CN213121479U - 一种碳纤维耐磨性评价装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及碳纤维的纤维特性评价装置，该装置包括主动放卷装置，角位移张力传感器，取样夹及压力控制器、悬臂式张力传感器、固定式展纱辊、牵引装置。本实用新型的碳纤维耐磨性评价装置，可实现线速、张力、碳纤维与金属辊包角等可控条件下的碳纤维的展宽、起毛量评价，准确监控碳纤维的易展性和耐磨性，提高产品的可靠性。

Description

一种碳纤维耐磨性评价装置

技术领域

本实用新型属于碳纤维纤维特性评价装置领域，特别是一种碳纤维耐磨性评价装置。

背景技术

碳纤维是一种含碳量90％以上的高强度、高模量的高性能纤维材料，广泛应用于体育休闲、能源装备、交通运输领域，同时也是航空航天、武器装备的关键原材料。

碳纤维生产从聚合纺丝到碳化完成经历多级设备牵引，纤维受到设备的摩擦和拉伸，导致纤维出现微观的裂纹和宏观的毛丝缺陷。考虑到碳纤维丝束从0.5K～48K 的多样性，需要碳纤维耐磨性评价设备，具有速度恒定、纤维展宽可控和起毛量取样压力可控等。

现有评价设备通过砝码控制张力、选定特定质量的砝码控制起毛量测试压力，在纤维张力、速度控制和取样压力精确等方面还存在短板，而且操作不方便。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题在于提供一种碳纤维耐磨性评价装置。

实现实用新型目的技术方案为：

碳纤维耐磨性评价装置，包括主动放卷机构、取样夹及压力控制器、悬臂式张力传感器、固定式展纱辊、牵引装置；

主动放卷机构根据牵引装置速度，通过调节放卷与牵引速度差；在达到张力臂设定张力后，并设有角位移张力传感器来实现碳纤维牵引和放卷的速度相等；

固定式展纱辊设置于悬臂式张力传感器和取样夹及压力控制器之间；可改变碳纤维与展纱辊的包角，从而改变碳纤维与展丝辊摩擦力，控制碳纤维的展宽；

取样夹及压力控制器设置于固定式展纱辊和牵引装置之间，牵引装置内设有5 个金属牵引辊用于缠绕碳纤维，通过设置在金属牵引辊上方的橡胶辊下压增加金属牵引辊与碳纤维的摩擦力。

进一步的，设有平行放卷辊，位于主动放卷机构和角位移传感器之间，在碳纤维退绕过程中配合导丝轮使纤维向测试方向平行转变，避免碳纤维加捻，减少碳纤维磨损；所述的平行放卷辊的直径80mm，表面为PVC材质。

进一步的，设有碳纤维限位孔，位于平行放卷辊和悬臂式张力传感器之间，用于控制碳纤位置，防止碳纤维走偏；限位孔采用陶瓷耐磨材料，孔径8mm，保证 3K-24K碳纤维通过。

进一步的，角位移传感器，位于主动放卷机构和悬臂式张力传感器之间；通过碳纤维实际张力改变张力臂角度，反馈给主动放卷机构，改变退绕速率；张力臂可以手动调节纤维张力范围5-30N，角位移传感器角度变化范围0-35°。

进一步的，固定式展纱辊为7根，直径20mm，表镀铬处理，摩擦系数为0.05-0.25。

进一步的，悬臂式张力传感器5，位于固定式展纱辊6和角位移传感器4之间，控制碳纤位置，防止碳纤维走偏；限位孔采用陶瓷耐磨材料，孔径8mm，保证3K-24K 碳纤维可以容易通过。

进一步的，设有四个碳纤维限位轮组，位于牵引装置13的四个角位，用于控制牵引辊表面5道碳纤维丝束丝道位置，保证碳纤维平行，不产生缠丝。每组碳纤维限位轮组设有5支导丝轮，内径60mm，表面采用镀铬处理。

进一步的，牵引装置13设有计米器9，计米器9的传感器处于金属牵引辊中末尾的辊上，用于测量牵引辊的转速和计量碳纤维牵引长度；牵引装置设有速度变频器8，用于金属牵引辊的速度控制，速度控制范围1-12m/min。

