后的纤维过于松弛或者张紧而影响产品性能和后续使用。检测纤维束5的张力之后，在第一上撑轴311的顶部，纤维束5与衬纸330再次进行交叠、贴合，而且衬纸330位于纤维束5的下方，因此，第一上撑轴311的设置对于衬纸330在收卷纤维束5时的隔离作用的施展至关重要。

为了确保纤维束5的收卷效果和收卷的顺畅性，第一上撑轴311与合并收卷轴30之间的垂直落差应该适当加大，以确保纤维束5和衬纸330在收卷到合并收卷轴30上之前、在第一上撑轴311的顶部进行完全贴合，避免纤维束5和衬纸330之间的贴合不顺而出现褶皱、偏移等现象。具体地，第一上撑轴311的位置应该高于合并收卷轴30收卷完成后的合并收卷轴上纤维束的最高点的位置，例如，第一上撑轴311的顶部与完成收卷后的合并收卷轴上的纤维束的最高点之间的公切线与机架31的底座之间仍有一定的夹角，示例性地，该夹角可以为5°～15°。

进一步地，为了确保纤维束5与衬纸330在第一上撑轴311的顶部进行贴合，合并收卷装置3还包括第一下压轴314。具体地，第一下压轴314位于第一上撑轴311和第二上撑轴312之间，且第一下压轴314的底部低于或者外切于第一上撑轴311的顶部和第二上撑轴312的顶部的公切线，即，第一下压轴314的底端低于第一上撑轴311的顶部与第二上撑轴312的顶部的公切线、或者第一下压轴314的底部与该公切线外切，以确保纤维束5在缠绕至合并收卷轴30之前确实绕过第一上撑轴311的顶部，即确保纤维束5与衬纸330确实在第一上撑轴311的顶部进行完全贴合。在一个典型的实施例中，第一下压轴314的底部低于或者外切于第一上撑轴311的顶部与完成收卷后的合并收卷轴30上纤维束的顶部之间的公切线的延长线，此种情况下，能够有效保证在合并收卷轴30收卷完成时，纤维束5与衬纸330仍然能够在第一上撑轴311的顶部进行贴合。

由于第二上撑轴312的位置较高，而纤维束5需要经过第三上撑轴313的顶部后绕过第二上撑轴312的顶部以检测其张力，为了确保纤维束5在绕过第二上撑轴312的顶部之前确实在第三上撑轴313的顶部与衬纸330进行贴合，本发明的合并收卷装置3还设置了第二下压轴315。具体地，第二下压轴315位于第二上撑轴312和第三上撑轴313之间，纤维束5依次绕过第三上撑轴313的顶部、第二下压轴315的底部、再绕过第二上撑轴312的顶部以检测张力；其中，第二下压轴315的底部低于或者外切于第二上撑轴312的顶部与第三上撑轴313的顶部的公切线，即第二下压轴315的底部、第二上撑轴312的顶部和第三上撑轴313的顶部三者相切，或者第二下压轴315的底部低于第二上撑轴312的顶部与第三上撑轴313的顶部的公切线，从而可以有效保证纤维束5在绕至第二上撑轴312的顶部之前必然会经过第三上撑轴313的顶部，与衬纸330进行试对齐、试贴合，避免二者发生偏斜。

第一下压轴314和第二下压轴315分别位于第二上撑轴312的两侧，且均低于第二上撑轴312设置，不仅可以有效确保纤维束5确实绕过第三上撑轴313的顶部和第一上撑轴311的顶部，而且还可以使纤维束5与第二上撑轴312之间的接触面足够，以使得纤维束5的张力检测更加准确。但是，第一下压轴314和第二下压轴315与第二上撑轴312之间的位置落差不宜过大，以免纤维束5过于紧绷而导致出现断丝现象，影响产品性能。

需要指出的是，为了确保收卷过程中纤维束的层与层之间的隔离效果，既能防止纤维粘连、又可以防止纤维在衬纸上发生滑动而影响收卷以及纤维质量，同时还尽量减小收卷后的纤维卷的体积，本发明中的纤维合并收卷设备中采用的衬纸330可以选用离型衬纸。

