CN109219678A - 鉴定和修复站 - Google Patents

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Abstract

本文提供用于复丝丝束(multi‑filament tow)的鉴定和修复的设备。在一些实施方式中，用于检查和修复复丝丝束的设备包括：第一线轴，具有卷绕在第一线轴上的复丝丝束；第一丝束张紧器，在第一线轴之后，以在复丝丝束上施加预定的张力；退浆腔室，包含加热器，以将复丝丝束加热至适于移除复丝丝束上的涂层的第一温度；检查腔室，经配置以检查复丝丝束的缺陷；修复腔室，经配置以修复复丝丝束中的缺陷；第二丝束张紧器，在修复腔室之后，以在复丝丝束上施加预定的张力；和第二线轴，在第二丝束张紧器之后，以收集复丝丝束。

Description

鉴定和修复站
技术领域
本公开内容的实施方式总体涉及连续丝束处理系统，特别是用于在丝束材料上沉积涂层之前对复丝丝束(multi-filament tow)中的单丝缺陷进行鉴定和修复的系统。
背景技术
陶瓷基复合材料(CMC)由嵌入在陶瓷基体中的陶瓷纤维组成。开发CMC以解决传统技术的陶瓷的限制，这些限制禁止在高温和氧化环境中的使用。传统的非强化技术的陶瓷(包括氧化铝、碳化硅、氮化铝、氮化硅和氧化锆)具有低的抗裂性，因此在机械和热机械负载下容易断裂。这些材料限制可通过整合多股长的陶瓷纤维以能够实现更大的断裂伸长率、断裂韧性、抗热震性和耐动态疲劳性而解决。
非氧化物多晶陶瓷纤维(通常为碳化硅(SiC)纤维)用作陶瓷基复合材料(CMC)中的连续长度结构强化。用于CMC制造的SiC基陶瓷纤维具有小直径、高热导率，低表面粗糙度和无碳表面。此外，SiC基陶瓷纤维在高温下、在高机械应力下和在氧化环境中具有如所制造的高的拉伸强度。
化学气相渗透(CVI)用于在陶瓷纤维上产生呈现薄共形封装层形式的环境阻挡物。通常，涂覆的纤维比未涂覆的纤维具有机械、热和化学优势。SiC基纤维表面上的氮化硼(BN)和含碳破裂偏转界面涂层改善高温下SiC基纤维的抗氧化性能。
然而，本发明人已经观察到复丝SiC丝束(如，无捻的连续丝的束)上的聚醋酸乙烯酯(PVA)涂层中的缺陷(诸如破裂或松散的丝)和不均匀性可导致在涂覆工艺中的扰动。这种扰动可导致诸如不均匀的涂层厚度和丝粘在一起的问题。此外，断裂或松散的的丝将在丝束输送系统中产生绒毛，这可导致进一步的丝束破裂和丝束断裂。
因此，本发明人提供了用于复丝丝束的鉴定和修复的改进设备。
发明内容
本文提供用于复丝丝束的鉴定和修复的设备。在一些实施方式中，一种用于检查和修复复丝丝束的设备包括：第一线轴，具有卷绕在第一线轴上的复丝丝束；第一丝束张紧器，在第一线轴之后，以在复丝丝束上施加预定的张力；退浆腔室，包含加热器，以将复丝丝束加热至适于移除复丝丝束上的涂层的第一温度；检查腔室，经配置以检查复丝丝束的缺陷；修复腔室，经配置以修复复丝丝束中的缺陷；第二丝束张紧器，在修复腔室之后，以在复丝丝束上施加预定的张力；和第二线轴，在第二丝束张紧器之后，以收集复丝丝束。
在一些实施方式中，一种检查和修复复丝丝束的方法包括以下步骤：从第一线轴解除缠绕复丝丝束；在退浆腔室中将复丝丝束加热到适于移除复丝丝束上的涂层的第一温度；在检查腔室中检查复丝丝束的单丝的缺陷；如果发现有缺陷的丝，则在修复腔室中修复有缺陷的丝，或从复丝丝束移除有缺陷的丝；和将离开修复腔室的复丝丝束缠绕到第二线轴上。
