RU2687648C1 - Способ разделения углеродного волокна и установка для его осуществления - Google Patents
Способ разделения углеродного волокна и установка для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2687648C1 RU2687648C1 RU2018123947A RU2018123947A RU2687648C1 RU 2687648 C1 RU2687648 C1 RU 2687648C1 RU 2018123947 A RU2018123947 A RU 2018123947A RU 2018123947 A RU2018123947 A RU 2018123947A RU 2687648 C1 RU2687648 C1 RU 2687648C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon fiber
- cut
- unidirectional
- unit
- drying
- Prior art date
Links
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 title claims abstract description 205
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 title claims abstract description 204
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 178
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000009434 installation Methods 0.000 title claims description 28
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title abstract description 15
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000003698 laser cutting Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000004513 sizing Methods 0.000 claims description 19
- 238000003892 spreading Methods 0.000 claims description 8
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 5
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 2
- 238000000280 densification Methods 0.000 claims 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008030 elimination Effects 0.000 abstract 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 abstract 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009489 vacuum treatment Methods 0.000 abstract 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 22
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 2
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000007380 fibre production Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
- 238000009941 weaving Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
- D02J—FINISHING OR DRESSING OF FILAMENTS, YARNS, THREADS, CORDS, ROPES OR THE LIKE
- D02J1/00—Modifying the structure or properties resulting from a particular structure; Modifying, retaining, or restoring the physical form or cross-sectional shape, e.g. by use of dies or squeeze rollers
- D02J1/18—Separating or spreading
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/38—Removing material by boring or cutting
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06H—MARKING, INSPECTING, SEAMING OR SEVERING TEXTILE MATERIALS
- D06H7/00—Apparatus or processes for cutting, or otherwise severing, specially adapted for the cutting, or otherwise severing, of textile materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Treatment Of Fiber Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу и устройству получения однонаправленного углеродного волокна нитей. Способ включает лазерную резку углеродного волокна и вакуумную обработку места реза углеродного волокна. Осуществляют непрерывное или периодическое прямолинейное перемещение однонаправленного углеродного волокна, в процессе которого осуществляют площение углеродного волокна, лазерную резку вдоль оси углеродного волокна. Дополнительная обработка разрезанного углеродного волокна включает обработку аппретом, сушку и площение и затем намотку готовых углеродных волокон. Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности разделения вдоль оси однонаправленного углеродного волокна с большим количеством филаментов на однонаправленные углеродные волокна с меньшим количеством филаментов с сохранением микроструктуры получаемых однонаправленных углеродных волокон и исключением термического удара углеродного волокна, не находящегося в зоне реза, при одновременном обеспечении необходимого количества филаментов в получаемых однонаправленных углеродных волокнах. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 13 ил.
Description
Область техники
Группа изобретений относится к способу и устройству обработки нитей, в частности к продольному разделению нитей, являющихся филаментами углеродных однонаправленных волокон, с помощью энергии лазерного луча, и может быть использована при производстве композитных элементов в различных областях техники, в частности в судостроении, авиастроении, автомобилестроение, строительстве, железнодорожном транспорте, ветроэнергетики, космической промышленности.
