CN109115583A - 一种高性能碳纤维复丝自动制样装置及方法 - Google Patents

一种高性能碳纤维复丝自动制样装置及方法 Download PDF

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CN109115583A CN201811365852.5A CN201811365852A CN109115583A CN 109115583 A CN109115583 A CN 109115583A CN 201811365852 A CN201811365852 A CN 201811365852A CN 109115583 A CN109115583 A CN 109115583A
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杜婷婷
张新伟
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张永明
王永生
翟华
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Sino Technology Co Ltd
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Sino Technology Co Ltd
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Abstract

本申请公开了一种高性能碳纤维复丝自动制样装置，包括依次排列的用于悬挂纤维卷的纤维纱架、浸胶槽、温控固化炉、复丝样条牵引装置、纤维切刀以及预牵伸装置；还包括控制所述复丝样条牵引装置和纤维切刀开合的总控制器；所述预牵伸装置给悬挂在纤维纱架上的并依次经过浸胶槽、温控固化炉、复丝样条牵引装置和纤维切刀的纤维丝束提供预牵伸力；预牵伸后的纤维丝束依次经过浸胶槽浸胶、温控固化炉加热固化后被复丝样条牵引装置牵引至纤维切刀上被切割成多段样品。同时本申请可实现多组样品同时进行制样，并且可实现碳纤维复丝的定长切割，大大降低碳纤维复丝制样过程中引入的人为操作误差。

Description

一种高性能碳纤维复丝自动制样装置及方法
技术领域
本公开一般涉及高性能碳纤维的技术领域，具体涉及一种高性能碳纤维复丝自动制样装置及方法。
背景技术
碳纤维是一种高强、高模的含碳量在94％以上的新型纤维材料，它具有优异的力学性能，比重不到钢的1/4，由其制成的复合材料的抗拉强度却是钢的7-9倍，抗拉弹性模量也优于钢，因其种种优势，使得该材料的应用越来越广泛，高端体育器材、压力容器、航空航天、汽车轻量化、风电叶片等涉及民生的各行各业均开始有了不同程度的使用。
随着中国碳纤维技术的逐步突破，中国碳纤维的生产打破了国外的技术垄断，T300、T700碳纤维已实现了稳定的国产化，国内的碳纤维检测技术也在这一过程中逐步得到改进与完善，稳定可靠的检测数据为我国碳纤维行业突破国外技术壁垒提供了强有力的数据支持，为技术改进提供了指导依据。
目前碳纤维复丝制样过程大多采用手工缠丝、浸胶、烘箱固化的模式，因在手工缠丝过程中可能会导致纤维加捻，无法保证张力的均匀度和纤维束间的平行度，使得最终所制作的复丝样条的测试结果不能完全真实反应出高性能碳纤维的力学性能。后虽有碳纤维束丝自动浸胶制备复丝的办法，因需将浸胶后的碳纤维束丝逐步缠绕在绕丝架上旋转再浸胶，然后剪下固化，过程中胶液易浪费，且浸胶后的丝束不便转移、复丝样品呈片状不易于测试模量等原因，并没有得到普遍应用。