在一些实施方式中，一种用于检查和修复复丝丝束的设备包括：第一线轴，具有卷绕在第一线轴上的复丝丝束；第一电动机，耦接到第一线轴，以旋转第一线轴并从第一线轴解除卷绕复丝丝束；第一丝束张紧器，在第一线轴之后，以在复丝丝束上施加预定的张力；第一间距控制器，在第一线轴与第一丝束张紧器之间与第一线轴在一直线上，以允许复丝丝束以受控的方式解除缠绕；第一张力传感器，在第一间距控制器与第一丝束张紧器之间与第一线轴在一直线上，以测量由第一丝束张紧器在复丝丝束上产生的力；退浆腔室，包含加热器，以将复丝丝束加热到适于移除复丝丝束上的涂层的第一温度；第一滑轮，在第一丝束张紧器与退浆腔室之间与第一线轴在一直线上；检查腔室，经配置以检查复丝丝束的缺陷；修复腔室，经配置以修复在复丝丝束中的缺陷；第二丝束张紧器，在修复腔室之后，以在复丝丝束上施加预定的张力；第二滑轮，在修复腔室与第二丝束张紧器之间与第一线轴在一直线上；第二张力传感器，与第二滑轮在一直线上并在第二丝束张紧器之后，以测量由第二丝束张紧器在复丝丝束上产生的力；第二间距控制器，与第二滑轮在一直线上并在第二张力传感器之后，以允许复丝丝束以受控的方式缠绕到第二线轴上；第二线轴，在第二丝束张紧器之后，以收集复丝丝束；和第二电动机，耦接到第二线轴，以旋转第二线轴并将复丝丝束卷绕到第二线轴上。
下面描述本公开内容的其他和进一步的实施方式。
附图说明
通过参考附图中描绘的本公开内容的说明性实施方式可理解简要总结于上并更详细讨论于下的本公开内容的实施方式。然而，附图仅图示本公开内容的典型实施方式，因此不应被认为是对范围的限制，因为本公开内容可允许其他等效的实施方式。
图1描绘根据本公开内容的一些实施方式的用于鉴定和修复复丝丝束的设备的示意图。
图2描绘图示根据本公开内容的一些实施方式的检查和修复复丝丝束的方法的流程图。
为促进理解，已尽可能使用相同的参考数字来表示附图共有的相同元件。附图没有按比例绘制，并且为了清楚起见可被简化。一个实施方式的元件和特征可有利地并入其他实施方式中，而无需进一步叙述。
具体实施方式
本公开内容的实施方式有利地提供用于复丝丝束的鉴定和修复的改进设备。在将复丝丝束暴露于阻挡涂层工艺之前，本公开内容的实施方式有利地识别并且移除或修复单丝的缺陷。本公开内容的实施方式有利地提供改进的正常运行时间、处理量和成品率以及改进质量的丝束。
例如，本发明的实施方式提供一种自动化系统，用于考核进入的陶瓷丝束以用于随后经由化学气相渗透的环境阻挡物形成。用于陶瓷丝束化学气相渗透(CVI)的传统设备依赖于丝束断裂或丝束跳位(tow jump)时的原位修复，导致CVI系统生产率降低。本发明的实施方式通过非原位(在启动CVI工艺之前)考核并修复丝束，来提高CVI系统性能。丝束(特别是SiC基陶瓷纤维)从传统的线轴(或绕线管)解除缠绕，退浆(剥离聚醋酸乙烯酯(PVA)、聚乙烯醇、环氧树脂、与聚环氧乙烷共混的PVA)、针对断裂光学地特征化、使用各种聚合物拼接技术修复断裂并接着转移到处理卷筒并且/或者以其他方式传送到CVI工艺。
图1描绘根据本公开内容的一些实施方式的用于复丝丝束的鉴定和修复的系统100的例子。在一些实施方式中，复丝丝束是一束连续的丝，例如陶瓷纤维(如，氧化铝、碳化硅、氮化铝、氮化硅、氧化锆)。在一些实施方式中，系统100在外壳134内，外壳134可被抽空以允许系统100在真空下运行，以避免在大气和复丝丝束102之间的化学反应。在一些实施方式中，可调节在外壳内的温度和湿度，以最小化复丝丝束102的氧化。