进一步的，主动放卷机构处设有调频面板一，牵引装置设有调频面板二、启停开关、蜂鸣器、急停开关。

进一步的，取样夹及压力控制器包括气缸，压板，收集布，制成板；压板设置在气缸的底部，制成板上端固定在气缸的一侧，底部用于放置收集碳纤维的收集布。

本实用新型与现有技术对比，其显著优点如下：

(1)碳纤维耐磨性评价装置，可以实现起毛量测试压力精确调整，适合不同品质规格的碳纤维评价。

(2)碳纤维主动放卷和张力臂控制张力，保证了设备恒张力、恒速度运转，准确模拟碳纤维客户端实际使用状态。

附图说明

图1为本实用新型的碳纤维耐磨性评价装置示意图。

图2为本实用新型的取样夹及压力控制器示意图。

1-主动放卷机构，2-调频面板一，3-平行放卷辊，4-角位移张力传感器，5-悬臂式张力传感器，6-固定金属导辊，7-取样夹及压力控制器，8-调频面板二，9-计米器，10- 启停开关，11-蜂鸣器，12-急停开关，13-牵引装置，14-气缸，15-压板，16-收集布， 17-碳纤维，18-制成板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

如图1所示，本实用新型提供一种碳纤维耐磨性评价装置，包括1-主动放卷机构，2-调频面板，3-平行放卷辊，4-角位移张力传感器，5-悬臂式张力传感器，6-固定金属导辊；7-取样夹及压力控制器，8-调频面板，9-计米器，10-启停开关，11-蜂鸣器，12-急停开关，13-牵引装置。

碳纤维耐磨性评价设备，包括主动放卷机构1、取样夹及压力控制器7、固定式展纱辊6、牵引装置13。

主动放卷机构1，放卷涨缩轴可以使用直径为75-78mm，长280-300mm的纸质碳纤维轴，经过平行放卷辊调整碳纤维方向，通过角位移传感器调节主动放卷装置的放卷速度，张力臂调节碳纤维退绕的张力，张力控制范围为5-30N，张力臂限位辊轮表面镀铬，降低纤维与辊轮摩擦力，并控制碳纤维丝束位置。

固定式展纱辊6，在起毛量取样前控制纤维展宽，调整各种包角角度，改变纤维与静态导辊的摩擦力，改变取样时的张力，包括7根直径为20mm的静态导辊表面镀一层铬，降低静态辊对纤维摩擦导致的损伤。

取样夹及压力控制器7，上压板尺寸25×35mm，下压板尺寸40×53mm，可调压力范围0.02-0.6Mpa。最小分度值0.02Mpa，可以根据碳纤维评价需求进行调节，开关控制进气方向，一键控制加减压。

牵引装置13，由5组直径75mm，长100mm的金属牵引辊组成，表面增加镀铬和表面粗化处理，第一个轴包角120°，其余包角180°，提升碳纤维与牵引辊之间的摩擦力，重复缠绕5道碳纤维，并下压直径为100mm的橡胶辊，提升碳纤维与辊组之间的摩擦力。

还包括碳纤维限位孔，在碳纤维进入张力传感器前，控制纤维宽度，并避免碳纤维偏移测试方向，限位孔采用陶瓷耐磨材料，孔径8mm，保证3K-24K碳纤维可以容易通过。

还包括牵引辊四周设置4根金属辊，确保牵引辊表面碳纤维丝束平行，避免纤维加捻。每组5支导丝轮，内径60mm，表面采用镀铬处理。

还包括计米器9，用于测量牵引辊的转速和计量碳纤维牵引长度。

还包括调频面板二8，用于牵引辊的速度控制，可以设置多组频率开度，提高控制精度，较好稳定的速度控制范围1-12m/min。

碳纤维耐磨性评价装置的上述结构通过钢架结构固定在一个平台上。测试人员通过调频面板二8设定频率开度，调整牵引速率；主动放卷机构通过角位移张力传感器4角度变化，调节放卷速率，最终实现放卷、牵引速率平衡；人工调节张力辊张力，改变初始纤维张力；所述的检测部分，其包括取样夹及压力控制器7和张力显示5，固定金属导辊6改变绕辊数量和角度控制碳纤维的张力和展宽，经过取样夹(14、18)上收集布16收集碳纤维表面的毛丝，压力控制器14控制取样时的夹具的压板和支撑板间的压力。称量收集布测试前后增加重量，以此标度碳纤维的耐磨性。

取样夹及压力控制器(图2)，在设备稳定运转情况下使用收集布16聚氨酯海绵(60×80mm)包裹碳纤维，确保碳纤维展开宽度加压压力0.3-0.4Mpa，清零计长，测试固定长度碳纤维的起毛量。

