CN114575011B - 一种单向纤维展平和单丝张力同步装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了复合材料制备领域的一种单向纤维展平和单丝张力同步装置，包括机架和纤维丝束，机架的内部转动连接有轴承，轴承的内部固定连接有展纱异形辊，展纱异形辊的外辊面采用均布异形结构，截面形状类似均布梅花状，展纱异形辊的一端固定连接有联轴器，机架的一侧固定连接有减速电机，减速电机的输出端和联轴器固定连接，展纱异形辊的内部固定连接有加热棒和导电滑环，导电滑环和加热棒电性连接，展纱异形辊一端固定连接有前端展示杆，展纱异形辊的另一端固定连接有后端展示杆，机架的上表面固定连接有升降装置，且数量设置两组，本发明可以避免在制备过程中使得单丝纤维丝线的并列长度存在误差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料制备领域，具体是一种单向纤维展平和单丝张力同步装置及方法。
背景技术
单向纤维预浸布（复合材料）制备方法是采用单向纤维密排后进行预浸的一种复合材料的制作方法，此种方法可以通过多束纤维纱束直接加工成单向纤维预浸布（纤维+树脂的复合布），在单向纤维预浸布的制备过程中将纤维纱束排列整齐并均匀平铺成无缝平面是生产的关键工序，在此生产工序中需要将纤维纱束均匀排布、无缝隙。
目前设备此道工序采用的控制方法是纤维丝束在脱离放纱纱架后首先通过分纱器对单束纤维进行定位，然后采用波浪形路径方式均匀的绕过展纱杆，纤维在牵引力的作用下与展纱杆贴合并紧密接触，此过程纤维丝束由蓬松状椭圆形向扁平带状转变，通过此过程将若干根纤维扁平带拼接成整体布面。
纤维丝束是采用若干微米级的纤维丝线并形排列聚拢形成7～12mm宽的纤维丝束，在纤维丝束的制备过程中，存在单丝纤维丝线的并列长度存在误差，在整根纤维丝束在张力作用下拉直状态时，部分纤维丝线还处于弯曲状态纤维丝线承受张力不一致，在使用中因纤维丝束的此原有缺陷导致展平效果不理想且影响复合制品的整体强度（部分纤维丝线无法分担载荷），同时扁平带状纤维丝束仍有部分蓬松状，且未达到均匀展平效果（未受张力的纤维丝线易聚拢堆积不受控制）。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单向纤维展平和单丝张力同步装置及方法，以解决上述背景技术中提出的部分丝线并列长度有误差和纤维丝线承受张力不一致的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种单向纤维展平和单丝张力同步装置及方法，使用一种单向纤维展平和单丝张力同步装置，所述装置包括机架和纤维丝束，所述机架的内部转动连接有轴承，所述轴承的内部固定连接有展纱异形辊，所述展纱异形辊的外辊面采用均布异形结构，截面形状为均布梅花状，所述展纱异形辊的一端固定连接有联轴器，所述机架的一侧固定连接有减速电机，所述减速电机的输出端和联轴器固定连接，所述展纱异形辊的内部固定连接有加热棒和导电滑环，所述导电滑环和加热棒电性连接，所述展纱异形辊一端固定连接有前端展纱杆，所述展纱异形辊的另一端固定连接有后端展纱杆，所述机架的上表面固定连接有升降装置，且数量设置两组，所述前端展示杆和后端展示杆均和升降装置的活动端固定连接，所述纤维丝束采用波浪路径上下绕前端展纱杆、展纱异形辊和后端展纱杆。
具体方法为：
（1）纤维丝束按波浪路径绕前端展纱杆-展纱异形辊-后端展纱杆路径穿过，启动设备对纤维丝束进行牵引并按照V1速度运行，此时纤维丝束在张力作用下紧密贴合在前端展纱杆、后端展纱辊和展纱异形辊外辊面，通过升降装置调节前端展纱杆与后端展纱杆基于展纱异形辊的相应高度，高度差越大纤维丝束的基准张力值越大；
（2）启动减速电机，展纱异形辊发生旋转，展纱异形辊的圆周面设置有多个梅花状截面，因展纱异形辊外辊面为异形，所以当展纱异形辊旋转至角度A与角度B状态时，展纱异形辊从角度A旋转到角度B的时间为t，纤维丝束与前端展纱杆接触起点和后端展纱杆接触终点部分的长度值不同，其长度值分别为L1与L2，两种展纱异形辊旋转角度所产生的纤维丝束的长度差值为L3，L1-L2=L3；