系统100包含卷绕在第一线轴104上的复丝丝束102。第一线轴104耦接到第一电动机114，以旋转线轴并使复丝丝束102从第一线轴104解除卷绕。复丝丝束102经过第一间距控制器106，第一间距控制器106控制复丝丝束102的解除缠绕，以最小化或防止对复丝丝束102的损害，并允许在复丝丝束102中的单丝在解除缠绕期间维持它们相对于彼此的位置。在一些实施方式中，第一间距控制器106相对于第一线轴104而定位，以将复丝丝束102维持在大体上水平的定向。在一些实施方式中，第一间距控制器106包含相对的滑轮或辊，所述滑轮或辊随着复丝丝束102经过而旋转。在相对的滑轮之间的距离取决于复丝丝束102的厚度。在一些实施方式中，第一间距控制器106进一步包含传感器，以测量已经经过第一间距控制器106的丝束的长度(即，量)。
系统100进一步包含第一张力传感器108。在一些实施方式中，复丝丝束102从第一间距控制器106通到第一张力传感器108。在一些实施方式中，第一张力传感器108定位成近似与第一线轴104同高度，使得复丝丝束102从第一线轴104大体上水平地行进到第一张力传感器108。在一些实施方式中，第一张力传感器108是耦接到惰滑轮的张力应变计，以测量复丝丝束102上的力。
在一些实施方式中，提供第一丝束张紧器110以控制复丝丝束102上的张力。例如，在一些实施方式中，第一丝束张紧器110在复丝丝束102上提供约0.4牛顿的张力，如由第一张力传感器108所测量的。在一些实施方式中，第一丝束张紧器110放置在第一张力传感器108的高度下方。在一些实施方式中，第一丝束张紧器110是具有可移动轴位置的滑轮，以增大或减小复丝丝束102上的张力。在一些实施方式中，第一丝束张紧器110耦接到第三电动机，第三电动机移动第一丝束张紧器110，以控制在第一丝束张紧器110和第一张力传感器108之间的线性距离。例如，增加在第一丝束张紧器110和第一张力传感器108惰滑轮之间的距离将增加复丝丝束102上的张力，而减小在第一丝束张紧器110和第一张力传感器108惰滑轮之间的距离将减小复丝丝束102上的张力。在缠绕和解除缠绕期间的张力控制为退浆、检查、修复和重新缠绕提供均匀的条件。在一些实施方式中，第一丝束张紧器110经配置以在大体上竖直的方向上移动。图1示出在第一张力传感器108的高度下方的第一竖直距离放置的第一丝束张紧器110；然而，第一丝束张紧器110可以替代地被放置在第一张力传感器108上方，其中复丝丝束102在相反方向上缠绕惰滑轮。
复丝丝束102经过第一滑轮112之上并进入退浆腔室116内，第一滑轮112可(例如)在第一线轴104的高度附近。在退浆腔室116内，将复丝丝束102加热至约500至约1000摄氏度的温度，以移除复丝丝束102上的聚醋酸乙烯酯(PVA)涂层。PVA涂层将单根丝保持成束。退浆腔室116可使用能够将复丝丝束102加热至约500至约1000摄氏度的任何合适的加热机构来加热复丝丝束102，诸如热交换器，加热灯或类似物。
一旦PVA涂层被移除，复丝丝束102经过检查腔室118，并接着通过修复腔室120。在检查腔室118内，检查复丝丝束102的缺陷(诸如在复丝丝束102中的单丝的断裂)。检查腔室118使用光学检测工艺来识别和量化复丝丝束102中的缺陷。在一些实施方式中，有缺陷的丝可被物理地标记或者有缺陷的丝的位置可被测量(例如以米或其他合适的单位)并记录。在修复腔室120内，识别的缺陷被修复或移除。例如，在一些实施方式中，将断裂的丝从复丝丝束102移除并引导到废弃路径以进行处置，或者如果可能的话重新缠绕并重新使用。
