CN100385053C - 连续纤维束分散装置 - Google Patents

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Abstract

一种连续纤维束分散装置，有放料辊和收料辊及张紧辊，在所述放料辊和收料辊之间依次设有空气分离器和梳理器，空气分离器有中空筒体，该中空筒体上端口有分丝腔，分丝腔底面为分布有若干通气孔的分丝板而顶部有封闭盖板；梳理器有箱体，该箱体中设有平置的上气板和下气板，上气板与下气板之间为梳理槽，所述上气板上设有至少二条平行排列的长条形气缝，下气板上分布有若干气孔，所述箱体上装有机械震动器。本装置结构简单、无需外加动力，依靠空气压力作用即可完成分丝过程；可分阶段进行调节以达到最佳分丝效果；能将单丝的损伤降低到最小，且分丝速度快、细丝或单丝分布均匀、面密度低。

Description

连续纤维束分散装置
技术领域
本发明涉及复合材料加工设备，进一步是指可充分分散连续纤维束的装置。
背景技术
目前，纤维束的分散技术主要为机械梳分，即通过机械力的作用将纤维束分散，如美国专利US 6049956。该方法虽能实现纤维束的分散，但其设备机械部件多、机械协同性要求高、使用不便，此外由于纤维束中的单丝直径非常小，如碳纤维单丝直径大约为7μm，机械分丝过程中在机械力的作用下容易造成断丝及丝表面损伤。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺陷，提出一种连续纤维束分散装置，可将连续纤维束(如碳纤维束)分散成连续的细丝或单丝带而不会造成对单丝的损伤，对其它未加捻的连续纤维束(如玻璃纤维、合成纤维)也能进行同样的分丝处理；本装置能满足制备碳纤维增强的金属基、树脂基复合材料，以及C/C复合材料新的制备工艺的需要，装置结构简单、运行性能可靠、成本低。
本发明的技术解决方案是，所述连续纤维束分散装置有放料辊和收料辊及张紧导辊，其结构特点是，在所述放料辊和收料辊之间依次设有空气分离器和梳理器，所述空气分离器有带进气口的中空筒体，该中空筒体上端口有进口较窄而出口较宽的分丝腔，所述分丝腔底面为分布有若干通气孔的分丝板而顶部有封闭盖板；所述梳理器有箱体，该箱体中设有平置的上气板和下气板，上气板上方的箱体内腔为设有进气口的上腔而下气板下方的箱体内腔为设有出气口的下腔，上气板与下气板之间为前后贯通的梳理槽，所述上气板上设有至少二条平行排列的长条形气缝，下气板上分布有若干气孔，所述箱体上装有机械震动器。
以下对本发明做出进一步说明。
参见图1，本发明的连续纤维束分散装置有放料辊1和收料辊7及第一张紧辊3、第二张紧辊4和第三张紧辊6，其结构特点是，在所述放料辊1和收料辊7之间依次设有空气分离器2和梳理器5，在空气分离器2和梳理器5之间设第一张紧辊3，在第一张紧辊3和梳理器5之间设第二张紧辊4，在梳理器5和收料辊7之间设第三张紧辊6；在所述空气分离器2有带进气口8的中空筒体9，如图2所示，该中空筒体9上端口有进口10较窄而出口11较宽的分丝腔12，所述分丝腔12底面为分布有若干通气孔13的分丝板14而顶部有封闭盖板15；参见图3至5，所述梳理器5有箱体21，该箱体21中设有平置的上气板25和下气板27，上气板25上方的箱体内腔为设有进气口22的上腔30而下气板27下方的箱体内腔为设有出气口24的下腔31，上气板25与下气板27之间为前后贯通的梳理槽23，所述上气板25上设有至少二条平行排列的长条形气缝26，下气板27上分布有若干气孔28，所述箱体21上装有机械震动器29。
复合材料中增强纤维在基体中的分布、与基体材料的结合是决定复合材料材料各项性能的关键因素，本发明装置能够在不对单丝造成损伤的前提下，将连续的纤维束分散成连续的细丝或单丝带状，供后续的纤维的表面处理或预浸料制备使用，由这种增强纤维制得复合材料中纤维在基体中分布更加均匀、与基体结合更加牢固。装置的工作过程如图1所示，纤维束16(以碳纤维束为例)经洗涤去除表面环氧树脂干燥后卷绕在放料辊1上，该纤维束16进入空气分离器2，在其中高压气流作用下得到初步分散，如5mm左右宽度的纤维束可以分散成为80-100mm宽度的丝带；通过第一、第二张紧辊(橡胶辊)3、4的上下、左右移动可以调节空气分离器2中丝束分散的程度和速度；经过初分的丝随后进入梳理器5，在适当的气流强度作用下，纤维带被进一步均匀分散至单丝状态，丝带的宽度可以为180-220mm，丝带中单丝分布均匀；第三张紧辊(不锈钢滚筒)6可上下、左右移动，调节分丝的程度和速度，最后收到收料辊7上备用。
所述空气分离器2的工作原理是(参见图2)，高压空气从进气口8进入中空筒体9中，再从通气孔13进入分丝腔12中；纤维束16从进口10处进入分丝腔12中并从出口11出来，其间受到气流的冲击作用而被分散成为小束状；所述梳理器5的工作原理是(参见图3至5)，气体(干燥热空气)由进气口22进入上腔30后，经上气板25上的气缝26进入梳理槽23，然后再经下气板27上的气孔28进入下腔31，最后从出气口24排出；经空气分离器2粗分后的纤维束(如碳纤维束)从箱体21一侧(例如图5所示的左侧)进入梳理槽23后，再由其另一侧(例如图5所示的右侧)出来，这些连续碳纤维束在所述梳理槽23中受到自上而下的空气流以及箱体21上的震动器29的作用而得到进一步细分，并使细分后的纤维分布均匀。适当调节进气气压和出气量、改变下气板27的气孔28的孔径大小，可以达到理想的分丝效果。所述梳理器5倒置(如图5所示装置绕一水平轴旋转180°)后所成结构仍为本发明的范围。
由以上可知，本发明为一种连续纤维束分散装置，它可将未加捻的连续纤维束(包括碳纤维、玻璃纤维、合成纤维等)分散成连续的细丝或单丝的带状；装置结构简单、无需外加动力，依靠空气压力作用即可完成分丝过程；可以分阶段进行调节以达到最佳分丝效果；由于纤维表面基本上没有受到外加机械作用力，因此将单丝的损伤降低到最小，且分丝速度快、细丝或单丝分布均匀、面密度低。
附图说明
图1是本发明一种实施例结构示意图；
图2是空气分离器的一种实施例(带局部剖视)的结构示意图(封闭盖板15为同主体相分离状态)；
图3是梳理器的一种实施例整体结构示意图；
图4是图3所示装置的剖视结构示意图；
图5是图3中A-A向剖视结构。
在附图中：
1-放料辊，      2-空气分离器，          3-第一张紧辊，
4-第二张紧辊，  5-梳理器，              6-第三张紧辊，
7-收料辊，      8-进气口，              9-中空筒体，
10-进口，       11-出口，               12-分丝腔，
13-通气孔，     14-分丝板，             15-封闭盖板，
16-纤维束，     17-第一导轨，           18-第二导轨，
21-箱体，       22-进气口，             23-梳理槽，
24-出气口，     25-上气板，             26-气缝，
27-下气板，     28-气孔，               29-震动器，
30-上腔，       31-下腔。
具体实施方式
参见图1，装置对14K碳纤维束16进行分丝处理，纤维宽度由6mm分散到180-220mm左右；分丝前碳纤维束面密度为0.5mg/cm2，分丝后单丝带的面密度为20μg/cm2，分丝速度为0.6m/min。
参见图2，空气分离器2的分丝腔12的进口10宽度为5-10mm，出口11宽度120mm，分丝板14上通气孔13的孔径为2-6mm(不同孔径的通气孔可从梯度排布)，布孔率(分丝板顶面面积与通气孔的总面积之比)40％左右，进气口8送入0.6-0.9MPa空气，将6mm宽的碳纤维束分散至80-100mm丝束。
参见图3至5，所述梳理器5由进气口22送入40℃-60℃干燥空气，进气气压0.1-0.4MPa，气缝26设置二条且每条气缝的长度和宽度分别为240mm、1-2mm，下气板27上气孔28的孔径为1-8mm，布孔率60％左右；机械震动器29采用改进的偏心块式机械震动器，它装在箱体21底部，振幅10mm，速度100rpm，将80-100mm丝束进一步细分至宽度为180-220mm的单丝带，且分布均匀。
参见图1，所述第一张紧辊3装在第一导轨17上而可作上下移动；所述第二张紧辊4装在第二导轨18上而可作左右移动；所述第三张紧辊6装在第三导轨上而可作上下、左右移动；这些导轨均可采用已有技术的常用结构。

