RU2435877C1 - Carbon bundle spreading apparatus - Google Patents

Carbon bundle spreading apparatus Download PDF

Info

Publication number
RU2435877C1
RU2435877C1 RU2011107129/12A RU2011107129A RU2435877C1 RU 2435877 C1 RU2435877 C1 RU 2435877C1 RU 2011107129/12 A RU2011107129/12 A RU 2011107129/12A RU 2011107129 A RU2011107129 A RU 2011107129A RU 2435877 C1 RU2435877 C1 RU 2435877C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon
bundle
unit
nozzle
rolls
Prior art date
Application number
RU2011107129/12A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Валерьевич Кепман (RU)
Алексей Валерьевич Кепман
Артем Петрович Малахо (RU)
Артем Петрович Малахо
Юрий Алексеевич Занегин (RU)
Юрий Алексеевич Занегин
Джорди Галан Лонгуэрас (ES)
Джорди Галан Лонгуэрас
Альберт Галан Лонгуэрас (ES)
Альберт Галан Лонгуэрас
Сартори Марко (IT)
Сартори Марко
Александр Владимирович Лисицин (RU)
Александр Владимирович Лисицин
Вячеслав Борисович Белякин (RU)
Вячеслав Борисович Белякин
Александр Вячеславович Малюченков (RU)
Александр Вячеславович Малюченков
Виктор Васильевич Авдеев (RU)
Виктор Васильевич Авдеев
Анатолий Николаевич Селезнев (RU)
Анатолий Николаевич Селезнев
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Институт новых углеродных материалов и технологий" (ЗАО "ИНУМиТ")
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" (ГОУ ВПО "ВГТУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Институт новых углеродных материалов и технологий" (ЗАО "ИНУМиТ"), Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" (ГОУ ВПО "ВГТУ") filed Critical Закрытое акционерное общество "Институт новых углеродных материалов и технологий" (ЗАО "ИНУМиТ")
Priority to RU2011107129/12A priority Critical patent/RU2435877C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2435877C1 publication Critical patent/RU2435877C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemistry. ^ SUBSTANCE: apparatus for spreading a carbon bundle has series-arranged coiling unit 1, a pair of feed rolls 2, a unit for controlling 3 and regulating tension in the processed bundle, a unit for spreading 4 the carbon bundle with an air stream, a pair of receiving rolls 5, as well as a unit for winding 6 the spread bundle. The unit for spreading 4 the carbon bundle with an air stream is in form of two supporting rolls 11, 12 and a nozzle 13 which is installed between and under the supporting rolls with inclination angle of 30-70 to the displacement surface of the bundle, and is made with a flat slotted opening 14 with possibility of feeding compressed air through said opening. The slotted opening 14 of the nozzle 13 of the unit for spreading 4 the carbon bundle can be made with partitions 15. The nozzle can be fitted with possibility of regulating its inclination angle depending on the thickness of the bundle. ^ EFFECT: high speed of the stream of compressed air results in efficient splitting of the carbon bundle into monofilaments and obtaining a belt of carbon fibres with lower surface density. ^ 3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к производству химических волокон, в частности к получению расправленных углеродных жгутов (англ. - spread tow), используемых для изготовления различных тканей, лент и препрегов. Изготовленные на основе расправленных углеродных жгутов композиционные материалы имеют более плотную упаковку лент и тканей при более высокой прочности на разрыв. За счет меньшей толщины монослоя композиционного материала на основе расправленных углеродных жгутов снижается концентрация напряжений, вызванная использованием слоев с различной ориентацией, снижается концентрация напряжений, вызванная наличием отверстий, галтелей, полостей и т.д. В композиционных материалах на основе расправленных жгутов прочность на сдвиг и вязкость разрушения выше, чем материалов, полученных из традиционных тканей и лент. При этом использование расправленных углеродных жгутов в составе тканей и лент при изготовлении углепластиков позволяет снизить стоимость изделий за счет использования более толстых углеродных жгутов для получения материалов с низкой толщиной монослоя, получить изделия, которые невозможно изготовить из традиционных тканей и лент, например тонкостенные, использовать новые возможности при изготовлении гибридных композиционных материалов.The invention relates to the production of chemical fibers, in particular to the production of expanded carbon tows (eng. - spread tow), used for the manufacture of various fabrics, ribbons and prepregs. Composite materials made on the basis of expanded carbon tows have a denser packing of ribbons and fabrics with higher tensile strength. Due to the smaller thickness of the monolayer of the composite material based on straightened carbon tows, the stress concentration decreases due to the use of layers with different orientations, the stress concentration decreases due to the presence of holes, fillets, cavities, etc. In composite materials based on expanded strands, the shear strength and fracture toughness are higher than those obtained from traditional fabrics and tapes. At the same time, the use of expanded carbon bundles as part of fabrics and ribbons in the manufacture of carbon fiber reinforced plastics reduces the cost of products by using thicker carbon bundles to obtain materials with a low monolayer thickness, to obtain products that cannot be made from traditional fabrics and ribbons, for example, thin-walled ones, to use new opportunities in the manufacture of hybrid composite materials.