为了避免扩展槽21内产生的断裂毛丝在扩展槽内积聚或者附着在纤维束表面影响产品质量，在本发明的纤维合并扩展设备中，扩展装置2还包括体外过滤装置，该体外过滤装置设置在扩展槽21的外部，并且与扩展槽21相连通，对扩展槽21内的液体进行过滤。

图4示出了该体外过滤装置的一种实施例的结构示意图，参照图4所示，体外过滤装置24包括过滤罐241和设置在过滤罐241内的过滤体242，还包括第一水泵243和水箱244。其中，过滤罐241的顶部入口低于扩展槽21的底部出口设置，且过滤罐241的顶部入口与扩展槽21的底部出口相连通，为了避免液体中的毛丝导致堵塞，在扩展槽21的底部液体出口与过滤罐241之间不设置液体动力装置，而是利用液位差使得扩展槽21内的液体能够自动流入过滤罐241中进行过滤。过滤罐241的底部出口与水箱244的入口相连通，水箱244的出口与第一水泵243的入口相连通，第一水泵243的出口与扩展槽21的入口相连通，形成一个过滤循环通路。

纤维丝束在展宽过程中使用的液体温度较低，而在超声波扩展过程中，在超声波的振荡作用下液体温度逐渐升高，因此，在过滤毛丝之后的液体进行循环利用之前需要在水箱244中进行充分冷却。具体地，在水箱244内设置有温度检测装置(图中未示出)，用以实时检测水箱244内的液体温度，当温度达标后，再将水箱244内的液体回流至扩展槽21中进行再利用。第一水泵243的设置可以使得水箱244内的过滤后的液体能够顺利的补充到扩展槽21中，进行重复利用，节约资源。

如图4所示，在一个典型的实施例中，该体外过滤装置24还可以包括设置在过滤罐241和水箱244之间的第二水泵245，过滤罐241为密封结构，过滤罐241的底部出口与第二水泵245相连通，第二水泵245将过滤后的液体输送至水箱244中进行冷却、待用。第二水泵245将过滤罐241内的液体排放至水箱245中，使得过滤罐241内的气压大幅降低，与外界形成压力差，在此压力差的作用下可以加速扩展槽21内的液体向过滤罐241中流动，使得纤维断裂产生的毛丝能够随着液体的流动而排出扩展槽，避免毛丝在槽底积聚、甚至附着在纤维丝束的表层，对产品质量以及后续生产使用造成不良影响。

图5示出了过滤体242的一种具体实施例的结构示意图，图6示出了该实施例的过滤体242的剖视图，综合参照图5和图6所示，过滤体242包括过滤网242a和支撑架242b，支撑架242b为桶状结构，并且支撑架242b的边缘嵌设在过滤罐241的内部进行固定，过滤网242a铺设在支撑架242b上。具体地，过滤网242a将支撑架242b完全覆盖，以确保进入过滤罐241内的液体完全经过过滤网242a进行过滤，避免过滤不完全导致的毛丝回流。这种结构的过滤体242不仅能够对液体中的毛丝进行充分过滤，而且过滤网242a便于清洁清理，可以避免发生堵塞和粘连等情况。

另外，过滤体242还包括衬层242c，衬层242c为网状结构，并且与支撑架242b的形状相同。具体地，衬层242c与支撑架242b固定连接，并且过滤网242a设置在衬层242c与支撑架242b之间。其中，过滤网242a可以采用耐高温、耐腐蚀的柔性网，利用衬层242c和支撑架242b进行固定；衬层242c可以采用设置有漏孔的钢板，漏孔的直径大于过滤网242a的网孔直径，从而既可以对液体中的毛丝进行初步过滤，还可以对过滤网242a进行定位，避免柔性的过滤网242a发生偏移、褶皱、滑动等而影响过滤效果。具体地，过滤网242a可以采用不锈钢材质。通常情况下，过滤网242a的网孔直径为1mm～8mm即可，例如，过滤网242a的网孔直径可以设置为2.5mm、4mm等。

在一个典型的实施例中，为了确保过滤体242在使用中不会由于液体的冲击而发生变形，可以在衬层242c的顶部中央位置设置有撑杆242d，即撑杆242d撑在过滤体242的顶部。

