CN114775160B - 一种连续陶瓷长丝的纺纱三维编织设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种连续陶瓷长丝的纺纱三维编织设备，包括依次沿加工方向设置的放丝机构、上油装置、干燥装置、恒张力装置、编织装置；连续陶瓷长丝通过放丝机构引出，并在放丝机构中进行张力调整后输入上油装置；经过上油后的连续陶瓷长丝进入干燥装置中通过热辐射的方式进行加热，以此去除多余的油剂；干燥后的连续陶瓷长丝通过恒张力装置再次进行张力调节，之后通过经编织装置进行四步法编织。与现有技术相比，本发明解决了氧化物陶瓷长丝脆性大，在纺纱和三维编织过程中受力易断裂问题，经并丝后的连续长丝集束成大丝束，为三维编织提供了性能优异的纱线，从而实现连续陶瓷纤维的三维编织物连续化稳定生产。
Description
技术领域
本发明涉及编织设备领域，尤其是涉及一种连续陶瓷长丝的纺纱三维编织设备。
背景技术
随着航天飞行器、导弹以及飞机等迅猛发展，对超高温材料提出了更高的要求。不仅要求其具有高的强度和模量，还具有低密度、耐高温、耐腐蚀性以及优异的介电性能。连续陶瓷长丝以二维、三维编织形状增强陶瓷、金属以及树脂基复合材料已成为超高温材料的研究热点。
三维编织复合材料是三维编织预聚体与基体材料结合形成产物，它不仅解决了传统层压复合材料易分层、厚度方向强度低、损伤扩展快等问题，还可实现截面形状的变化，能够编织形状复杂的构件。因此，对连续陶瓷长丝进行纺纱、三维编织是制备复合材料的核心工作。
目前，三维编织的成型方法主要有四步法三维编织、二步法三维编织等。其中四步法是最常用且较为成熟的编织成型方法。基本的编织工艺中只含有一个纱线系统，所有的纱线按照织物形状排列，并按照一定的规律进行运动，从而形成三维编织结构。大多研究者集中于编织工艺以及自动化三维编织设备研究。例如201410225605.0提出的混杂三维编织预制件以及201811236344.7提出的碳长丝三维织物自动编织机。对于氧化物陶瓷连续长丝而言，虽具有高强度、高模量的特性，但其脆性大，抗弯折能力不如非氧化物陶瓷连续长丝或者聚合物连续长丝好。因此，氧化物陶瓷连续长丝在纺纱、三维编织过程中，极易受力断裂，导致纺纱和编织过程中断。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种连续陶瓷长丝的纺纱三维编织设备，解决了氧化物陶瓷长丝脆性大，在纺纱和三维编织过程中受力易断裂问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明的目的是保护一种连续陶瓷长丝的纺纱三维编织设备，包括依次沿加工方向设置的放丝机构、上油装置、干燥装置、恒张力装置、编织装置；
连续陶瓷长丝通过放丝机构引出，并在放丝机构中进行张力调整后输入上油装置；
经过上油后的连续陶瓷长丝进入干燥装置中通过热辐射的方式进行加热，以此去除多余的油剂；
干燥后的连续陶瓷长丝通过恒张力装置再次进行张力调节，之后通过经编织装置进行四步法编织。
进一步地，所述放丝机构包括第一放丝辊、连续陶瓷长丝卷装、转向柱、第一张力辊、第一补偿辊；
所述连续陶瓷长丝卷装设于第一放丝辊上；
陶瓷连续长丝自连续陶瓷长丝卷装经转向柱、第一张力辊、第一补偿辊至上油装置。
进一步地，所述第一张力辊的上游和第一补偿辊的下游均设有张力传感器。
进一步地，所述第一放丝辊的线速度为V1，所述第一张力辊的速度为V2，所述第一补偿辊的速度为V3，且使得V3＞V2＞V1。
进一步地，V3、V2、V1速度差值使得陶瓷连续长丝产生的张力小于陶瓷连续长丝的拉伸率，以此减少断头现象。
进一步地，通过张力传感器获取张力值并以电信号的形式反馈至第一补偿辊，第一补偿辊通过速度调整使得陶瓷连续长丝处于张力均匀状态。
进一步地，所述上油装置包括载油腔体、设于载油腔体外部的并丝辊和转向柱、设于上油装置内部的上油辊。
进一步地，所述载油腔体内部装设有硅油，所述载油腔体顶部设有输入口和输出口；
陶瓷连续长丝依次经过并丝辊、上油辊、转向柱后进入干燥装置。
进一步地，所述恒张力装置包括第二张力辊和第二补偿辊，还包括与第二张力辊、第二补偿辊配合的转向柱组和钢棍。
进一步地，所述第二张力辊产生线速度V4，第二补偿辊产生线速度V5，且使得V5＞V4，V5与V4之间的速度差值使得陶瓷连续长丝产生的张力小于陶瓷连续长丝的断裂强力。