Наиболее близкой к заявленной установке является установка для расправления углеродного жгута, которая содержит последовательно расположенные узел смотки, пару подающих валков, узел расправления углеродного жгута воздушным потоком, пару принимающих валков, устройство намотки расправленного углеродного жгута, а также систему контроля и регулирования натяжения обрабатываемого углеродного жгута (например, патент US 6032342, D01D 11/02, 2000).Closest to the claimed installation is a unit for straightening a carbon bundle, which contains sequentially located winding unit, a pair of feed rolls, a straightening unit of the carbon bundle by air flow, a pair of receiving rolls, a winding device for a straightened carbon bundle, and a control and regulation system for tensioning the processed carbon bundle (e.g., US Pat. No. 6,032,342, D01D 11/02, 2000).

Недостатком указанной установки является то, что расправление углеродного жгута осуществляют воздушным потоком при прохождении жгута над воздушным трактом, в который вакуумным насосом всасывается воздух. Так как сечение воздушного тракта велико, то невозможно обеспечить высокую скорость воздушного потока, что приводит к низкой степени расправления углеродного жгута и качества получаемого материала.The disadvantage of this installation is that the expansion of the carbon tow is carried out by air flow while passing the tow over the air path into which air is sucked in by a vacuum pump. Since the cross section of the air path is large, it is impossible to ensure a high air flow rate, which leads to a low degree of expansion of the carbon tow and the quality of the resulting material.

Задачей изобретения является повышение степени расправления углеродного жгута и увеличение ширины углеродных лент, получаемых при расправлении углеродного жгута за счет увеличения скорости воздушного потока.The objective of the invention is to increase the degree of expansion of the carbon tow and increase the width of the carbon tapes obtained by expanding the carbon tow by increasing the speed of the air flow.

Технический результат достигается посредством установки для расправления углеродного жгута, которая содержит последовательно расположенные узел смотки, пару подающих валков, узел контроля и регулирования натяжения обрабатываемого жгута, узел расправления углеродного жгута воздушным потоком, пару принимающих валков, а также узел намотки расправленного жгута, при этом узел расправления углеродного жгута воздушным потоком выполнен в виде двух поддерживающих валков и сопла, которое закреплено между поддерживающими валками и над ними с наклоном под углом от 30° до 70° к плоскости перемещения жгута и выполнено с плоским щелевым отверстием с возможностью подачи через него под давлением сжатого воздуха. При этом за счет высоких скоростей потока сжатого воздуха достигается эффективное разделение углеродного жгута на монофиламенты и получение лент углеродных волокон с более низкой поверхностной плотностью.The technical result is achieved through the installation for straightening a carbon tow, which contains sequentially located winding unit, a pair of feed rolls, a control unit for adjusting the tension of the processed bundle, a straightening unit of the carbon bundle by air flow, a pair of receiving rolls, as well as a winding unit of the straightened tow, the expansion of the carbon tow by air flow is made in the form of two support rolls and a nozzle, which is fixed between the support rolls and above them with tilted at an angle from 30 ° to 70 ° to the plane of movement of the tow and is made with a flat slotted hole with the possibility of supplying compressed air through it. Moreover, due to the high flow rates of compressed air, an effective separation of the carbon bundle into monofilaments and the production of carbon fiber tapes with a lower surface density are achieved.

