RU2604319C2

RU2604319C2 - Method of splitted carbon fiber producing and device for its implementation

Info

Publication number: RU2604319C2
Application number: RU2014153317/12A
Authority: RU
Inventors: Игорь Александрович Донюков; Юрий Васильевич Маслов; Александр Макарович Матвеенко; Виктор Юрьевич Мищенко; Сергей Николаевич Скиданов
Priority date: 2014-12-29
Filing date: 2014-12-29
Publication date: 2016-12-10
Also published as: RU2014153317A

Abstract

FIELD: aircraft engineering.

SUBSTANCE: invention is intended for use in aircraft engineering, particularly in production of splitted carbon fiber for making reinforced plastic parts (for example, brake discs), and can be used in machine building. In disclosed method of splitted carbon producing air flow passes through conical nozzle, which outlet diameter is several times less than housing inner diameter and, consequently, air stream base cross section area leaving conical nozzle, is many times smaller than one of housing inner surface. This provides for high flow rate at carbon supply nozzle edge to create maximum entraining effect. Carbon fiber reaching divergent air stream base leaving conical nozzle hole is splitted.

EFFECT: simplified design, reduced device overall dimensions and cost reduction.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение предназначено для использования в авиационной технике, а именно в технологии получения расщепленного углеволокна для изготовления углепластиковых деталей (например, тормозных дисков), и может найти применение в области машиностроения.The invention is intended for use in aircraft, in particular in the technology for producing split carbon fiber for the manufacture of carbon fiber parts (for example, brake discs), and may find application in the field of mechanical engineering.

В известном способе получения пневмоперепутанного углеволокна (патент РФ 2506357) расщепление и пневмоперепутывание осуществляются в гофрированном рукаве.In the known method for producing pneumo-entangled carbon fiber (RF patent 2506357), splitting and pneumo-entangling are carried out in a corrugated sleeve.

Пневмоперепутанное углеволокно нежелательно использовать для формирования пресспакетов, т.к. при первичном термоформировании в заготовке остаются микрополости, которые при последующих технологических операциях получения заготовок не устраняются. В итоге в готовых деталях (например, в тормозных дисках) остаются концентраторы напряжений, которые способствуют более быстрому износу и разрушению.Pneumo-entangled carbon fiber is undesirable to use for the formation of prespacks, because during the initial thermoforming, microcavities remain in the preform, which are not eliminated during subsequent technological operations to obtain preforms. As a result, stress concentrators remain in the finished parts (for example, in the brake discs), which contribute to faster wear and destruction.

Недостатком этого способа также является большой расход воздуха, подающегося в корпус, обеспечивающий высокую скорость потока у среза патрубка подачи углеволокна для получения максимального подсасывающего эффекта.The disadvantage of this method is the large flow rate of air supplied to the housing, providing a high flow rate at the cut of the carbon fiber supply pipe to obtain the maximum suction effect.

Технический результат - упрощение конструкции, уменьшение габаритов устройства и снижение себестоимости.The technical result is a simplification of the design, reducing the dimensions of the device and reducing the cost.

Заявленный технический результат достигается тем, что в известном способе получения расщепленного углеволокна, содержащем подачу углеволокна, его резку в направляющем патрубке и перемещение отрезков углеволокна в воздушный поток ствола, согласно заявляемому изобретению отрезки углеволокна помещают в основание расширяющейся струи воздуха в центре ствола под углом α=55°±10°, где и происходит расщепление углеволокна.The claimed technical result is achieved by the fact that in the known method for producing split carbon fiber containing carbon fiber feed, cutting it in a guide pipe and moving carbon fiber segments into the air stream of the barrel, according to the claimed invention, carbon fiber segments are placed in the base of an expanding air stream in the center of the barrel at an angle α = 55 ° ± 10 °, where the splitting of carbon fiber occurs.

В известном устройстве для получения расщепленного углеволокна, состоящем из корпуса и патрубка, установленного под углом α=55°±10°, согласно заявляемому изобретению на пути воздушного потока в корпусе установлена сужающаяся коническая насадка.In the known device for producing split carbon fiber, consisting of a housing and a pipe installed at an angle α = 55 ° ± 10 °, according to the claimed invention, a tapered conical nozzle is installed in the housing along the air flow path.

В частном случае выполнения в устройстве отношение диаметров выходного отверстия конической насадки и ствола варьируется в пределах 0,1…0,15, а угол при вершине конической насадки равен β=40°±5°.In the particular case of execution in the device, the ratio of the diameters of the outlet of the conical nozzle and the barrel varies between 0.1 ... 0.15, and the angle at the top of the conical nozzle is β = 40 ° ± 5 °.