Уровень техники
Из уровня техники известно углеродное однонаправленное волокно, которое производится в виде жгутов с количеством филаментов от 500 до 320000, при этом принимаются следующие обозначения волокна по количеству филаментов - 1К равное 1000 филаментов, 3К равное 3000 филаментов и т.д. Для производства указанных углеродных жгутов наиболее распространённым сырьем является полиакрилонитрильное волокно, которое проходит сложную процедуру преобразования посредством термомеханической обработки и пиролиза, во время которого сначала происходит переориентация молекулярных сегментов внутри отдельных волокон, а затем, при более высоких температурах, происходит удаление кислорода, водорода и большей части азота так, что конечное волокно состоит на 90-99% из углерода и в остальном из азота. Получаемые при этом углеродные волокна состоят из тонких нитей, обычно непрерывных или имеющих заданную длину, с диаметром в пределах 2,5-12 мкм, коммерческими размерами являются 5-7 мкм, преимущественно состоящих из атомов углерода. Атомы углерода взаимно связаны в кристаллической матрице, в которой отдельные кристаллы выровнены, в большей или меньшей степени, вдоль продольной оси волокна, тем самым придавая волокну чрезвычайно высокую прочность в сравнении с его размером. После чего углеродные волокна собирают вместе, и подвергают дальнейшей обработке в объеме одной камеры, чтобы образовать нитку или жгут, и затем данный жгут может быть использован как он есть или введен в ткацкий станок для производства ткани. Затем полученную таким образом нить или ткань пропитывают смолами, обычно эпоксидными смолами, и затем подвергают формованию для получения композитных изделий, обладающих очень малым весом и высокой прочностью. При производстве углеродного волокна, во время механической обработки, происходит вытягивание определённого количества волокна через отверстия для образования филаментов углеродного волокна заданного диаметра. Установка для производства углеродного волокна налаживается таким образом, чтобы производить углеродные волокна с определенным количеством филаментов, наиболее распространёнными из которых являются 3К, 12К, 24К, 50К, 320К. Так, производство волокна 3К используется та же установка, что необходима для производства волокна 12К, при этом количества филаментов в углеродном волокне 3К в 4 раза меньше, чем в углеродном волокне 12К. Из чего следует, что производство более тонких типоразмеров углеродного волокна требует большего количества установок, что делает более тонкое волокно ценнее для коммерческого рынка. При этом представляется возможным разделить более толстые волокна на более тонкие, например, один жгут 12К на 4 жгута 3К, что позволит увеличить скорость производства углеродного волокна с различными размерами, используя, по меньшей мере, одно установку для производства углеродного волокна и одну для его разделения, и также позволит высвободить значительное количество свободного оборудования, но по ряду причин такое разделение затруднено, в первую очередь, из-за структуры жгута, в котором филаменты хоть и имеют преимущественное расположение в одной оси волокна, но имеют контакты с соседними волокна в виде взаимного перекручивания, что препятствует простому разделению углеродного волокна, и, как будет показано ниже, представляет из себя задачу, на решение которой направлено настоящее изобретение.
Из патента на изобретение Российской Федерации № 2437970, МПК D02J1/18, опубликованного 27.12.2011 г., известно устройство для разделения углеродных жгутов, включающего элементы для подачи жидкости под давлением, осуществляющей разделение жгута вдоль его оси на более тонкие жгуты, таким образом реализуется задача предложенного изобретения. Недостатками указанного решения являются необходимость подавать жидкость под давлением, собирать и очищать поданную жидкость после использования, сушить разрезанные волокна, обеспечивать точность реза за счёт точного позиционирования обрабатываемого жгута и контроля за его натяжением, при этом представляется нетривиальной задача обеспечения одновременного реза жгута размера 12К на, по меньшей мере, 3 жгута размера 3К, поскольку толщина жгута 12К, даже после операции площения, то есть операции расправления жгута с получением лент или полотна с поверхностной плотностью 20-80 г/м2, не превышает 10 мм.
Также, из патента на полезную модель Китайской Народной Республики № CN203805036, МПК B26D1/03, B26D1/14, B26D7/26, опубликованного 03.09.2014 г., известна машина для резки углеродного волокна, включающая, по меньшей мере, одно режущее лезвие, которое с помощью лазерного устройства позиционирования обеспечивает точность реза и защиту персонала от травм. Таким образом осуществляется механическая обработка углеродного волокна. Недостатками указанного решения являются быстрый износ режущего лезвия, требующий частой его заточки или замены, а также необходимость приводить в движение режущее лезвие и контролировать смещение разрезаемого волокна, к которому во время резки прилагаются значительные усилия.