（3）纤维丝束在设备的牵引下以V1速度运行，当展纱异形辊快速旋转时，因展纱异形辊的表面存在凸起，所以使与其接触的纤维丝束始终以V1/t的频率在L1与L2的两种长度间变换；
（4）纤维丝束在L2向L1变换时，展纱异形辊会对纤维丝束施加作用力使其以L3/t²的加速度快速拉紧，因此纤维丝束此时受力会突然加大，纤维丝束中原本处于拉直状态单丝纤维丝线因突然所受拉力大于所能承受极限被继续拉伸，直至其他弯曲单丝纤维丝线也变为拉直状态后所受拉力被分担减小后继续拉伸状态停止，以上动作使纤维丝束中弯曲的单丝纤维丝线恢复拉直状态，单丝纤维丝线整体状态一致，减少蓬松状态单丝纤维丝线的出现，使其在后续使用过程中所受张力一致；
（5）纤维丝束在L1向L2变换时，前端展纱杆接触处纤维丝束继续以速度V1前进，后端展纱杆接触处纤维丝束前进速度开始小于V1或停止前进，当变换速度比设备牵引速度快（L3/t＞V1）时，后端展纱杆接触处纤维丝束前进速度为0，此时前端展纱杆与后端展纱杆之间的纤维丝束处于松弛状态；当变换速度比设备牵引速度慢（L3/t＜V1）时，后端展纱杆接触处纤维丝束前进速度为V1-L3/t，此时前端展纱杆与后端展纱杆之间的纤维丝束处于张紧状态，但因纤维丝束处于降速状态使得纤维丝束所承受的张力降低。
作为本发明再进一步的方案：所述展纱异形辊转速L3/t＞V1时，纤维丝束在展纱异形辊与设备牵引的作用下处于张紧-松弛-张紧-松弛的往复运动中，纤维丝束中单丝纤维丝线所受张力被同步且展平表观效果较好，但因纤维丝束有松弛状态，对纤维丝束表面面密度会产生不利影响，展纱异形辊转速L3/t数值越大，单丝纤维丝线所受张力越大，单次受力时间减小，纤维松弛状态越严重。
作为本发明再进一步的方案：所述展纱异形辊转速L3/t＜V1时，纤维丝束在展纱异形辊与设备牵引的作用下始终处于张紧中，纤维丝束中单丝纤维丝线所受张力被同步且不会对产品表面面密度产生影响，但因展纱异形辊转速较低所以提供加速张力较低，对纤维丝束中单丝纤维丝线所受张力同步效果较差，展纱异形辊转速L3/t数值越小，单丝纤维丝线所受张力越小，单次受力时间增加，单丝纤维丝线所受张力同步效果越差。
有益效果
1.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过设置有展纱异形辊，展纱异形辊的圆周面设置有多个梅花状截面，使得纤维丝束与前端展纱杆接触起点和后端展纱杆接触终点部分的长度值不同，其长度值分别为L1与L2，展纱异形辊旋转产生的L1、L2长度差，因此可以避免在制备过程中使得单丝纤维丝线的并列长度存在误差的问题。
2.通过纤维丝束前进速度与展纱异形辊旋转的速度的相对关系，在纤维丝束在L2向L1变换时，可以使纤维丝束中弯曲的单丝纤维丝线恢复拉直状态，单丝纤维丝线整体状态一致，减少蓬松状态单丝纤维丝线的出现，使其在后续使用过程中所受张力一致，当纤维丝束在L1向L2变换时，可以使纤维丝束处于降速状态使得纤维丝束所承受的张力降低，从而有效地解决部分纤维丝线还处于弯曲状态纤维丝线承受张力不一致的问题，提高了均匀展平效果。
附图说明
图1为本发明的结构剖视图；
图2为本发明中的局部结构示意图；
图3为本发明中的展纱异形辊的多种截面形状的结构示意图；
图4为本发明中的展纱异形辊的截面形状为两个时的使用状态图；
图5为本发明中的展纱异形辊的截面形状为三个时的使用状态图；
图6为本发明中的展纱异形辊的截面形状为五个时的使用状态图。
图中：1、展纱异形辊；2、轴承；3、减速电机；4、机架；5、前端展纱杆；6、后端展纱杆；7、升降装置；8、纤维丝束。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
