CN109537165B - 一种陶瓷纤维非织造湍流成网方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种陶瓷纤维非织造湍流成网方法，将短切的陶瓷纤维置入分丝容器内；凝棉网帘在分丝容器下方行进；将陶瓷纤维在分丝容器内打散；陶瓷纤维由分丝容器的落丝孔不断的下落在凝棉网帘上，在凝棉网帘上交织沉积、形成陶瓷纤维网；其装置为：设有机架，机架上部设有带下落孔的、可转动的分丝筒，分丝筒内设空心搅拌轴，搅拌轴上布有带出气孔的空心针棒，气源与搅拌轴连通；分丝筒下方设有带式输送机。本发明具有结构简单，能耗低，陶瓷纤维破碎率低、利用率高，加工效率高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷纤维非织造毡的加工领域，详细讲是一种结构简单，能耗低，陶瓷纤维破碎率低、利用率高，加工效率高，灵活性高的陶瓷纤维非织造湍流成网方法及装置。
背景技术
我们知道，陶瓷纤维包括氧化铝纤维、碳纤维、玄武岩纤维、石英纤维、玻璃纤维、碳化硅纤维和氮化硅纤维等耐高温轻质纤维材料，陶瓷纤维是制备高性能复合材料和保温材料的关键原料，主要应用航空航天结构材料、透波材料、民用保温等关键领域。而陶瓷纤维非织造材料（网胎、毡等）是制备高性能复合材料的关键中间体，其均匀性、纤维长度、纤维损伤行为直接决定了复合材料的性能，是制备复合材料的关键增强体。由于陶瓷纤维表现出高脆性，高硬度、无卷曲等特性，因此传统梳理成网机（由多道罗拉、锡林对短切纤维进行梳理）对纤维造成表面损伤大，且造成纤维破碎（粉尘化）率高，导致制备效率低、纤维损耗严重（以碳纤维为例，梳理成网对纤维损耗在20-28%），成本高。同时，梳理成网只能制备固定幅宽的非织造布，灵活性低。而具有代表性的气流成网技术主要是美国兰朵公司的气流成网机，该机对常规化纤进行非织造成网具有效率高、出布速度快等特点，但其能耗较高。采用传统气流成网机制备陶瓷纤维非织造材料，具有以下不足：虽然只有一道锡林，减少了对纤维摩擦几率，纤维表面损伤比梳理成网有所改善，但锡林转速一般较高（950-3500rpm），对陶瓷纤维冲击力大，造成纤维粉尘化严重，且气流会带走凝棉器上大量的纤维，造成纤维利用率降低和环境污染。同时在凝棉器前方产生的气流扰动，会导致陶瓷纤维成网的不均匀。此外，气流成网机也只能制备固定幅宽非织造布，灵活性不足。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单，能耗低，陶瓷纤维破碎率低、利用率高，加工效率高，灵活性高的陶瓷纤维非织造湍流成网方法及装置。
本发明解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：
一种陶瓷纤维非织造湍流成网方法，其特征在于包括如下步骤：
1、将短切的陶瓷纤维置入可自转的外壁上布有落丝孔的分丝容器内；
2、将凝棉网帘在分丝容器下方行进；
3、使用搅拌棒和湍流空气将陶瓷纤维在分丝容器内打散；
4、分丝容器转动，被打散的陶瓷纤维由分丝容器的落丝孔不断的下落在凝棉网帘上；
5、不断下落的被打散的陶瓷纤维在凝棉网帘上交织沉积、形成陶瓷纤维网；
6、凝棉网帘将制成的陶瓷纤维网向前运输、进入下一步工序。
本发明中所述的凝棉网帘可以是任何平整的多孔材料，如面料、PU网带或金属丝编织的孔带等，优选透气面料或布有透气孔的PU网带。
本发明中所述的搅拌棒是：在分丝容器内设有与其同轴的、可自由转动的搅拌轴，搅拌轴内设有导气腔，搅拌轴上布有与导气腔连通的空心针棒，空心针棒上设有至少两个出气孔。
本发明中所述的凝棉网帘透气，在凝棉网帘下方设置吸气装置，吸气装置通过凝棉网帘上的透气孔将下落的被打散的陶瓷纤维快速的吸落在凝棉网帘上，并增加了陶瓷纤维网的密实性。可根据需要来调节吸气装置的功率，生产出不同克重的陶瓷纤维网。