具体地，支撑架242b也可以设置为网状结构，在这种情况下，为了进一步提高体外过滤装置24的过滤效果，将衬层242c的网孔与支撑架242b的网孔交错设置，支撑架242b可以起到第三重过滤的作用。采用这种由衬层242c、过滤网242a和支撑架242b三层结构的内嵌式分层过滤体，不仅能够确保将毛丝最大程度的过滤干净，而且便于清洁。

图7示出了本发明的纤维合并扩展设备中的扩展装置2的一种具体实施例的结构示意图，图8为图7中的A部局部放大图。牵引辊组23的多个牵引辊平行设置在扩展槽21中，对待扩展的纤维丝束进行支撑、引导。具体地，牵引辊组23包括上排牵引组辊和下排牵引组辊，上排牵引组辊和下排牵引组辊平行且均匀设置在扩展槽21的侧壁上，并且上排牵引组辊与下排牵引组辊交替设置。需要展宽的纤维丝束交替绕过上排牵引组辊和下排牵引组辊中的牵引辊，通过合理设计牵引辊的直径和相邻牵引辊之间的间距，结合超声波发生器22发出的超声波频率等因素，有效确保碳纤维丝束的展宽宽度。

其中，牵引辊组23的牵引辊表面经喷砂抛光处理或者镀铬抛光处理，喷砂可以使得牵引辊表面粗糙，与碳纤维丝束接触时具有一定的碾压作用，利于碳纤维丝束展宽，而抛光可以有效避免缠纱现象的发生，减小丝束损伤，确保产品质量。但是，过多的牵引辊进行喷砂抛光处理也会使得碳纤维丝束发生断丝，所以需要设置一部分镀铬抛光(也叫镜面抛光)处理的牵引辊，其数量和排布可以根据碳纤维丝束的生产要求和走向进行设置。另外，牵引辊两端可以用U型卡进行固定连接，可以有效的控制牵引辊是否旋转，拆装更为方便、快捷。

由于进入扩展槽21中进行扩展后的纤维束表层会带有扩展槽21中的液体，为避免纤维束表层带出的液体滴落在后续设备上，不仅造成脏污、甚至影响设备的运行和使用寿命，而且不利于纤维束的干燥，影响纤维丝束的展宽效果，在扩展槽21的出料端设置有按压辊25和按压结构26，对扩展后的纤维束进行按压，初步排出丝束中带出的水分。其中，按压辊25可以设置为海绵辊，即在中心轴的表面设置一定厚度的海绵，以便对纤维丝束表层的水分进行吸附或挡排。传统的按压辊使用气缸提供压力，对按压辊的质量要求较高，而且控制非常不便。

在本发明的纤维合并扩展设备中，按压结构26采用机械可调式按压，具体地，按压结构26包括连接板261、固定块262和调节杆263。其中，连接板261的第一端与扩展槽21铰接，连接板261的第二端与按压辊25铰接，使得按压辊25既能够通过连接板261相对于扩展槽21进行旋转、便于将按压辊25抬起或放下，按压辊25还可以绕其中心轴进行自转，便于对按压辊25的按压面进行调整使用，延长按压辊25的使用寿命。固定块262固定在连接板261上，调节杆263与固定块262传动连接，且调节杆263的第一端抵在扩展槽21上。其中，调节杆263的调节方向与连接板261的侧面相平行，其实质是与接触的扩展槽21的该侧壁相平行，以便调节杆263的安装和调节使用。在使用过程中，可以根据生产需要对调节杆263向下或向上调节来控制按压辊25的下降或抬起的微调，以便根据产品厚度、生产工艺及产品要求等因素来控制按压辊25施加到纤维丝束上的按压力的大小。在一个典型的实施例中，调节杆263与固定块262之间可以是螺旋连接，例如，调节杆263可以选用长螺栓，在固定块262内设置相应大小的穿透的螺纹孔即可，只需调节杆263的长度大于固定块262的高度、甚至大于连接板261的宽度。相较于传统的气缸结构及工艺，本发明中采用的按压结构26的调节更为方便、快捷，按压力度调整更为精确，施加力度均匀，而且节约能耗。