离开修复腔室120之后，复丝丝束102经过第二滑轮122之上(第二滑轮122例如可在第一线轴104的高度处)，并到达第二丝束张紧器124。第二丝束张紧器124可被放置在第二滑轮122的高度之下。在一些实施方式中，第二丝束张紧器124是具有可移动轴线的滑轮，以控制在第二丝束张紧器124和第二滑轮122之间的距离。在一些实施方式中，第二丝束张紧器124在复丝丝束102上提供约0.4牛顿的张力，如由第二张力传感器126测量的。在一些实施方式中，第二丝束张紧器124耦接到第四电动机，第四电动机移动第二丝束张紧器124，以控制在第二丝束张紧器124和第二滑轮122之间的距离。增加在第二丝束张紧器124和第二滑轮122之间的距离将增加复丝丝束102上的张力，而减小在第二丝束张紧器124和第二滑轮122之间的竖直距离将减小复丝丝束102上的张力。在一些实施方式中，第二丝束张紧器124在大体上竖直的方向上移动。
复丝丝束102经过第二张力传感器126。在一些实施方式中，第二张力传感器126是耦接到惰滑轮的张力应变计，第二张力传感器126测量由第二丝束张紧器124产生的力。复丝丝束102接着经过第二间距控制器128，第二间距控制器128允许多个丝以受控的方式缠绕到第二线轴130上，从而防止对复丝丝束102的损坏，并允许单丝在重新缠绕期间维持它们相对于彼此的位置。在一些实施方式中，第二间距控制器128包含相对的滑轮或辊。复丝丝束102经过滑轮或辊中间。在一些实施方式中，第二间距控制器128进一步包含用于测量复丝丝束102的位置的传感器。
复丝丝束102卷绕到第二线轴130上。第二线轴130耦接到第二电动机132，以旋转所述线轴并将复丝丝束102卷绕到第二线轴130上。在一些实施方式中，第二线轴是大直径线轴，大直径线轴在复丝丝束上提供较小的弯曲应力。一旦检查并修复了复丝丝束102的整个线轴，可进一步处理线轴。例如，经检查和经修复的线轴可放置在化学气相沉积腔室中，以将阻挡材料沉积在丝上。
图2描绘图示根据本公开内容的一些实施方式的检查和修复复丝丝束的方法200的流程图。在202处，复丝丝束从第一线轴解除缠绕。在204处，将复丝丝束加热至约500至约1000摄氏度的第一温度，以移除复丝丝束上的聚醋酸乙烯酯(PVA)涂层。PVA涂层移除可(例如)如上面关于退浆腔室116所讨论的那样而完成。
在206处，检查复丝丝束的单丝的缺陷。丝的检查可如上所述在检查腔室118中进行。例如，在检查腔室118内，检查复丝丝束102的缺陷(诸如复丝丝束102中单丝的断裂)。检查腔室118使用光学检测工艺来识别和量化复丝丝束102中的缺陷。在一些实施方式中，有缺陷的丝可被物理地标记或者有缺陷的丝的位置可被测量(例如以米或其他合适的单位)并记录。
在208处，确定是否已经发现了有缺陷的丝。如果没有发现有缺陷的丝，则在212处将复丝丝束缠绕到第二线轴上。如果发现有缺陷的丝，则在210处修复或移除有缺陷的丝。可(例如)在以上所讨论的修复腔室120中修复或移除有缺陷的丝。在一些实施方式中，有缺陷的丝(诸如断裂的丝)从复丝丝束移除并被引导到废弃路径以进行处置，或者如果可能的话重新缠绕并重新使用。
虽然前述内容针对本公开内容的实施方式，可在不背离本公开内容的基本范围的情况下设计本公开内容的其他和进一步的实施方式。

Claims (15)

1.一种用于检查和修复复丝丝束的系统，包含：
第一线轴，具有卷绕在所述第一线轴上的复丝丝束；