一种用于实现上述方法的陶瓷纤维非织造湍流成网装置，其特征在于设有机架，机架上部设有可自由转动的分丝筒，分丝筒的一端部设有纤维置入口，分丝筒外壁上布有纤维下落孔，机架上设有经传动装置与分丝筒连接的、用于驱动分丝筒转动的动力源；分丝筒内设有与其同轴的、可自由转动的搅拌轴，搅拌轴内设有导气腔，搅拌轴上布有与导气腔连通的空心针棒，空心针棒上设有至少两个出气孔，机架上设有搅拌轴动力源和气源，搅拌轴动力源经传动装置与搅拌轴相连，气源经管路与搅拌轴的导气腔连通；分丝筒下方设有带式输送机。
本发明中所述的带式输送机是在分丝筒下方的机架上经轴承安装有主动辊和从动辊，主动辊和从动辊上设有输送带，机架上设有与主动辊相连的用于驱动其转动的输送机动力源。
本发明中所述的带式输送机的输送带上均布有透气孔，带式输送机的上侧输送带下方设有吸气盒，吸气盒的上侧面上设有吸气孔，吸气盒上设有负压连接口。负压连接口与负压装置相连。输送机动力源为伺服电机，输送带为凝棉网帘。
本发明中所述的分丝筒的两端上分别设安装轴，安装轴经轴承安装在机架上，安装轴上设有从动带轮，机架上的动力源为伺服电机，伺服电机的输出轴上设有主动带轮，主动带轮和从动带轮经传动带相连；所述的搅拌轴经轴承安装在安装轴内，搅拌轴的一端延伸出安装轴，延伸出安装轴的搅拌轴上设有搅拌从动带轮，机架上的搅拌轴动力源为搅拌伺服电机，搅拌伺服电机的输出轴上设有搅拌主动带轮，搅拌主动带轮和搅拌从动带轮经传动带相连；延伸出安装轴的搅拌轴端部经密封连接器与气源相连。
本发明中所述的密封连接器是在机架上设有连接块，连接块内设有连接腔，搅拌轴端部可自由转动的插入连接腔内，搅拌轴端部设有将连接腔与导气腔连通的进气孔，搅拌轴上设有轴封；连接腔上设有连接口，连接腔经连接口、管路与气源相连。
本发明中所述的机架上部设有至少两个分丝筒。制成的陶瓷纤维网厚度均匀、质量高。
本发明中所述的分丝筒外侧设有可轴向伸缩的幅宽控制套，用于控制非织造布出料幅宽。所述的可轴向伸缩的幅宽控制套是在分丝筒一端部设有与其同轴的伸缩管；伸缩管包括外层的外固定管和至少一层的内伸缩管，内伸缩管受力可在外固定管内轴向滑动，其结构与伸缩鱼竿的结构相同，也可以呈波纹管状。
本发明在工作时，将短切的陶瓷纤维经纤维置入口放入分丝筒内，动力源工作、带动分丝筒转动，搅拌轴动力源工作，带动搅拌轴相对分丝筒反向转动，转速120-2000rpm，气源工作或打开气源与搅拌轴间的阀门、向导气腔内注入空气，导气腔内的空气经空心针棒上的出气孔排出，其出气速度为3-16m/s,雷诺数Re=700-16100，在分丝筒内形成湍流，短切的陶瓷纤维在空心针棒的搅拌和湍流的吹动下分散开并逐渐（角度和位置可以从纤维下落孔下落的短切的陶瓷纤维）的经纤维下落孔落在运行的带式输送机的输送带上，在输送带上交织沉积、形成陶瓷纤维网（即陶瓷纤维毡）；输送带将制成的陶瓷纤维网向前运输、进入下一步工序。本发明结构简单，使用方便，具有能耗低，陶瓷纤维破碎率低、利用率高，加工效率高，灵活性高等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是本发明中分丝筒一端的安装轴与机架、搅拌轴、密封连接器间的结构示意图。
图4是本发明中搅拌轴与空心针棒的局部立体结构示意图。
图5是本发明中空心针棒的结构示意图。
图6是本发明中伸缩管处的剖面结构示意图。
具体实施方式
一种陶瓷纤维非织造湍流成网方法，其特征在于包括如下步骤：
1、将短切的陶瓷纤维（通常为陶瓷纤维团）置入可绕水平轴自转的圆柱状的外壁上均布有落丝孔的分丝容器内；
2、将平铺的凝棉网帘在分丝容器下方缓慢的水平向前行进；
3、使用搅拌棒和湍流空气将陶瓷纤维团在分丝容器内打散；
4、分丝容器转动，被打散的陶瓷纤维由分丝容器的落丝孔不断的下落在于分丝容器下方行进的凝棉网帘上；
5、不断下落的被打散的陶瓷纤维在凝棉网帘上交织沉积、形成陶瓷纤维网（即陶瓷纤维毡）；
6、向前行进的凝棉网帘将制成的陶瓷纤维网不断的向前运输、进入下一步工序。在下一步工序中进行如收集或针刺，制成不同厚度和克重的预制体毡。