Щелевое отверстие сопла узла расправления углеродного жгута может быть выполнено с перегородками.The slit opening of the nozzle of the carbon tow expansion unit can be made with partitions.

Сопло может быть установлено с возможностью регулирования угла его наклона в зависимости от толщины жгута.The nozzle can be installed with the possibility of adjusting the angle of inclination depending on the thickness of the bundle.

Вышеизложенные особенности и преимущества предлагаемого изобретения будут понятны из последующего описания предпочтительного примера его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых для представления одинаковых элементов используются одинаковые позиции:The above features and advantages of the present invention will be clear from the following description of a preferred example of its implementation with reference to the accompanying drawings, in which the same positions are used to represent the same elements:

на фиг.1 представлена схема установки для расправления углеродного жгута в соответствии с настоящим изобретением;figure 1 presents a diagram of a plant for straightening a carbon tow in accordance with the present invention;

на фиг.2 - то же, вид сверху;figure 2 is the same, a top view;

на фиг.3 - сопло;figure 3 - nozzle;

на фиг.4 - сопло, вид А фиг.3;figure 4 - nozzle, view a of figure 3;

на фиг.5 - сопло, вид Б фиг.3;figure 5 - nozzle, view B of figure 3;

на фиг.6 - другой пример сопла, вид Б фиг.3.figure 6 is another example of a nozzle, view B of figure 3.

Установка для расправления углеродного жгута содержит узел 1 смотки, за которым последовательно размещены пара подающих валков 2, узел 3 контроля и регулирования натяжения обрабатываемого жгута, узел 4 расправления углеродного жгута воздушным потоком, пару принимающих валков 5, а также узел 6 намотки.The installation for straightening the carbon bundle comprises a winding unit 1, behind which a pair of feed rolls 2, a unit 3 for controlling and regulating the tension of the processed bundle, an assembly 4 for expanding the carbon bundle by air flow, a pair of receiving rolls 5, and also a winding unit 6 are sequentially placed.

Узел 1 смотки выполнен в виде держателя бобины поперечной размотки, снабженного пружинным тормозом и установленного с возможностью осевого перемещения в зависимости от отклонения относительно оси 0-0 подаваемого через него жгута (оси перемещения жгута).The winding unit 1 is made in the form of a holder for a transverse unwind reel equipped with a spring brake and mounted with the possibility of axial movement depending on the deviation relative to the 0-0 axis of the tow supplied through it (the axis of movement of the tow).

Подающие валки 2 предназначены для подачи и перемещения углеродного жгута к узлу 4 расправления углеродного жгута воздушным потоком. Один из подающих валков 2 (предпочтительно, верхний) выполнен приводным с возможностью регулирования скорости вращения в зависимости от усилия натяжения жгута, проходящего через приводные валки 2.The feed rolls 2 are designed to feed and move the carbon tow to the node 4 of the expansion of the carbon tow by air flow. One of the feed rolls 2 (preferably the upper one) is made driven with the possibility of controlling the rotation speed depending on the tension force of the bundle passing through the drive rolls 2.

Узел 3 контроля натяжения выполнен в виде трех валков 7, 8, 9, связанных с тензометрическим датчиком 10, размещен за подающими валками 2 и предназначен для контроля усилия натяжения углеродного жгута.The tension control unit 3 is made in the form of three rolls 7, 8, 9, connected with a strain gauge 10, located behind the feed rolls 2 and is designed to control the tension of the carbon tow.