Claims (8)

1.一种连续纤维束分散装置，有放料辊(1)和收料辊(7)及第一张紧辊(3)、第二张紧辊(4)、第三张紧辊(6)，其特征是，在所述放料辊(1)和收料辊(7)之间依次设有空气分离器(2)和梳理器(5)，在空气分离器(2)和梳理器(5)之间设第一张紧辊(3)，在第一张紧辊(3)和梳理器(5)之间设第二张紧辊(4)，在梳理器(5)和收料辊(7)之间设第三张紧辊(6)；所述空气分离器(2)有带进气口(8)的中空筒体(9)，该中空筒体(9)上端口有进口(10)较窄而出口(11)较宽的分丝腔(12)，所述分丝腔(12)底面为分布有若干通气孔(13)的分丝板(14)而顶部有封闭盖板(15)；所述梳理器(5)有箱体(21)，该箱体(21)中设有平置的上气板(25)和下气板(27)，上气板(25)上方的箱体内腔为设有进气口(22)的上腔(30)而下气板(27)下方的箱体内腔为设有出气口(24)的下腔(31)，上气板(25)与下气板(27)之间为前后贯通的梳理槽(23)，所述上气板(25)上设有至少二条平行排列的长条形气缝(26)，下气板(27)上分布有若干气孔(28)，所述箱体(21)上装有机械震动器(29)。
2.根据权利要求1所述的连续纤维束分散装置，其特征是，所述梳理器(5)的气缝(26)设置二条。
3.根据权利要求1所述的连续纤维束分散装置，其特征是，所述梳理器(5)的下气板上气孔(28)的孔径为1-8mm。
4.根据权利要求1所述的连续纤维束分散装置，其特征是，所述梳理器(5)的机械震动器(29)装在箱体(21)底部。
5.根据权利要求1所述的连续纤维束分散装置，其特征是，所述空气分离器(2)的分丝板(14)上的通气孔(13)的孔径为2-6mm。
6.根据权利要求1所述的连续纤维束分散装置，其特征是，所述第一张紧辊(3)装在第一导轨(17)而可作上下移动。
7.根据权利要求1所述的连续纤维束分散装置，其特征是，所述第二张紧辊(4)装在第二导轨(18)上而作左右移动。
8.根据权利要求1所述的连续纤维束分散装置，其特征是，所述第三张紧辊(6)装在第三导轨上而可作上下、左右移动。
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