与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：
(1)本发明中连续陶瓷长丝的纺纱、三维编织设备使得经并丝后的连续长丝集束成大丝束，为三维编织提供了性能优异的纱线。
(2)本发明中三维编织设备实现了从连续陶瓷长丝卷装并丝上油干燥三维编织连续化生产，且在生产过程中解决了连续陶瓷长丝张力不稳定的问题。
附图说明
图1为本发明的一种连续陶瓷长丝的纺纱三维编织设备的示意图；
图中标记说明：
1-纺丝装置；11-第一放丝辊；12-连续陶瓷长丝卷装；13-转向柱；14-张力传感器；15-第一张力辊；16-第一补偿辊；17-张力传感器；
2-并丝上油装置；21-并丝辊；22-转向辊；23,24-上油辊；
3-烘干装置；31-红外辐射源；
4-恒张力装置；41，43，48-转向柱；42-陶瓷转向柱；44，47-张力传感器；45-张力辊；46-第二补偿辊；
5-编织装置；51-预制体提升机构；52-预制体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本技术方案中如未明确说明的部件型号、材料名称、连接结构、控制方法、算法等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。
以下各实施方式或实施例中，如无特别说明的功能部件或结构，则表明其均为本领域为实现的对应功能而采用的常规部件或常规结构。
实施例1
本实施例提供一种连续陶瓷长丝的纺纱、三维编织设备，其主要包括：放丝机构1，上油装置2，干燥装置3以及恒张力装置4。
放丝机构1具体包含第一放丝辊11、陶瓷连续长丝卷装12、转向柱13、张力传感器14、第一张力辊15、第一补偿辊16、张力传感器17组成。其中陶瓷连续长丝卷装12固定在第一放丝辊11上，陶瓷连续长丝经转向柱13、张力传感器14、第一张力辊15、第一补偿辊16、张力传感器17至上油装置2。其中第一放丝辊11的线速度为V1，第一张力辊15的速度为V2，第一补偿辊16的速度为V3，为保证张力传感器17处的张力值始终处于合适范围，则V3＞V2＞V1，并且还需满足速度差值产生的张力小于陶瓷连续长丝拉伸率，以减少断头，V3、V2和V1的速度由张力传感器14和张力传感器17反馈的电信号进行控制，使陶瓷连续长丝在放丝机构始终处于张力均匀状态。第一放丝辊11的线速度为V1控制为0.5～5m/min。张力传感器参数依据陶瓷长丝的种类、根数进行确定。陶瓷连续长丝卷装11与放丝辊12具有相同的角速度，经放丝辊12产生线速度V1，随着卷装逐渐放丝，为保证V1稳定，则放丝辊12的角速度需逐渐增大。放丝机构1不仅限于4组，其组合由预制体中纱线根数决定，此外，放丝机构1中连续陶瓷长丝卷装12的数量由丝束的根数决定，不仅限于2组。
陶瓷连续长丝经并丝辊21、上油辊24、上油辊23、转向柱22至烘干装置，其中并丝辊21材质为不锈钢，外面覆盖碳陶瓷或氧化铝陶瓷，以减少摩擦力，从而避免在生产过程中的断头，并丝辊21在并丝过程中始终保持张力处于合适的范围，且在并丝过程中不加捻，减少加捻带来的强度损失，经并丝后，得到大丝束，连续陶瓷长丝经上油后，可避免在编织过程中由于长丝之间的摩擦产生的静电作用，以及摩擦带来的长丝损伤，增加预制体的强度。
陶瓷连续长丝经加热管31至恒张力装置4，其中加热管31的加热方式为辐射加热，经辐射加热后，除去陶瓷连续长丝多余的油剂，加热管31固定在干燥装置3内，在干燥装置3侧面上开有小口，保证陶瓷长丝通过，同时在工作时也保证干燥装置3腔体内处于相对密闭状态，以提升腔体内的温度，从而除去多余的油剂。
陶瓷连续长丝经转向柱41、转向柱42、转向柱43、张力传感器44、第二张力辊45、第二补偿辊46、传感器47、转向柱48、钢棍49至5编织装置，其中转向柱41、42、43、48的材质为不锈钢或陶瓷，第二张力辊45产生线速度V4，第二补偿辊46产生线速度V5，在生产过程中V5＞V4以保证连续陶瓷长丝在编织过程中的张力始终处于合适范围，且速度差值产生的张力小于连续陶瓷长丝的断裂强力，以杜绝在生产过程中由于速度差过大导致的断丝现象。
陶瓷连续长丝经编织装置5利用四步法完成编织，在编织过程中，预制体经预制体提升机构52完成编织后的提升。