Узел 4 расправления углеродного жгута воздушным потоком содержит поддерживающие валки 11, 12 и сопло 13, которое выполнено с плоским щелевым отверстием 14, расположенным поперек направления подачи углеродного жгута и через которое подается под давлением сжатый воздух. Сопло закреплено между поддерживающими валками 11, 12 над углеродным жгутом (и, соответственно, над поддерживающими валками) и с наклоном под углом α от 30° до 70° к плоскости подачи жгута с возможностью регулирования указанного угла в зависимости от типа углеродного волокна и необходимой ширины получаемой на выходе углеродной ленты. В плоском щелевом отверстии 14 сопла 13 могут быть выполнены перегородки 15 для разделения воздушного потока с возможностью образования нескольких струй воздуха.The air stream expansion unit 4 of the carbon tow contains a support rolls 11, 12 and a nozzle 13, which is made with a flat slot hole 14 located across the feed direction of the carbon tow and through which compressed air is supplied under pressure. The nozzle is fixed between the support rolls 11, 12 above the carbon tow (and, accordingly, above the support rolls) and with an inclination at an angle α from 30 ° to 70 ° to the supply plane of the tow with the ability to adjust the specified angle depending on the type of carbon fiber and the required width obtained at the outlet of the carbon tape. In the flat slit hole 14 of the nozzle 13, partitions 15 can be formed to separate the air flow with the possibility of the formation of several jets of air.

За узлом 4 расправления углеродного жгута расположены принимающие валки 5, посредством которых осуществляется перемещение с регулируемым натяжением обрабатываемого углеродного жгута. По конструктивному исполнению принимающие валки 5 аналогичны подающим валкам 2, при этом приводы подающих валков 2 и принимающих валков 5 синхронизированы.Behind the knot 4 for expanding the carbon bundle, receiving rollers 5 are arranged, by means of which the controlled carbon tension is moved with adjustable tension. In design, the take-up rolls 5 are similar to the feed rolls 2, while the drives of the feed rolls 2 and the receive rolls 5 are synchronized.

Узел 6 намотки расправленного углеродного жгута содержит вал, установленный с возможностью перемещения вдоль его оси (0'-0') с регулируемой скоростью, на который может быть установлена как приемная бобина для осуществления крестовой намотки с регулируемым углом раскладки, так и катушка.The winding unit 6 of the expanded carbon tow includes a shaft that can be mounted along its axis (0'-0 ') with an adjustable speed, on which both a take-up reel for cross winding with an adjustable folding angle and a coil can be installed.

Установка для расправления углеродного жгута имеет программируемый блок управления, посредством которого задаются основные параметры узлов, осуществляется контроль и синхронизация скоростей вращения приводных узлов и который обеспечивает автоматическую остановку установки при окончании жгута в любой из секций, при окончании жгута и при намотке полного вала.The installation for straightening the carbon bundle has a programmable control unit by which the basic parameters of the nodes are set, the rotation speeds of the drive units are monitored and synchronized, and the unit automatically stops when the bundle ends in any section, when the bundle ends and when the full shaft is wound.

Установка для расправления углеродного жгута работает следующим образом.Installation for straightening the carbon tow is as follows.

Бобину с углеродным жгутом устанавливают на держатель бобины узла 1 смотки. На этом же этапе, пропустив конец жгута через все узлы установки (через подающие валки 2, узел 3 контроля и регулирования натяжения углеродного жгута, узел 4 расправления углеродного жгута воздушным потоком, принимающие валки 5), закрепляют его на приемной бобине (или катушке на переходной втулке), установленной на валу узла 6 намотки.The carbon wire bobbin is mounted on the bobbin holder of the winding unit 1. At the same stage, passing the end of the bundle through all the units of the installation (through feed rolls 2, node 3 for controlling and regulating the tension of the carbon bundle, node 4 for expanding the carbon bundle by air flow, receiving rolls 5), fix it on the take-up reel (or coil on the transition sleeve) mounted on the shaft of the winding unit 6.

Посредством блока управления задают основные параметры указанных узлов и включают установку для расправления углеродного жгута.By means of the control unit, the basic parameters of these nodes are set and the installation for straightening the carbon tow is included.