目前国内碳纤维制样过程大多采用手工缠丝、浸胶、烘箱固化的模式，在制样过程中所引入的人为操作误差较大，且因在手工缠丝过程中可能会导致纤维加捻，纤维制样过程中的张力均匀度、纤维束间的平行度无法完全保证，使得最终所制作的复丝样条的测试结果不能完全真实反应出高性能碳纤维的力学性能。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种大大降低碳纤维复丝制样时间，提高检测效率，可为碳纤维生产线提供高质量、高时效的检测数据的高性能碳纤维复丝自动制样装置及方法。
第一方面本申请提供一种高性能碳纤维复丝自动制样装置，包括依次排列的用于悬挂纤维卷的纤维纱架、浸胶槽、分段温控固化炉、复丝样条牵引装置、纤维切刀以及预牵伸装置；还包括控制所述复丝样条牵引装置和纤维切刀开合的总控制器；所述预牵伸装置给悬挂在纤维纱架上的并依次经过浸胶槽、温控固化炉、复丝样条牵引装置和纤维切刀的纤维丝束提供预牵伸力；预牵伸后的纤维丝束依次经过浸胶槽浸胶、温控固化炉加热固化后被复丝样条牵引装置牵引至纤维切刀上被切割成多段样品。
根据本申请实施例提供的技术方案,所述浸胶槽的靠近纤维纱架的一端上方以及底面均设置有传动辊；所述浸胶槽的与所述温控固化炉相邻的一端设置有可升降的刮胶板。
根据本申请实施例提供的技术方案,所述浸胶槽的侧壁顶部开设有插入所述刮胶板的插槽；所述插槽的底部中央可转动的安装有沿插槽长度方向延伸的转轴，所述转轴的中部固定连接有凸轮；所述刮胶板的底面开设有供所述凸轮插入的限位槽；所述转轴的端部伸出所述浸胶槽的侧壁安装有转动手柄。
根据本申请实施例提供的技术方案,所述浸胶槽内的胶样含量在浸胶槽容量的二分之一以上。
根据本申请实施例提供的技术方案,所述浸胶槽内设置有恒温控制装置。
根据本申请实施例提供的技术方案,所述复丝样条牵引装置包括下传送组件和上传送组件以及控制上传送组件上下运动的驱动机构。
根据本申请实施例提供的技术方案,所述纤维切刀包括位于传送的纤维丝束下方的底座、铰接在底座一端的铡刀；所述底座的另一端固定有切割电机，所述切割电机的转轴上固定有与所述铡刀的刀柄固定连接的钢丝绳；所述铡刀与底座的铰接处还通过弹簧连接。
第二方面，本申请还提供一种使用上述高性能碳纤维复丝自动制样装置的制样方法，包括以下步骤：
将若干纤维卷挂于纤维纱架上；
控制复丝样条牵引装置和纤维切刀打开；
将纤维经由浸胶槽、温控固化炉、控制器、复丝样条牵引装置和纤维切刀后固定于预牵伸装置上；
启动温控固化炉加热至设定温度并恒定；
将调配好的树脂体系倒入浸胶槽中；
控制器控制预牵伸装置运行设定时间t1后停止使得首段浸胶固化后的样条的端部到达纤维切刀处；
控制纤维切刀动作一次并同时启动复丝样条牵引装置；
保持复丝样条牵引装置持续工作并控制纤维切刀每间隔设定时间t2后闭合一次。
根据本申请实施例提供的技术方案，上述方法还包括以下步骤：
观察纤维切刀所分割的样品的含胶量，当含胶量大于经验厚度时，控制刮胶板往上运动；当含胶量小于经验值时，控制刮胶板往下运动。
根据本申请实施例提供的技术方案，上述方法还包括以下步骤：维持所述浸胶槽内的温度为20-30摄氏度中的一个固定数值。
本申请中的复丝样品牵伸装置为碳纤维贯穿整套设备提供动力，分段式高温炉提供浸胶复丝固化环境，定长纤维切刀将固化后的复丝样条切割成适合测试条件的有效长度，整套装置能够实现复丝制样的自动化，避免人工制样产生的波动，大大节约人工成本。同时本申请可实现多组样品同时进行制样，并且可实现碳纤维复丝的定长切割，大大降低碳纤维复丝制样过程中引入的人为操作误差。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本申请一种实施例的结构示意图；
图2为本申请第二种实施例的步骤流程示意图；
图中标号：
10、纤维纱架；
20、浸胶槽；
30、温控固化炉；
40、复丝样条牵引装置；
50、纤维切刀
60、预牵伸装置；