Кроме того, из патента на изобретение Японии № JP6321446, МПК B23K26/082, B23K26/38, D06H7/22, опубликованного 09.05.2018 г., известен способ резания тканного материала (полотна) из углеродного волокна, обеспечивающий резание (вырезание) заготовки в соответствии с формой формовочной матрицы. При этом за счёт многократного движения лазерного луча по линии реза не находящаяся в зоне реза углеродная ткань не подвергается значительному термическому удару. Движение лазерного луча обеспечивается за счёт применения системы зеркал с приводами. Разрезаемый материал представляет собой тканный материал, образованный путём переплетения углеродных волокон между собой в определённом порядке. Указанный способ не может быть применён для разрезания углеродного волокна вдоль его оси, поскольку длина углеродного волокна значительно превышает возможности движения лазерного луча по линии реза, а указанный способ не раскрывает возможностей для перемещения и позиционирования волокна относительно точки реза, а также подготовки углеродного волокна к лазерной резке. Также в указанном способе отсутствуют средства для сбора остатков (золы) от разрезанных лазерным лучом углеродных волокон.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, является способ обработки углеродной волоконной ткани, известный из патента на изобретение Японии № JP5709059, МПК B23K26/38, D06H7/22, опубликованного 30.04.2015 г., включающий резание (вырезание) тканного материала (полотна) из углеродного волокна за счёт перемещения лазерного луча по линии реза с получением заготовки в соответствии с требуемой формой. При этом движение лазерного луча обеспечивается за счёт применения системы зеркал с приводами. Разрезаемый материал представляет собой тканный материал, образованный путём переплетения углеродных волокон между собой в определённом порядке. В отличии от предыдущего аналога в указанном способе производится удаление остатков от разрезанных лазерным лучом углеродных волокон путём их всасывания с помощью вакуумного насоса. Также, как и предыдущий аналог, указанный способ не позволяет производить разрезание углеродного волокна вдоль его оси, поскольку длина углеродного волокна значительно превышает возможности движения лазерного луча по линии реза, а указанный способ не раскрывает возможностей для перемещения и позиционирования волокна относительно точки реза, а также подготовки углеродного волокна к лазерной резке.
Раскрытие группы изобретений
Задачей изобретения является получение однонаправленного углеродного волокна с меньшим количеством филаментов из однонаправленного углеродного волокна с большим количеством филаментов.
Технический результат настоящей группы изобретений заключается в обеспечении возможности разделения вдоль оси однонаправленного углеродного волокна с большим количеством филаментов на однонаправленные углеродные волокна с меньшим количеством филаментов с сохранением микроструктуры получаемых однонаправленных углеродных волокон и исключением термического удара углеродного волокна, не находящегося в зоне реза, при одновременном обеспечении необходимого количества филаментов в получаемых однонаправленных углеродных волокнах.
Указанный технический результат достигается с помощью способа получения однонаправленного углеродного волокна, включающего лазерную резку углеродного волокна и вакуумную обработку места реза углеродного волокна путём подвода к месту реза всасывающего элемента, соединённого с вакуумным насосом. Согласно заявленному решению, осуществляют непрерывное или периодическое прямолинейное перемещение однонаправленного углеродного волокна, в процессе которого осуществляют площение углеродного волокна, лазерную резку вдоль оси углеродного волокна, также осуществляют дополнительную обработку разрезанного углеродного волокна, включающую обработку аппретом, сушку, площение, и осуществляют намотку готовых углеродных волокон.
При этом в процессе лазерной резки могут осуществлять, по меньшей мере, один разрез вдоль оси углеродного волокна.
Преимущественно перемещение однонаправленного углеродного волокна осуществляют с регулируемым натяжением.
В процессе площения углеродного волокна могут осуществлять нагрев углеродного волокна с помощью, по меньшей мере, одного инфракрасного излучателя.