Углеродный жгут, захваченный подающими валками 2, с узла 1 смотки, обогнув валки 7, 8 и 9 узла 3 контроля натяжения, перемещается через узел 4 расправления воздушным потоком, где он поддерживается валками 11 и 12. При этом через щелевое отверстие 14 сопла 13 принудительно подается сжатый воздух. Сформированный плоским щелевым отверстием 14 равномерный по ширине воздушный поток высокой скорости воздействует на углеродный жгут под углом α к плоскости подачи жгута, выбранным в пределах от 30° до 70°, образуя петлю, расправляет углеродный жгут, и, поджимая его к поддерживающему валку 12, распределяет на отдельные монофиламенты, которые рассредоточиваются по ширине валка 12. При углах менее 30° и более 70° происходит дестабилизация получаемой петли, увеличивается натяжение углеродного жгута и как следствие снижается эффективность расправления углеродного жгута, при этом углеродная лента получается меньшей ширины и большей поверхностной плотности. При большой толщине жгута предпочтительно выполнять щелевое отверстие с перегородками 15 с целью разделения воздушного потока на несколько потоков для более равномерного распределения нитей жгута по ширине валка.The carbon bundle, captured by the feed rolls 2, from the winding unit 1, rounding the rolls 7, 8 and 9 of the tension control unit 3, moves through the expansion unit 4 by the air flow, where it is supported by the rollers 11 and 12. At the same time, it is forced through the slot 14 of the nozzle 13 compressed air is supplied. Formed by a flat slotted hole 14, a uniformly wide high-velocity air stream acts on the carbon tow at an angle α to the supply plane of the tow, selected from 30 ° to 70 °, forming a loop, straightens the carbon tow, and pressing it to the support roll 12, distributes into individual monofilaments, which are dispersed over the width of the roll 12. At angles less than 30 ° and more than 70 °, the resulting loop is destabilized, the tension of the carbon bundle increases and, as a result, the efficiency of the strands decreases eniya carbon tow, wherein the carbon ribbon turns of smaller width and greater basis weight. With a large thickness of the bundle, it is preferable to make a slit hole with partitions 15 in order to divide the air flow into several streams for a more even distribution of the strands of the bundle along the width of the roll.

Полученный расправленный углеродный жгут в виде ленты наматывают с натяжением на бобину или катушку устройства 6 намотки. Намотка ленты на бобину осуществляется посредством движения бобины вправо и влево, а позиция нитенаправителя не меняется, т.е. зафиксирована, при этом раскладка ленты на бобину осуществляется без изгибов и сложений. Натяжение намотки настраивается автоматически. На панели системы контроля и регулирования натяжения обрабатываемого жгута отображается текущее количество намотки в метрах и оставшееся до заполнения бобины количество. После полной намотки бобины (после достижения заданного диаметра бобины) установка автоматически останавливается.The obtained expanded carbon bundle in the form of a tape is wound with tension on a bobbin or coil of the winding device 6. Winding the tape onto the bobbin is carried out by moving the bobbin to the right and left, and the position of the thread guide does not change, i.e. fixed, while the layout of the tape on the reel is carried out without bends and additions. The winding tension is automatically adjusted. On the panel of the system for controlling and regulating the tension of the processed bundle, the current number of windings in meters and the amount remaining until the bobbin is filled are displayed. After the bobbin is fully wound (after reaching the specified bobbin diameter), the installation automatically stops.

Предлагаемая установка расправления углеродного жгута за счет использования сопла с плоским щелевым отверстием, через которое подается сжатый воздух, и достижения более высоких скоростей воздушного потока позволяет равномерно распределять монофиламенты углеродного жгута и формировать равномерную ленту с низкой поверхностной плотностью.The proposed installation of the expansion of the carbon bundle through the use of a nozzle with a flat slotted hole through which compressed air is supplied and achieving higher air flow rates makes it possible to evenly distribute monofilaments of the carbon bundle and form a uniform ribbon with a low surface density.