31、刮胶板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
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组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参考图1为本申请一种高性能碳纤维复丝自动制样装置，一种实施例的结构示意图，包括依次排列的用于悬挂纤维卷的纤维纱架10、浸胶槽20、分段温控固化炉30、复丝样条牵引装置40、纤维切刀50以及预牵伸装置60；还包括控制所述复丝样条牵引装置40和纤维切刀50开合的总控制器；所述预牵伸装置60给悬挂在纤维纱架10上的并依次经过浸胶槽20、温控固化炉30、复丝样条牵引装置40和纤维切刀50的纤维丝束提供预牵伸力；预牵伸后的纤维丝束依次经过浸胶槽20浸胶、温控固化炉30加热固化后被复丝样条牵引装置40牵引至纤维切刀50上被切割成多段样品。
在本实施例中，分段温控固化炉指的是固化炉体的前段、中段、后段均可独立控制、设定温度，以满足不同树脂的梯度升温固化的要求。
优选地,所述浸胶槽20的靠近纤维纱架10的一端上方以及底面均设置有传动辊；所述浸胶槽20的与所述温控固化炉30相邻的一端设置有可升降的刮胶板31。刮胶板31抬高时，可将浸完胶后的纤维丝束上的样品上的胶样刮地更干净；当刮胶板31降低时，可减少刮胶板对浸完胶后的纤维丝束上的样品的胶的刮除，提高纤维丝束的含胶量。
优选地,所述浸胶槽的侧壁顶部开设有插入所述刮胶板的插槽；所述插槽的底部中央可转动的安装有沿插槽长度方向延伸的转轴，所述转轴的中部固定连接有凸轮；所述刮胶板的底面开设有供所述凸轮插入的限位槽；所述转轴的端部伸出所述浸胶槽的侧壁安装有转动手柄。通过转动手柄带动转轴转动，从而带动凸轮转动，凸轮的不同位置与刮胶板接触时，刮胶板的高低不同；为了避免凸轮与刮胶板之间滑动或回转，转轴与其所在的转孔之间需要克服一定的阻力才能转动。
在本实施例中，所述浸胶槽内设置有恒温控制装置，如此可进一步减缓胶的固化时间。
在本实施例中，所述浸胶槽内的胶样含量在浸胶槽容量的二分之一以上。由于该浸胶槽为控温式设计，胶液中的丙酮溶剂较易挥发，如槽内胶液容量小于二分之一时，纤维在运行过程中会出现浸到胶液上方的现象。
优选地,所述复丝样条牵引装置包括下传送组件和上传送组件以及控制上传送组件上下运动的驱动机构。上传送组件和下传送组件例如可以为传送面相对设置的传送带，当上传送组件与下传送组件贴合的时候，上传送组件与下传送组件时间同向往复丝样条牵引装置的方向移动，从而带动固化后的纤维往复丝样条牵引装置的方向移动。上述上传送组件的上下移动例如可以通过液压缸控制。
优选地,所述纤维切刀包括位于传送的纤维丝束下方的底座、铰接在底座一端的铡刀；所述底座的另一端固定有切割电机，所述切割电机的转轴上固定有与所述铡刀的刀柄固定连接的钢丝绳；所述铡刀与底座的铰接处还通过弹簧连接。总控制器控制切割电机间隔一定时间t1后转动设定圈数后反转回到原始位置，使得铡刀下压将固化后的纤维切断，铡刀在切割电机反转后在弹簧的恢复力下打开。
上述总控制器例如可以为控制切割电机、上传送组件、下传送组件以及控制上传送组件上下运动的液压缸的PLC控制器。
如图2所示，使用上述装置的制样方法包括以下步骤：
s10、将若干纤维卷挂于纤维纱架上；
s20、控制复丝样条牵引装置和纤维切刀打开；
s30、将纤维经由浸胶槽、温控固化炉、控制器、复丝样条牵引装置和纤维切刀后固定于预牵伸装置上；
s40、启动温控固化炉加热至设定温度并恒定；
s50、将调配好的树脂体系倒入浸胶槽中；
s60、控制器控制预牵伸装置运行设定时间t1后停止使得首段浸胶固化后的样条的端部到达纤维切刀处；
s70、控制纤维切刀动作一次并同时启动复丝样条牵引装置；