利用本发明制备连续莫来石长丝的曲面异形件，具体操作步骤为：每个纺丝机构中，安装上两个莫来石连续长丝卷装，放丝辊以0.5m/min放丝。其中莫来石连续长丝卷含有500根单丝。莫来石连续长丝经过张力控制进行并丝，形成1K丝束。张力传感器14和16设置为60N。张力辊与补偿辊速度处于动态调节中。丝束经过上油装置2后，在丝束表面覆盖一层润滑油。在经过干燥3烘干，烘干温度设置为120℃。最后丝束经恒张力装置3进入三维编织装置。其中恒张力装置3中，张力传感器44和47设置为120N。利用四步法编织曲面异形件时，4组1K丝束进入编织装置中。
利用本实施例装置进行陶瓷连续长丝的纺纱、三维编织的具体过程如下：多组放丝辊11对陶瓷连续长丝卷装12同时放丝，陶瓷连续长丝经过转向柱13进入张力调节系统，通过张力传感器14和17调控辊15与16的转速，使得陶瓷连续长丝在最小张力状态进入上油装置2，其中第一放丝辊11的线速度为V1，第一张力辊15的速度为V2，第一补偿辊16的速度为V3，为保证张力传感器17处的张力值始终处于合适范围，满足V3＞V2＞V1，并且还需满足速度差值产生的张力小于陶瓷长丝拉伸率，以减少断头。陶瓷连续长丝经并丝辊21、上油辊24、上油辊23、转向柱22至烘干装置3，陶瓷连续长丝完全浸入上油装置2中硅油中。随后陶瓷连续长丝经加热管31至恒张力装置4，其中加热管31加热方式为辐射加热，经辐射加热后，除去陶瓷连续长丝多余的油剂，在干燥装置3上开有小口，保证陶瓷长丝通过，同时在工作时也保证干燥装置3腔内处于相对密闭状态，以提升腔体内的温度，从而除去多余的油剂。最后陶瓷连续长丝经转向柱41、转向柱42、转向柱43、张力传感器44、第二张力辊45、第二补偿辊46、传感器47、转向柱48、钢棍48至编织装置5，利用四步法完成编织，在编织过程中，预制体经预制体提升机构52完成编织后的提升。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种连续陶瓷长丝的纺纱三维编织设备，其特征在于，包括依次沿加工方向设置的放丝机构（1）、上油装置（2）、干燥装置（3）、恒张力装置（4）、编织装置（5）；
连续陶瓷长丝通过放丝机构（1）引出，并在放丝机构（1）中进行张力调整后输入上油装置（2）；
经过上油后的连续陶瓷长丝进入干燥装置（3）中通过热辐射的方式进行加热，以此去除多余的油剂；
干燥后的连续陶瓷长丝通过恒张力装置（4）再次进行张力调节，之后通过编织装置（5）进行四步法编织；
所述放丝机构（1）包括第一放丝辊（11）、连续陶瓷长丝卷装（12）、转向柱、第一张力辊（15）、第一补偿辊（16）；
所述连续陶瓷长丝卷装（12）设于第一放丝辊（11）上；
连续陶瓷长丝自连续陶瓷长丝卷装（12）经转向柱、第一张力辊（15）、第一补偿辊（16）至上油装置（2）；
所述第一张力辊（15）的上游和第一补偿辊（16）的下游均设有张力传感器；
所述第一放丝辊（11）的线速度为V1，所述第一张力辊（15）的速度为V2，所述第一补偿辊（16）的速度为V3，且使得V3＞V2＞V1；
V3、V2、V1速度差值使得连续陶瓷长丝产生的张力小于连续陶瓷长丝的拉伸率，以此减少断头现象；
通过张力传感器获取张力值并以电信号的形式反馈至第一补偿辊（16），第一补偿辊（16）通过速度调整使得连续陶瓷长丝处于张力均匀状态；
所述恒张力装置（4）包括第二张力辊（45）和第二补偿辊（46），还包括与第二张力辊（45）、第二补偿辊（46）配合的转向柱组和钢棍（49）；
所述第二张力辊（45）产生线速度V4，第二补偿辊（46）产生线速度V5，且使得V5＞V4，V5与V4之间的速度差值使得连续陶瓷长丝产生的张力小于连续陶瓷长丝的断裂强力。
2.根据权利要求1所述的一种连续陶瓷长丝的纺纱三维编织设备，其特征在于，所述上油装置（2）包括载油腔体、设于载油腔体外部的并丝辊（21）和转向柱、设于上油装置（2）内部的上油辊（24）。
3.根据权利要求2所述的一种连续陶瓷长丝的纺纱三维编织设备，其特征在于，所述载油腔体内部装设有硅油，所述载油腔体顶部设有输入口和输出口；
连续陶瓷长丝依次经过并丝辊（21）、上油辊（24）、转向柱后进入干燥装置（3）。
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