Помимо этого, дополнительная обработка разрезанного углеродного волокна может включать совместную намотку разрезанного углеродного волокна и бумажной ленты на бобину и дальнейшую размотку образованной в результате этого бобины с целью осуществления обработки аппретом, сушки и площения разрезанного углеродного волокна.
Кроме того, дополнительная обработка разрезанного углеродного волокна аппретом может включать пропускание разрезанного углеродного волокна через струю аппрета или через распылённый в атмосфере аппрет.
Также дополнительную обработку разрезанного углеродного волокна путём сушки и площения пропитанного углеродного волокна могут осуществлять с помощью, по меньшей мере, одного сушильного шкафа и, по меньшей мере, одного подогретого вала.
А намотку готовых углеродных волокон могут осуществлять на отдельные шпули, или катушки, или бобины.
Указанный технический результат достигается с помощью установки для получения однонаправленного углеродного волокна, включающей блок управления, блок лазерной резки и блок вакуумной обработки места реза углеродного волокна. Согласно заявленному решению, установка дополнительно содержит блок подачи однонаправленного углеродного волокна, блок площения однонаправленного углеродного волокна, а также блок обработки разрезанного углеродного волокна и блок намотки готовых углеродных волокон, при этом блок лазерной резки выполнен с возможностью лазерной резки вдоль оси углеродного волокна, а блок обработки разрезанного углеродного волокна включает модуль обработки аппретом, модуль сушки и модуль площения.
При этом блок лазерной резки может быть выполнен с возможностью осуществления, по меньшей мере, одного разреза вдоль оси углеродного волокна.
Преимущественно блок вакуумной обработки места реза углеродного волокна включает всасывающий элемент, соединённый с вакуумным насосом.
Кроме того, блок подачи однонаправленного углеродного волокна может включать, по меньшей мере, один подающий вал и, по меньшей мере, один вал для центрирования однонаправленного углеродного волокна.
А блок площения однонаправленного углеродного волокна может включать, по меньшей мере, один инфракрасный излучатель.
Помимо этого, блок обработки разрезанного углеродного волокна может включать модуль совместной намотки разрезанного углеродного волокна и бумажной ленты на бобину, а также модуль размотки бобины разрезанного углеродного волокна и бумажной ленты.
Также модуль обработки аппретом может быть выполнен с возможностью пропускания разрезанного углеродного волокна через струю аппрета или через распылённый в атмосфере аппрет.
А модуль сушки может включать, по меньшей мере, один сушильный шкаф.
Модуль площения может включать, по меньшей мере, один вал, выполненный с возможностью подогрева.
Кроме того, блок намотки готовых углеродных волокон включает, по меньшей мере, один принимающий вал и, по меньшей мере, один регулятор натяжения однонаправленного углеродного волокна, а также выполнен с возможностью намотки каждого углеродного волокна на отдельные шпули, или катушки, или бобины.
В отличии от ближайшего аналога, предлагаемые способ разделения углеродного волокна и установка для его осуществления производят разделение площеного углеродного волокна вдоль его оси при осуществлении непрерывного или периодического прямолинейного перемещения, а также производят требуемую обработку разрезанного углеродного волокна и намотку готовых углеродных волокон.
Краткое описание чертежей
Сущность заявленной группы изобретений и возможность их практической реализации поясняется приведенными ниже описанием и фигурами.
На фигуре 1 показано изображение части установки для разделения углеродного волокна на этапе соединения площёных жгутов встык друг с другом и образования однонаправленного полотна.
На фигуре 2 показано изображение части установки для разделения углеродного волокна после лазерной резки углеродного волокна.
На фигурах 3, 4 и 5 показаны изображения части углеродного волокна после лазерной резки.
На фигуре 6 показано изображение части установки для разделения углеродного волокна на этапе совместной намотки разрезанного углеродного волокна и бумажной ленты на бобину.
На фигуре 7 показано изображение части установки для разделения углеродного волокна на этапе размотки бобины с разрезанным углеродным волокном и бумажной лентой.