请参阅图1～6，本发明实施例中，一种单向纤维展平和单丝张力同步方法，使用一种单向纤维展平和单丝张力同步装置，所述装置包括机架4和纤维丝束8，机架4的内部转动连接有轴承2，轴承2的内部固定连接有展纱异形辊1，展纱异形辊1的外辊面采用均布异形结构，截面形状为均布梅花状，可以避免在制备过程中使得单丝纤维丝线的并列长度存在误差的问题，展纱异形辊1的一端固定连接有联轴器，机架4的一侧固定连接有减速电机3，减速电机3的输出端和联轴器固定连接，展纱异形辊1的内部固定连接有加热棒和导电滑环，导电滑环和加热棒电性连接，展纱异形辊1一端固定连接有前端展纱杆，展纱异形辊1的另一端固定连接有后端展纱杆，机架4的上表面固定连接有升降装置7，且数量设置两组，前端展示杆和后端展示杆均和升降装置7的活动端固定连接，可调整前端展纱杆5、后端展纱杆6和展纱异形辊1的水平间距，纤维丝束8采用波浪路径上下绕前端展纱杆5、展纱异形辊1和后端展纱杆6，可以使纤维丝束8和展纱异形辊1紧密贴合。
具体方法为：
（1）纤维丝束8按波浪路径绕前端展纱杆5-展纱异形辊1-后端展纱杆6路径穿过，启动设备对纤维丝束8进行牵引并按照V1速度运行，此时纤维丝束8在张力作用下紧密贴合在前端展纱杆5、后端展纱辊和展纱异形辊1外辊面，通过升降装置7调节前端展纱杆5与后端展纱杆6基于展纱异形辊1的相应高度，高度差越大纤维丝束8的基准张力值越大；
（2）启动减速电机3，展纱异形辊1发生旋转，展纱异形辊1的圆周面设置有多个梅花状截面，因展纱异形辊1外辊面为异形，所以当展纱异形辊1旋转至角度A与角度B状态时，展纱异形辊1从角度A旋转到角度B的时间为t，纤维丝束8与前端展纱杆5接触起点和后端展纱杆6接触终点部分的长度值不同，其长度值分别为L1与L2，两种展纱异形辊1旋转角度所产生的纤维丝束8的长度差值为L3，L1-L2=L3；
（3）纤维丝束8在设备的牵引下以V1速度运行，当展纱异形辊1快速旋转时，因展纱异形辊1的表面存在凸起，所以使与其接触的纤维丝束8始终以V1/t的频率在L1与L2的两种长度间变换；
（4）纤维丝束8在L2向L1变换时，展纱异形辊1会对纤维丝束8施加作用力使其以L3/t²的加速度快速拉紧，因此纤维丝束8此时受力会突然加大，纤维丝束8中原本处于拉直状态单丝纤维丝线因突然所受拉力大于所能承受极限被继续拉伸，直至其他弯曲单丝纤维丝线也变为拉直状态后所受拉力被分担减小后继续拉伸状态停止，以上动作使纤维丝束8中弯曲的单丝纤维丝线恢复拉直状态，单丝纤维丝线整体状态一致，减少蓬松状态单丝纤维丝线的出现，使其在后续使用过程中所受张力一致；
（5）纤维丝束8在L1向L2变换时，前端展纱杆5接触处纤维丝束8继续以速度V1前进，后端展纱杆6接触处纤维丝束8前进速度开始小于V1或停止前进，当变换速度比设备牵引速度快（L3/t＞V1）时，后端展纱杆6接触处纤维丝束8前进速度为0，此时前端展纱杆5与后端展纱杆6之间的纤维丝束8处于松弛状态；当变换速度比设备牵引速度慢（L3/t＜V1）时，后端展纱杆6接触处纤维丝束8前进速度为V1-L3/t，此时前端展纱杆5与后端展纱杆6之间的纤维丝束8处于张紧状态，但因纤维丝束8处于降速状态使得纤维丝束8所承受的张力降低。
作为本发明再进一步的方案：展纱异形辊1转速L3/t＞V1时，纤维丝束8在展纱异形辊1与设备牵引的作用下处于张紧-松弛-张紧-松弛的往复运动中，纤维丝束8中单丝纤维丝线所受张力被同步且展平表观效果较好，但因纤维丝束8有松弛状态，对纤维丝束8表面面密度会产生不利影响，展纱异形辊1转速L3/t数值越大，单丝纤维丝线所受张力越大，单次受力时间减小，纤维松弛状态越严重。
作为本发明再进一步的方案：展纱异形辊1转速L3/t＜V1时，纤维丝束8在展纱异形辊1与设备牵引的作用下始终处于张紧中，纤维丝束8中单丝纤维丝线所受张力被同步且不会对产品表面面密度产生影响，但因展纱异形辊1转速较低所以提供加速张力较低，对纤维丝束8中单丝纤维丝线所受张力同步效果较差，展纱异形辊1转速L3/t数值越小，单丝纤维丝线所受张力越小，单次受力时间增加，单丝纤维丝线所受张力同步效果越差。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种单向纤维展平和单丝张力同步方法，使用一种单向纤维展平和单丝张力同步装置，所述装置包括机架（4）和纤维丝束（8），其特征在于：所述机架（4）的内部转动连接有轴承（2），所述轴承（2）的内部固定连接有展纱异形辊（1），所述展纱异形辊（1）的外辊面采用均布异形结构，截面形状为均布梅花状，所述展纱异形辊（1）的一端固定连接有联轴器，所述机架（4）的一侧固定连接有减速电机（3），所述减速电机（3）的输出端和联轴器固定连接，所述展纱异形辊（1）的内部固定连接有加热棒和导电滑环，所述导电滑环和加热棒电性连接，所述展纱异形辊（1）一端固定连接有前端展纱杆（5），所述展纱异形辊（1）的另一端固定连接有后端展纱杆（6），所述机架（4）的上表面固定连接有升降装置（7），且数量设置两组，所述前端展纱杆（5）和后端展纱杆（6）均和升降装置（7）的活动端固定连接，所述纤维丝束（8）采用波浪路径上下绕前端展纱杆（5）、展纱异形辊（1）和后端展纱杆（6）；