计米器9，合适的测试速度6-10m/min，模拟应用生产速度。测试长度30-50m/ 次，使用万分之一天平称取质量。

实施例1

碳纤维耐磨性评价装置，其包括1-主动放卷机构，2-调频面板，3-平行放卷辊， 4-角位移张力传感器，5-悬臂式张力传感器，6-固定金属导辊；7-取样夹及压力控制器，8-调频面板二，9-计米器，10-启停开关，11-蜂鸣器，12-急停开关，13-牵引装置。

碳纤维耐磨性评价装置单独评价碳纤维的易展性和耐磨性，外形尺寸 1730×955×1200mm，所述的主动放卷装置，水平长度600mm，可以安装筒径75-78mm 碳纤维轴，长度265mm，张力臂张力控制范围5-30N，平行放卷辊长度280mm，角位移传感器角度范围0-35°。

固定金属导辊6，长300mm，直径20mm，端部带塑料挡丝帽，共7根。

压力控制装置14，气缸直径10mm，标准行程30mm，压力≤0.7Mpa。

计米器和报警装置9，最小计米单位0.1米，最小计速单位1米/min，可以设置长度提醒。

具体实施过程中，人员负责换碳纤维样品，上下收集布，施压减压，起停设施，清零计米数据，测试基本不受人员操作手法影响。

Claims (10)

1.碳纤维耐磨性评价装置，其特征在于，包括主动放卷机构(1)、取样夹及压力控制器(7)、悬臂式张力传感器(5)、固定式展纱辊(6)、牵引装置(13)；

所述的主动放卷机构(1)根据牵引装置(13)速度，通过调节放卷与牵引速度差；在达到张力臂设定张力后，并设有角位移张力传感器(4)来实现碳纤维牵引和放卷的速度相等；

所述的固定式展纱辊(6)设置于悬臂式张力传感器(5)和取样夹及压力控制器(7)之间；可改变碳纤维与展纱辊的包角，从而改变碳纤维与展丝辊摩擦力，控制碳纤维的展宽；

所述的取样夹及压力控制器(7)设置于固定式展纱辊(6)和牵引装置(13)之间，牵引装置(13)内设有5个金属牵引辊用于缠绕碳纤维，通过在金属牵引辊上方设置橡胶辊下压增加金属牵引辊与碳纤维的摩擦力。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，设有平行放卷辊(3)，位于主动放卷机构(1)和角位移张力传感器(4)之间，在碳纤维退绕过程中配合导丝轮使纤维向测试方向平行转变，避免碳纤维加捻，减少碳纤维磨损；所述的平行放卷辊(3)的直径80mm，表面为PVC材质。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，设有碳纤维限位孔，位于平行放卷辊(3)和悬臂式张力传感器(5)之间，用于控制碳纤位置，防止碳纤维走偏；限位孔采用陶瓷耐磨材料，孔径8mm，保证3K-24K碳纤维通过。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的角位移张力传感器(4)，位于主动放卷机构(1)和悬臂式张力传感器(5)之间；通过碳纤维实际张力改变张力臂角度，反馈给主动放卷机构(1)，改变退绕速率；张力臂可以手动调节纤维张力范围5-30N，角位移传感器角度变化范围0-35°。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的固定式展纱辊为7根，直径20mm，表镀铬处理，摩擦系数为0.05-0.25。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的悬臂式张力传感器(5)，位于固定式展纱辊(6)和角位移张力传感器(4)之间，控制碳纤位置，防止碳纤维走偏；限位孔采用陶瓷耐磨材料，孔径8mm，保证3K-24K碳纤维可以容易通过。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，设有四个碳纤维限位轮组，位于牵引装置(13)四个角位，用于控制牵引辊表面5道碳纤维丝束丝道位置，保证碳纤维平行，不产生缠丝；每个碳纤维限位轮组设有5支导丝轮，内径60mm，表面采用镀铬处理。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，牵引装置(13)设有计米器(9)，计米器(9)的传感器处于金属牵引辊中末尾的辊上，用于测量牵引辊的转速和计量碳纤维牵引长度；牵引装置(13)设有调频面板二(8)，用于金属牵引辊的速度控制，速度控制范围1-12m/min。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，主动放卷机构处设有调频面板一(2)，牵引装置(13)设有调频面板二(8)、启停开关(10)、蜂鸣器(11)、急停开关(12)。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，取样夹及压力控制器(7)包括气缸(14)，压板(15)，收集布(16)，制成板(18)；压板(15)设置在气缸(14)的底部，制成板(18)上端固定在气缸的一侧，底部用于放置收集碳纤维(17)的收集布(16)。

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