由于本发明的纤维合并扩展是在液体中进行，因此，该纤维合并扩展设备必不可少的还包括干燥装置4，干燥装置4设置在扩展装置2的第二端与合并收卷装置3之间，邻近按压辊25设置。经过牵引辊组23的牵引在扩展槽21中充分得以扩展后的纤维束，在按压辊25的初步按压排水后，经过干燥装置4中的干燥辊组进一步烘干后，即可进行收卷待用。图9示出了本发明的干燥装置4中的干燥辊组的一种具体实施例的结构示意图，参照图9所示，该干燥装置4包括第一干燥辊组41和第二干燥辊组42，第一干燥辊组41设置在第二干燥辊组42的上方。纤维束5依次绕过第一干燥辊组41的和第二干燥辊组42，实现对纤维束5的双面加热烘干，确保纤维束受热均匀，保证产品质量。

具体地，第一干燥辊组41包括至少两个第一干燥辊410，第二干燥辊组42包括至少一个第二干燥辊420，第一干燥辊410和第二干燥辊420交替设置。纤维束5依次交替绕过第一干燥辊410和第二干燥辊420，交替对纤维束5的两面进行烘干，避免长时间对纤维束的某一面加热后再对另一面进行烘干而导致的产品两面烘干效果不一、或者由于第一面烘干时对第二面有一定的加热效果而使得第二面的加热温度难以控制，从而对纤维束的某一面造成损伤。在图9所示的实施例中，第一干燥辊组41包括三个第一干燥辊410，第二干燥辊组42包括两个第二干燥辊420，三个第一干燥辊410和两个第二干燥辊420交替设置。待烘干的纤维束5依次绕过第一个第一干燥辊410、第一个第二干燥辊420、第二个第一干燥辊410、第二个第二干燥辊420、第三个第一干燥辊410，其中，第一干燥辊410对纤维束的第一面进行干燥，第二干燥辊420对纤维束的第二面进行干燥。

具体地，不仅可以通过控制烘干温度来控制纤维束5的烘干效果，纤维束5绕过第一干燥辊410和绕过第二干燥辊420的包角大小，对纤维束5的受热面积具有直观影响，是直接影响纤维束5的烘干效果的主要因素之一。通常情况下，第一干燥辊410的直径为180mm～210mm，第二干燥辊420的直径为180mm～210mm时，若采用图9所示的五轴式加热的方式进行烘干，第一干燥辊410的第一包角β为180°～280°，第二干燥辊420的第二包角γ为180°～280°，既能够保证碳纤维丝束的烘干效果，又不会对丝束由于加热过度而造成损伤，影响产品质量。例如，第一包角β和第二包角γ均可以设置为200°、215°、228°、240°等。

为了控制纤维束5的烘干效果，还可以通过第一干燥辊组41和第二干燥辊组42之间的间距、第一干燥辊410与相邻第二干燥辊420之间的水平间距等参数来实现。通常情况下，若干燥辊的直径为180mm～210mm，可以采用第一干燥辊组41和第二干燥辊组42之间的垂直中心距为180mm～220mm，两个相邻第一干燥辊410之间的中心距为240mm～270mm，若第二干燥辊组42包括两个或两个以上第二干燥辊420时，两个相邻第二干燥辊420之间的中心距也可以设置为240mm～270mm，即可达到纤维束5的最佳烘干效果。例如，第一干燥辊组41和第二干燥辊组42之间的垂直中心距可以设置为185mm、196mm、210mm等，两个相邻第一干燥辊410之间的中心距和两个相邻第二干燥辊420之间的中心距均可以设置为248mm、256mm、264mm等。另外，还可以通过设置相邻两个干燥辊之间的间隙来调整，示例性地，两个相邻第一干燥辊410之间的间隙和两个相邻第二干燥辊420之间的间隙均可以设置为45mm～68mm。