В предлагаемом способе получения расщепленного углеволокна поток воздуха проходит через коническую насадку, диаметр выходного отверстия которой в несколько раз меньше внутреннего диаметра корпуса и, соответственно, площадь сечения основания воздушной струи, выходящей из конической насадки, многократно меньше площади сечения внутренней поверхности корпуса. Следовательно, для обеспечения той же скорости воздушной струи, что и у прототипа, требуется значительно меньший расход воздуха. В предлагаемом способе получения расщепленного углеволокна отрезки углеволокна попадают в основание расширяющейся струи воздуха в центре ствола под углом α=55°±10°, где и происходит их расщепление.In the proposed method for producing split carbon fiber, an air stream passes through a conical nozzle, the diameter of the outlet opening of which is several times smaller than the inner diameter of the housing and, accordingly, the cross-sectional area of the base of the air stream leaving the conical nozzle is many times smaller than the cross-sectional area of the inner surface of the housing. Therefore, to ensure the same speed of the air stream as the prototype, requires significantly lower air flow. In the proposed method for producing split carbon fiber, carbon fiber segments fall into the base of an expanding stream of air in the center of the trunk at an angle α = 55 ° ± 10 °, where they split.

На фиг. 1 показана схема устройства для получения расщепленного углеволокна.In FIG. 1 shows a diagram of a device for producing split carbon fiber.

На фиг. 2 - фотография устройства для получения расщепленного углеволокна.In FIG. 2 is a photograph of a device for producing split carbon fiber.

На фиг. 3 - полученное расщепленное углеволокно.In FIG. 3 - obtained split carbon fiber.

Устройство для осуществления способа расщепления углеволокна состоит из корпуса (ствола) 1, в верхней части которого установлен патрубок подачи углеволокна 2. В корпусе 1 установлена втулка 3 со сменной конической насадкой 4. Втулка 3 имеет регулировочный буртик 5 и контрится гайкой 6.A device for implementing the method of splitting carbon fiber consists of a housing (barrel) 1, in the upper part of which a carbon fiber supply pipe 2 is installed. In the housing 1, a sleeve 3 is installed with a replaceable conical nozzle 4. The sleeve 3 has an adjusting shoulder 5 and is locked with a nut 6.

Устройство работает следующим образом. В корпус 1 со стороны конической насадки 4 подается воздух под давлением р. Проходя через коническую насадку 4, поток воздуха сужается и его скорость многократно возрастает, создавая подсасывающий эффект у основания патрубка 2. Через патрубок подачи углеволокна 2 в корпус 1 засасываются отрезки рубленного жгута углеволокна. Углеволокно, попадая в основание расширяющейся струи воздуха, выходящей из отверстия конической насадки 4, расщепляется. Буртик 5 служит для регулировки расстояния z от точки пересечения оси патрубка с внутренней поверхностью ствола и срезом конической насадки, измеренного вдоль оси ствола.The device operates as follows. In the housing 1 from the side of the conical nozzle 4, air is supplied under pressure p. Passing through the conical nozzle 4, the air flow narrows and its speed increases many times, creating a suction effect at the base of the pipe 2. Through the carbon fiber supply pipe 2, pieces of chopped carbon fiber tow are sucked into the housing 1. Carbon fiber, falling into the base of an expanding stream of air emerging from the opening of the conical nozzle 4, is split. The shoulder 5 serves to adjust the distance z from the point of intersection of the axis of the nozzle with the inner surface of the barrel and a slice of the conical nozzle, measured along the axis of the barrel.

Предлагаемое конструктивное исполнение устройства требует меньших давлений нагнетания воздуха и, следовательно, меньших энергетических затрат. Кроме того, поскольку нет потребности в гофрированном рукаве, упрощается конструкция, уменьшаются габариты и себестоимость устройства.The proposed design of the device requires lower pressurization pressures and, therefore, lower energy costs. In addition, since there is no need for a corrugated sleeve, the design is simplified, the dimensions and cost of the device are reduced.

Изготовлен действующий образец устройства (см. фиг. 2). На фиг. 3 показано выработанное им расщепленное углеволокно.A valid sample of the device was manufactured (see Fig. 2). In FIG. 3 shows the cleaved carbon fiber produced by him.

Эксперименты показали, что для получения максимального подсасывающего эффекта (разрежения) в патрубке 2 отношение диаметров выходного отверстия d конической насадки 2 и ствола 1 D должны варьироваться в пределах 0,1…0,15, расстояние от патрубка 2 до торца ствола 1 L_опт=3D, оптимальный угол α=55°±10°, оптимальный угол при вершине конической насадки β=40°±5°.The experiments showed that in order to obtain the maximum suction effect (vacuum) in the pipe 2, the ratio of the diameters of the outlet aperture d of the conical nozzle 2 and the barrel 1 D should vary between 0.1 ... 0.15, the distance from the pipe 2 to the barrel end 1 L _opt = 3D, the optimal angle α = 55 ° ± 10 °, the optimal angle at the top of the conical nozzle β = 40 ° ± 5 °.

Claims

1. A method of obtaining a split carbon fiber containing carbon fiber feed, cutting it in a guide pipe and moving carbon fiber segments into the air stream of the barrel, characterized in that the carbon fiber segments are placed in the center of the expanding stream of air in the center of the barrel at an angle α = 55 ° ± 10 °, where the splitting of carbon fiber occurs.

2. A device for producing split carbon fiber, consisting of a housing and a pipe installed at an angle α = 55 ° ± 10 °, characterized in that a tapered conical nozzle is installed in the housing along the air flow path.

3. The device according to p. 2, characterized in that the ratio of the diameters of the outlet of the conical nozzle and the barrel varies between 0.1 ... 0.15, and the angle at the top of the conical nozzle is β = 40 ° ± 5 °.