s80、保持复丝样条牵引装置持续工作并控制纤维切刀每间隔设定时间t2后闭合一次。设定时间t2和需要复丝制样的长度与复丝样条牵引装置的运行速度的商一致。
优选地：观察纤维切刀所分割的样品的含胶量，当含胶量大于经验厚度时，控制刮胶板往上运动；当含胶量小于经验值时，控制刮胶板往下运动。
优选地：维持所述浸胶槽内的温度为20-30摄氏度中的一个固定数值，优选地为20摄氏度。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种高性能碳纤维复丝自动制样装置，其特征在于,包括依次排列的用于悬挂纤维卷的纤维纱架、浸胶槽、分段温控固化炉、复丝样条牵引装置、纤维切刀以及预牵伸装置；还包括控制所述复丝样条牵引装置和纤维切刀开合的总控制器；所述预牵伸装置给悬挂在纤维纱架上的并依次经过浸胶槽、温控固化炉、复丝样条牵引装置和纤维切刀的纤维丝束提供预牵伸力；预牵伸后的纤维丝束依次经过浸胶槽浸胶、温控固化炉加热固化后被复丝样条牵引装置牵引至纤维切刀上被切割成多段样品。
2.根据权利要求1所述的高性能碳纤维复丝自动制样装置，其特征在于,所述浸胶槽的靠近纤维纱架的一端上方以及底面均设置有传动辊；所述浸胶槽的与所述温控固化炉相邻的一端设置有可升降的刮胶板。
3.根据权利要求2所述的高性能碳纤维复丝自动制样装置，其特征在于,所述浸胶槽的侧壁顶部开设有插入所述刮胶板的插槽；所述插槽的底部中央可转动的安装有沿插槽长度方向延伸的转轴，所述转轴的中部固定连接有凸轮；所述刮胶板的底面开设有供所述凸轮插入的限位槽；所述转轴的端部伸出所述浸胶槽的侧壁安装有转动手柄。
4.根据权利要求2所述的高性能碳纤维复丝自动制样装置，其特征在于,所述浸胶槽内的胶样含量在浸胶槽容量的二分之一以上。
5.根据权利要求3所述的高性能碳纤维复丝自动制样装置，其特征在于,所述浸胶槽内设置有恒温控制装置。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的高性能碳纤维复丝自动制样装置，其特征在于,所述复丝样条牵引装置包括下传送组件和上传送组件以及控制上传送组件上下运动的驱动机构。
7.根据权利要求1至5任意一项所述的高性能碳纤维复丝自动制样装置，其特征在于,所述纤维切刀包括位于传送的纤维丝束下方的底座、铰接在底座一端的铡刀；所述底座的另一端固定有切割电机，所述切割电机的转轴上固定有与所述铡刀的刀柄固定连接的钢丝绳；所述铡刀与底座的铰接处还通过弹簧连接。
8.使用权利要求1所述的高性能碳纤维复丝自动制样装置的制样方法，其特征在于，包括以下步骤：
将若干纤维卷挂于纤维纱架上；
控制复丝样条牵引装置和纤维切刀打开；
将纤维经由浸胶槽、温控固化炉、控制器、复丝样条牵引装置和纤维切刀后固定于预牵伸装置上；
启动温控固化炉加热至设定温度并恒定；
将调配好的树脂体系倒入浸胶槽中；
控制器控制预牵伸装置运行设定时间t1后停止使得首段浸胶固化后的样条的端部到达纤维切刀处；
控制纤维切刀动作一次并同时启动复丝样条牵引装置；
保持复丝样条牵引装置持续工作并控制纤维切刀每间隔设定时间t2后闭合一次。
9.根据权利要求8所述的高性能碳纤维复丝自动制样方法，其特征在于，还包括以下步骤：
观察纤维切刀所分割的样品的含胶量，当含胶量大于经验厚度时，控制刮胶板往上运动；当含胶量小于经验值时，控制刮胶板往下运动。
10.根据权利要求8所述的高性能碳纤维复丝自动制样方法，其特征在于，还包括以下步骤：维持所述浸胶槽内的温度为20-30摄氏度中的一个固定数值。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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