最后需要指出的是，为了避免在烘干过程中发生缠纱现象，各干燥辊的表面也可以进行喷砂抛光处理或者镀铬抛光处理。

使用本发明的纤维合并展宽设备，可以将多锭纤维丝束同时展宽后合并为一体，形成预定宽度的纤维束，而且收卷长度大大提高，在后续预浸料生产等过程中，不仅避免了频繁更换纱盘带来的产能、效率、质量等方面的影响，而且有效减少产品拼接缝的出现，进一步提高产品质量，大大提高了产品的市场竞争力，为公司带来极大的经济和市场效益。

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 (7)

1.一种纤维合并扩展设备，其特征在于，所述纤维合并扩展设备用于实现将N锭纤维纱束展宽之后收卷为M卷纱卷，其中，N为大于M的正整数，M为大于或等于1的正整数；

所述纤维合并扩展设备包括放纱装置（1）、扩展装置（2）和合并收卷装置（3），其中，所述放纱装置（1）与所述扩展装置（2）的第一端相邻设置，所述放纱装置（1）可同时放置N锭纤维纱束；在所述扩展装置（2）的第一端的相邻纤维纱束的边缘之间的距离小于或等于所述扩展装置（2）的扩展宽度；所述合并收卷装置（3）与所述扩展装置（2）的第二端相邻设置，所述合并收卷装置（3）包括M个并列设置的合并收卷轴（30）；

所述扩展装置（2）包括扩展槽（21）、超声波发生器（22）和牵引辊组（23），所述超声波发生器（22）按照矩阵排列方式分布在所述扩展槽（21）的内壁和底部，使得超声波发生器（22）遍布在扩展槽（21）内；其中，分布于所述扩展槽（21）底部的所述超声波发生器（22）发出的超声波使纤维丝束发生上下方向的垂直振荡，以使每束纤维丝束松散化；沿纤维丝束的延伸方向，分布于所述扩展槽（21）的左右两内壁上的所述超声波发生器（22）发出的超声波使纤维丝束产生宽度方向的振荡，以使每束纤维丝束宽度方向的展宽；沿纤维丝束的延伸方向，分布于所述扩展槽（21）的前后两内壁上的所述超声波发生器（22）发出的超声波在展宽纤维丝束的同时，使纤维丝束捋顺；其中，所述超声波发生器（22）发出的超声波频率为30~315MHZ；所述牵引辊组（23）与所述扩展槽（21）的内壁固定连接；

所述合并收卷装置（3）还包括机架（31）、收卷电机（32）、衬纸轴（33）和纠偏控制器（34），其中，所述合并收卷轴（30）设置在所述机架（31）的第一端，所述收卷电机（32）与所述合并收卷轴（30）传动连接，所述衬纸轴（33）设置在所述机架（31）的第二端，且所述衬纸轴（33）上的衬纸（330）绕过所述机架（31）缠绕在所述合并收卷轴（30）上，所述纠偏控制器（34）与所述机架（31）传动连接；

所述合并收卷装置（3）还包括张力检测器（35）、第一上撑轴（311）、第二上撑轴（312）、第三上撑轴（313）、第一下压轴（314）和第二下压轴（315），其中，所述张力检测器（35）与所述机架（31）的顶部固定连接，所述第一上撑轴（311）设置在所述机架（31）的第一端，邻近所述合并收卷轴（30）设置，且所述第一上撑轴（311）的位置高于所述合并收卷轴（30）收卷完成后的所述合并收卷轴（30）上纤维束（5）的最高点的位置；所述第二上撑轴（312）的底座与所述张力检测器（35）固定连接，所述第三上撑轴（313）设置在所述机架（31）的第二端；所述第一下压轴（314）位于所述第一上撑轴（311）和所述第二上撑轴（312）之间，且所述第一下压轴（314）的底部低于或者外切于所述第一上撑轴（311）的顶部和所述第二上撑轴（312）的顶部的公切线；所述第二下压轴（315）位于所述第二上撑轴（312）和所述第三上撑轴（313）之间，且所述第二下压轴（315）的底部低于或者外切于所述第二上撑轴（312）的顶部与所述第三上撑轴（313）的顶部的公切线；