所述的搅拌棒是：在分丝容器内设有与其同轴的、可相对自由转动的搅拌轴，搅拌轴内设有与其同轴的导气腔，搅拌轴上均匀分布或随机分布有与导气腔连通的、径向设置的空心针棒，空心针棒上均布至少两个出气孔。
本发明中所述的短切的陶瓷纤维为1-5cm的陶瓷纤维，所述的凝棉网帘可以是任何平整的多孔材料，如面料、PU网带或金属丝编织的孔带等，优选透气面料或均布有透气孔的PU网带。所述的凝棉网帘透气下方设置（负压）吸气装置，吸气装置通过凝棉网帘上的透气孔将下落的被打散的陶瓷纤维快速的吸落在凝棉网帘上，并增加了陶瓷纤维网的密实性（使被打散的陶瓷纤维相互交织更紧密）。可根据需要来调节吸气装置的功率，生产出不同克重（被打散的陶瓷纤维相互交织更紧密度）的陶瓷纤维网。
一种用于实现上述方法的陶瓷纤维非织造湍流成网装置，其特征在于设有机架9，机架9上部经轴承21设有可绕其轴线自由转动的中空的圆柱状的分丝筒5（分丝筒两端封闭），分丝筒5的一端部设有纤维置入口12，纤维置入口12处设有外盖，分丝筒5外壁上均布有内外贯通的、长12-25mm，宽1.1-2.5mm的纤维下落孔13（即落丝孔），机架9上设有经带轮和传动带与分丝筒连接的、用于驱动分丝筒转动的伺服电机15；分丝筒内设有与其同轴的、可相对自由转动的搅拌轴2，搅拌轴2内设有与其同轴的导气腔3，搅拌轴2的外径10-120mm，内径5-110mm，长度500-2600mm，搅拌轴上（均匀分布或随机分布）布有与导气腔连通的、外径2-5.5mm、内径1-4.5mm径向设置的空心针棒4，空心针棒4上设有均匀分布的、直径0.3-0.5mm的出气孔28，机架9上设有搅拌轴伺服电机11和气源14，搅拌轴伺服电机11经带轮和传动带与搅拌轴2相连，气源14经管路与搅拌轴的导气腔3连通；分丝筒下方设有带式输送机。所述的带式输送机是在分丝筒下方的机架上经轴承安装有主动辊1和从动辊8，主动辊1和从动辊8上设有输送带7，机架上设有与主动辊1相连的用于驱动其转动的输送机动力源10。
本发明进一步改进，所述的带式输送机的输送带7上均布有孔眼尺寸48-150目的透气孔，带式输送机的上侧输送带下方（输送带的上下两侧间）设有吸气盒6，吸气盒6与机架固定连接，吸气盒6的上侧面（与带式输送机上侧的输送带平行的侧面）上均布有吸气孔，吸气盒上设有负压连接口。负压连接口与负压装置16（真空泵或风机）相连。输送机动力源10为伺服电机，输送带7为凝棉网帘。
本发明进一步改进，所述的机架上部经轴承设有至少两个分丝筒。制成的陶瓷纤维网厚度均匀、质量高。
本发明中所述的分丝筒5的两端上分别设安装轴19，安装轴19经轴承21安装在机架9的支撑柱20上，安装轴19上设有从动带轮18，机架上的动力源为伺服电机，伺服电机15的输出轴上设有主动带轮，主动带轮和从动带轮18经传动带相连；所述的搅拌轴2的两端经轴承22安装在与其同轴的安装轴19内，搅拌轴2的一端轴向延伸出安装轴，延伸出安装轴的搅拌轴上设有搅拌从动带轮23，机架上的搅拌轴动力源为搅拌伺服电机11，搅拌伺服电机11的输出轴上设有搅拌主动带轮，搅拌主动带轮和搅拌从动带轮23经传动带相连；延伸出安装轴的搅拌轴端部经密封连接器与气源相连。所述的密封连接器是在机架上设有连接块25，连接块25内设有连接腔，搅拌轴端部可自由转动的插入连接腔内，搅拌轴端部设有将连接腔与导气腔连通的进气孔，连接腔内的搅拌轴上设有轴封24；连接腔上设有连接口26，连接腔经连接口26、管路与气源14相连。
本发明中所述的分丝筒外侧设有可轴向伸缩的幅宽控制套，用于控制非织造布出料幅宽。所述的可轴向伸缩的幅宽控制套是在分丝筒一端部与粉丝筒固定连接的设有与其同轴的伸缩管；伸缩管包括外层的外固定管30和至少一层的内伸缩管29，内伸缩管29受力可在外固定管30内轴向滑动，其结构与伸缩鱼竿的结构相同，也可以呈波纹管状。