第一丝束张紧器，在所述第一线轴之后，以在所述复丝丝束上施加预定的张力；
退浆腔室，包含加热器，以将所述复丝丝束加热至适于移除所述复丝丝束上的涂层的第一温度；
检查腔室，经配置以检查所述复丝丝束的缺陷；
修复腔室，经配置以修复所述复丝丝束中的所述缺陷；
第二丝束张紧器，在所述修复腔室之后，以在所述复丝丝束上施加预定的张力；和
第二线轴，在所述第二丝束张紧器之后，以收集所述复丝丝束。
2.如权利要求1所述的系统，进一步包含第一电动机，所述第一电动机耦接到所述第一线轴以旋转所述第一线轴并从所述第一线轴解除缠绕所述复丝丝束。
3.如权利要求1所述的系统，进一步包含第一间距控制器，在所述第一线轴和所述第一丝束张紧器之间与所述第一线轴在一直线上，以允许所述复丝丝束以受控的方式解除缠绕。
4.如权利要求3所述的系统，其中所述第一间距控制器是一对相对的滑轮，其中所述第一丝束张紧器是滑轮，并且其中所述第二丝束张紧器是滑轮。
5.如权利要求3所述的系统，进一步包含第一张力传感器，在所述第一间距控制器和所述第一丝束张紧器之间与所述第一线轴在一直线上，以测量由所述第一丝束张紧器在所述复丝丝束上产生的力。
6.如权利要求1到5任一项所述的系统，其中所述第一丝束张紧器耦接到第三电动机以竖直移动所述第一丝束张紧器，以增加或减小在所述第一丝束张紧器与所述第一线轴之间的第一竖直距离。
7.如权利要求1到5任一项所述的系统，进一步包含第一滑轮，所述第一滑轮在所述第一丝束张紧器和所述退浆腔室之间与所述第一线轴在一直线上。
8.如权利要求1到5任一项所述的系统，其中所述第一温度是约500至约1000摄氏度。
9.如权利要求1到5任一项所述的系统，进一步包含第二滑轮，所述第二滑轮在所述修复腔室和所述第二丝束张紧器之间与所述第一线轴在一直线上。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述第二丝束张紧器耦接到第四电动机以竖直移动所述第二丝束张紧器，以增加或减小在所述第二丝束张紧器与所述第二滑轮之间的第二竖直距离。
11.如权利要求9所述的系统，进一步包含第二张力传感器，所述第二张力传感器与所述第二滑轮在一直线上，并且在所述第二丝束张紧器之后，以测量由所述第二丝束张紧器在所述复丝丝束上产生的力。
12.如权利要求11所述的系统，进一步包含第二间距控制器，所述第二间距控制器与所述第二滑轮在一直线上，并且在所述第二张力传感器之后，以允许所述复丝丝束以受控的方式缠绕到第二线轴上。
13.如权利要求1到5任一项所述的系统，进一步包含第二电动机，所述第二电动机耦接到所述第二线轴，以旋转所述第二线轴并将所述复丝丝束卷绕到所述第二线轴上。
14.一种检查和修复复丝丝束的方法，包含以下步骤：
从第一线轴解除缠绕复丝丝束；
在退浆腔室中将所述复丝丝束加热到适于移除所述复丝丝束上的涂层的第一温度；
在检查腔室中检查所述复丝丝束的单丝的缺陷；
如果发现有缺陷的丝，则在修复腔室中修复所述有缺陷的丝，或者从所述复丝丝束移除所述有缺陷的丝；和
将离开所述修复腔室的所述复丝丝束缠绕到第二线轴上。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述第一温度是约500至约1000摄氏度，并且其中移除所述有缺陷的丝包括将所述有缺陷的丝引导到废弃路径以进行处置。
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