所述衬纸轴（33）上的所述衬纸（330）依次绕过所述第三上撑轴（313）的顶部和所述第一上撑轴（311）的顶部后缠绕在所述合并收卷轴（30）上，扩展合并后的所述纤维束（5）依次绕过所述第三上撑轴（313）的顶部、所述第二上撑轴（312）的顶部和所述第一上撑轴（311）的顶部，并在所述第一上撑轴（311）的顶部与所述衬纸（330）对齐、贴合后缠绕在所述合并收卷轴（30）上；所述纤维束（5）与衬纸（330）在所述第三上撑轴（313）的顶部进行第一次贴合，通过所述纠偏控制器（34）检测所述纤维束（5）与所述衬纸（330）之间是否有偏移、并进行位置校正，确认所述纤维束（5）与所述衬纸（330）对齐；在所述第一上撑轴（311）的顶部，所述纤维束（5）与所述衬纸（330）再次进行交叠、贴合。

2.如权利要求1所述的纤维合并扩展设备，其特征在于，所述纠偏控制器（34）包括红外探测器（341）、微调电机和传动轨道（342），所述红外探测器（341）固定在所述机架（31）上，且位于所述机架（31）的侧部，所述微调电机与所述红外探测器（341）电连接、与所述传动轨道（342）传动连接，所述传动轨道（342）与所述机架（31）的底部传动连接。

3.如权利要求1所述的纤维合并扩展设备，其特征在于，所述扩展装置（2）还包括体外过滤装置（24），所述体外过滤装置（24）包括过滤罐（241）和设置在所述过滤罐（241）内的过滤体（242），还包括第一水泵（243）和水箱（244），其中，所述过滤罐（241）的顶部入口低于所述扩展槽（21）的底部出口设置，且所述过滤罐（241）的顶部入口与所述扩展槽（21）的底部出口相连通，所述过滤罐（241）的底部出口与所述水箱（244）的入口相连通，所述水箱（244）的出口与所述第一水泵（243）的入口相连通，所述第一水泵（243）的出口与所述扩展槽（21）的入口相连通；所述过滤体（242）包括过滤网（242a）和支撑架（242b），所述支撑架（242b）为桶状结构，且所述支撑架（242b）的边缘嵌设在所述过滤罐（241）的内部，所述过滤网（242a）铺设在所述支撑架（242b）上。

4.如权利要求3所述的纤维合并扩展设备，其特征在于，所述过滤体（242）还包括衬层（242c），所述衬层（242c）为网状结构，且与所述支撑架（242b）的形状相同；所述衬层（242c）与所述支撑架（242b）固定连接，且所述过滤网（242a）设置在所述衬层（242c）与所述支撑架（242b）之间；

所述支撑架（242b）为网状结构，且所述衬层（242c）的网孔与所述支撑架（242b）的网孔交错设置。

5.如权利要求1所述的纤维合并扩展设备，其特征在于，所述扩展槽（21）的出料端设置有按压辊（25）和按压结构（26），所述按压结构（26）包括连接板（261）、固定块（262）和调节杆（263）；其中，所述连接板（261）的第一端与所述扩展槽（21）铰接，所述连接板（261）的第二端与所述按压辊（25）铰接；所述固定块（262）固定在所述连接板（261）上，所述调节杆（263）与所述固定块（262）传动连接，且所述调节杆（263）的第一端抵在所述扩展槽（21）上。

6.如权利要求1所述的纤维合并扩展设备，其特征在于，纤维合并扩展设备还包括干燥装置（4），所述干燥装置（4）设置在所述扩展装置（2）的第二端与所述合并收卷装置（3）之间；

所述干燥装置（4）包括第一干燥辊组（41）和第二干燥辊组（42），所述第一干燥辊组（41）设置在所述第二干燥辊组（42）的上方。

7.如权利要求6所述的纤维合并扩展设备，其特征在于，所述第一干燥辊组（41）包括至少两个第一干燥辊（410），所述第二干燥辊组（42）包括至少一个第二干燥辊（420），所述第一干燥辊（410）和所述第二干燥辊（420）交替设置；

所述第一干燥辊（410）的第一包角β为180°~280°，所述第二干燥辊（420）的第二包角γ为180°~280°。