具体方法为：
（1）纤维丝束（8）按波浪路径绕前端展纱杆（5）-展纱异形辊（1）-后端展纱杆（6）路径穿过，启动设备对纤维丝束（8）进行牵引并按照V1速度运行，此时纤维丝束（8）在张力作用下紧密贴合在前端展纱杆（5）、后端展纱辊和展纱异形辊（1）外辊面，通过升降装置（7）调节前端展纱杆（5）与后端展纱杆（6）基于展纱异形辊（1）的相应高度，高度差越大纤维丝束（8）的基准张力值越大；
（2）启动减速电机（3），展纱异形辊（1）发生旋转，展纱异形辊（1）的圆周面设置有多个梅花状截面，因展纱异形辊（1）外辊面为异形，所以当展纱异形辊（1）旋转至角度A与角度B状态时，展纱异形辊（1）从角度A旋转到角度B的时间为t，纤维丝束（8）与前端展纱杆（5）接触起点和后端展纱杆（6）接触终点部分的长度值不同，其长度值分别为L1与L2，两种展纱异形辊（1）旋转角度所产生的纤维丝束（8）的长度差值为L3，L1-L2=L3；
（3）纤维丝束（8）在设备的牵引下以V1速度运行，当展纱异形辊（1）快速旋转时，因展纱异形辊（1）的表面存在凸起，所以使与其接触的纤维丝束（8）始终以V1/t的频率在L1与L2的两种长度间变换；
（4）纤维丝束（8）在L2向L1变换时，展纱异形辊（1）会对纤维丝束（8）施加作用力使其以L3/t²的加速度快速拉紧，因此纤维丝束（8）此时受力会突然加大，纤维丝束（8）中原本处于拉直状态单丝纤维丝线因突然所受拉力大于所能承受极限被继续拉伸，直至其他弯曲单丝纤维丝线也变为拉直状态后所受拉力被分担减小后继续拉伸状态停止，使纤维丝束（8）中弯曲的单丝纤维丝线恢复拉直状态，单丝纤维丝线整体状态一致，减少蓬松状态单丝纤维丝线的出现，使其在后续使用过程中所受张力一致；
（5）纤维丝束（8）在L1向L2变换时，前端展纱杆（5）接触处纤维丝束（8）继续以速度V1前进，后端展纱杆（6）接触处纤维丝束（8）前进速度开始小于V1或停止前进，当变换速度比设备牵引速度快（L3/t＞V1）时，后端展纱杆（6）接触处纤维丝束（8）前进速度为0，此时前端展纱杆（5）与后端展纱杆（6）之间的纤维丝束（8）处于松弛状态；当变换速度比设备牵引速度慢（L3/t＜V1）时，后端展纱杆（6）接触处纤维丝束（8）前进速度为V1-L3/t，此时前端展纱杆（5）与后端展纱杆（6）之间的纤维丝束（8）处于张紧状态，但因纤维丝束（8）处于降速状态使得纤维丝束（8）所承受的张力降低。
2.根据权利要求1所述的一种单向纤维展平和单丝张力同步方法，其特征在于：所述展纱异形辊（1）转速L3/t＞V1时，纤维丝束（8）在展纱异形辊（1）与设备牵引的作用下处于张紧-松弛-张紧-松弛的往复运动中，纤维丝束（8）中单丝纤维丝线所受张力被同步且展平表观效果较好，但因纤维丝束（8）有松弛状态，对纤维丝束（8）表面面密度会产生不利影响，展纱异形辊（1）转速L3/t数值越大，单丝纤维丝线所受张力越大，单次受力时间减小，纤维松弛状态越严重。
3.根据权利要求1所述的一种单向纤维展平和单丝张力同步方法，其特征在于：所述展纱异形辊（1）转速L3/t＜V1时，纤维丝束（8）在展纱异形辊（1）与设备牵引的作用下始终处于张紧中，纤维丝束（8）中单丝纤维丝线所受张力被同步且不会对产品表面面密度产生影响，但因展纱异形辊（1）转速较低所以提供加速张力较低，对纤维丝束（8）中单丝纤维丝线所受张力同步效果较差，展纱异形辊（1）转速L3/t数值越小，单丝纤维丝线所受张力越小，单次受力时间增加，单丝纤维丝线所受张力同步效果越差。
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