本发明在工作时，将短切的陶瓷纤维经纤维置入口放入分丝筒内，动力源工作、带动分丝筒转动，搅拌轴动力源工作，带动搅拌轴相对分丝筒反向转动，相对转速120rpm，气源工作或打开气源与搅拌轴间的阀门、向导气腔内注入空气，导气腔内的空气经空心针棒上的出气孔排出，其出气速度为3-16m/s,雷诺数Re=700-16100，在分丝筒内形成湍流，短切的陶瓷纤维在空心针棒的搅拌和湍流的吹动下分散开并逐渐（角度和位置可以从分丝筒下方的纤维下落孔下落的短切的陶瓷纤维）经纤维下落孔落在运行的带式输送机的输送带上，在输送带上交织沉积、形成陶瓷纤维网（即陶瓷纤维毡）；输送带将制成的陶瓷纤维网向前运输、进入下一步工序。本发明结构简单，使用方便，具有能耗低，陶瓷纤维破碎率低、利用率高，加工效率高，灵活性高等优点。
Claims (8)
1.一种陶瓷纤维非织造湍流成网装置，其特征在于设有机架，机架上部设有可自由转动的分丝筒，分丝筒的一端部设有纤维置入口，分丝筒外壁上布有纤维下落孔，机架上设有经传动装置与分丝筒连接的、用于驱动分丝筒转动的动力源；分丝筒内设有与其同轴的、可自由转动的搅拌轴，搅拌轴内设有导气腔，搅拌轴上布有与导气腔连通的空心针棒，空心针棒上设有至少两个出气孔，机架上设有搅拌轴动力源和气源，搅拌轴动力源经传动装置与搅拌轴相连，气源经管路与搅拌轴的导气腔连通；分丝筒下方设有带式输送机；气源向导气腔内注入空气，导气腔内的空气经空心针棒上的出气孔排出，其出气速度为3-16m/s,雷诺数Re=700-16100，在分丝筒内形成湍流空气，短切的陶瓷纤维在空心针棒的搅拌和湍流空气的吹动下分散开并逐渐的经纤维下落孔落在运行的带式输送机的输送带上。
2.根据权利要求1所述的陶瓷纤维非织造湍流成网装置，其特征在于所述的带式输送机是在分丝筒下方的机架上经轴承安装有主动辊和从动辊，主动辊和从动辊上设有输送带，机架上设有与主动辊相连的用于驱动其转动的输送机动力源。
3.根据权利要求1所述的陶瓷纤维非织造湍流成网装置，其特征在于所述的机架上部设有至少两个分丝筒。
4.根据权利要求1所述的陶瓷纤维非织造湍流成网装置，其特征在于所述的带式输送机的输送带上均布有透气孔，带式输送机的上侧输送带下方设有吸气盒，吸气盒的上侧面上设有吸气孔，吸气盒上设有负压连接口。
5.根据权利要求1所述的陶瓷纤维非织造湍流成网装置，其特征在于所述的分丝筒的两端上分别设安装轴，安装轴经轴承安装在机架上，安装轴上设有从动带轮，机架上的动力源为伺服电机，伺服电机的输出轴上设有主动带轮，主动带轮和从动带轮经传动带相连；所述的搅拌轴经轴承安装在安装轴内，搅拌轴的一端延伸出安装轴，延伸出安装轴的搅拌轴上设有搅拌从动带轮，机架上的搅拌轴动力源为搅拌伺服电机，搅拌伺服电机的输出轴上设有搅拌主动带轮，搅拌主动带轮和搅拌从动带轮经传动带相连；延伸出安装轴的搅拌轴端部经密封连接器与气源相连。
6.根据权利要求5所述的陶瓷纤维非织造湍流成网装置，其特征在于所述的密封连接器是在机架上设有连接块，连接块内设有连接腔，搅拌轴端部可自由转动的插入连接腔内，搅拌轴端部设有将连接腔与导气腔连通的进气孔，搅拌轴上设有轴封；连接腔上设有连接口，连接腔经连接口、管路与气源相连。
7.一种使用权利要求1所述的陶瓷纤维非织造湍流成网装置实现的陶瓷纤维非织造湍流成网方法，其特征在于包括如下步骤：
1）、将短切的陶瓷纤维置入分丝筒；短切的陶瓷纤维为1-5cm的陶瓷纤维；
2）、将凝棉网帘平铺在输送带上、在分丝筒下方行进；
3）、使用空心针棒和湍流空气将陶瓷纤维在分丝筒内打散；
4）、分丝筒转动，短切的陶瓷纤维在空心针棒的搅拌和湍流空气的吹动下分散开，被打散的陶瓷纤维由分丝筒的纤维下落孔不断的下落在凝棉网帘上；
5）、不断下落的被打散的陶瓷纤维在凝棉网帘上交织沉积、形成陶瓷纤维网；
6）、凝棉网帘将制成的陶瓷纤维网向前运输、进入下一步工序。
8.根据权利要求7所述的陶瓷纤维非织造湍流成网方法，其特征在于所述的凝棉网帘是平整的多孔材料。
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