Claims (3)

1. Установка для расправления углеродного жгута, содержащая последовательно расположенные узел смотки, пару подающих валков, узел контроля и регулирования натяжения обрабатываемого жгута, узел расправления углеродного жгута воздушным потоком, пару принимающих валков, а также узел намотки расправленного жгута, при этом узел расправления углеродного жгута воздушным потоком выполнен в виде двух поддерживающих валков и сопла, которое закреплено между поддерживающими валками и над ними с наклоном под углом от 30° до 70° к плоскости перемещения жгута и выполнено с плоским щелевым отверстием с возможностью подачи через него под давлением сжатого воздуха.1. Installation for straightening a carbon tow, comprising sequentially located winding unit, a pair of feed rolls, a control unit for controlling the tension of the processed tow, a straightening unit of the carbon tow by air flow, a pair of receiving rolls, and a winding unit of the straightened tow, while the carbon tow straightening unit the air flow is made in the form of two support rolls and a nozzle, which is fixed between the support rolls and above them with an inclination at an angle from 30 ° to 70 ° to the plane is moved a bundle and is made with a flat slot hole with the possibility of supplying compressed air through it under pressure. 2. Установка по п.1, в которой щелевое отверстие сопла выполнено с перегородками.2. The installation according to claim 1, in which the slotted hole of the nozzle is made with partitions. 3. Установка по п.1, в которой сопло установлено с возможностью регулирования угла его наклона. 3. The installation according to claim 1, in which the nozzle is mounted with the possibility of adjusting the angle of inclination.
RU2011107129/12A 2011-02-25 2011-02-25 Carbon bundle spreading apparatus RU2435877C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011107129/12A RU2435877C1 (en) 2011-02-25 2011-02-25 Carbon bundle spreading apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011107129/12A RU2435877C1 (en) 2011-02-25 2011-02-25 Carbon bundle spreading apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2435877C1 true RU2435877C1 (en) 2011-12-10

Family

ID=45405578

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011107129/12A RU2435877C1 (en) 2011-02-25 2011-02-25 Carbon bundle spreading apparatus

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2435877C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107002316B (en) The manufacturing method and manufacturing device of the fine fibre bundle in part point, the fine fibre bundle in part point
JP4813581B2 (en) Fiber bundle opening method and apparatus used for the method
US10569986B2 (en) Partially separated fiber bundle, production method for partially separated fiber bundle, fiber-reinforced resin molding material using partially separated fiber bundle, and production method for fiber-reinforced resin molding material using partially separated fiber bundle
US20130193623A1 (en) Method and Equipment for Reinforcing a Substance or an Object with Continuous Filaments
RU2556473C2 (en) Device for spinning from melt, drawing and rolling of several complex threads
TWI427201B (en) Process and device for manufacturing a composite strand
EP2407407B1 (en) Yarn threading method of take-up winding apparatus and take-up winding apparatus
JP5343059B2 (en) Apparatus and method for manufacturing a UD layer
EP2138615A1 (en) Method for producing a multi-axial fibre clutch, unidirectional fibre layers and method for its production, multi-axial fibre clutch and composite part with a matrix
WO2017221688A1 (en) Production method for separated fiber bundle, separated fiber bundle, fiber-reinforced resin molding material using separated fiber bundle, and production method for fiber-reinforced resin molding material using separated fiber bundle
US7942979B2 (en) Process and apparatus for cleaning wires or the outer surface of a tube
JP2009524746A (en) Equipment for melt spinning and winding synthetic yarns
CN105297197A (en) Spinning machine and spinning method
CN101886306B (en) Warping machine blowing device
RU2435877C1 (en) Carbon bundle spreading apparatus
CN107532346B (en) Yarn texturing apparatus and method
WO2004015184A1 (en) Fiber opening apparatus for mass fibers
RU2462542C2 (en) Method to straighten carbon yarn and plant for its realisation
CN102234855A (en) Spinning machine
CN109208140B (en) Device and method for splitting a fiber bundle
KR101676729B1 (en) the spreading apparatus and the spreading system of yarn therewith
JP5667484B2 (en) Manufacturing method and equipment for fiber opening
RU2471900C1 (en) Method of straightening untwisted fibre and plant for its implementation
RU103534U1 (en) INSTALLATION FOR CARBON BARBAR
US8171710B2 (en) Automatic lacer for bundles of polymeric fiber

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200226