На фигуре 8 показано изображение части установки для разделения углеродного волокна на этапе обработки аппретом разрезанного углеродного волокна.
На фигуре 9 показано изображение части установки для разделения углеродного волокна на этапах сушки и площения пропитанного разрезанного углеродного волокна.
На фигуре 10 показано изображение одного углеродного жгута на этапах сушки и площения.
На фигурах 11, 12 и 13 показаны изображения видов А, Б, В, выделенных на фигуре 10, иллюстрирующие этапы сушки и площения.
Осуществление группы изобретений
Предлагаемые технические решения группы изобретений поясняются конкретными исполнениями предложенных способов разделения углеродного волокна и установка для его осуществления, однако, приведенные примеры не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения данными совокупностями существенных признаков заявленного технического результата.
Способ разделения углеродного волокна, проиллюстрированный на фигурах 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 и 13, включает непрерывное прямолинейное перемещение однонаправленного углеродного волокна 1, в процессе которого осуществляется его площение, при котором углеродное волокно 1 приобретает форму ленты. При этом процесс площения предусматривает объединение нескольких площёных углеродных жгутов, с количеством филаментов 12К в каждом, в один, с целью получения широкого плоского однонаправленного углеродного волокна 1 для увеличения скорости производства и количества разделённых впоследствии углеродных волокон. Так, объединение нескольких площёных волокон проиллюстрировано на фигуре 1. Далее осуществляют лазерную резку углеродного волокна 1 (на фигурах не показана), в процессе которой осуществляют разрезы вдоль его оси и получают углеродные жгуты с количеством филаментов 3К, обозначенные позицией 2 и показанные на фигурах 4, 5, 8, 10, 11, 12 и 13. В процессе лазерной резки осуществляют вакуумную обработку точек реза углеродного волокна 1 (на фигурах не показана), путём подвода к точкам реза всасывающих воздушную среду элементов (на фигурах не показаны), соединённых с вакуумным насосом (на фигурах не показан). Также в процессе лазерной резки и вакуумной обработки углеродного волокна 1, в местах реза образуются края с торчащими отдельными филаментами, показанными на фигурах 3 и 4, которые могут препятствовать дальнейшему использованию полученных углеродных волокон (жгутов). Для улучшения качества указанных краёв осуществляют дополнительную обработку разрезанного углеродного волокна 1, включающую обработку аппретом, сушку и площение. После указанных операций осуществляют намотку готового углеродного волокна 1.
Перемещение углеродного волокна 1 может осуществляться периодически в случае необходимости остановки на определённое время для осуществления иных операций.
Количество разрезов вдоль оси углеродного волокна 1 выбирают, исходя из требуемого количества филаментов в производимых углеродных жгутах 2. При этом учитывают, что во время лазерной резки часть филаментов углеродного волокна 1 испаряется, поэтому ширина углеродного волокна 1 превышает суммарную ширину получаемых углеродных жгутов 2. Количество испаряемых лазерным лучом филаментов углеродного волокна 1 зависит от диаметра фокусировки лазерного луча на углеродном волокне 1, которое в свою очередь зависит от используемого лазера и его мощности, в том числе выбираемой исходя из плотности углеродного волокна 1. Для резки углеродного волокна 1 был выбран иттербиевый импульсный волоконный лазер со средней выходной мощностью 50 Вт.
Перемещение углеродного волокна 1 осуществляют с регулируемым натяжением, что обеспечивает снижение вероятности обрыва его филаментов.
В процессе площения осуществляется нагрев углеродного волокна 1 с помощью инфракрасного излучателя (на фигурах не показан), обеспечивающего разогрев поверхности углеродного волокна 1, позволяющий им эффективно расщепляться (отсоединятся друг от друга).
Дополнительная обработка разрезанного углеродного волокна может включать совместную намотку разрезанного углеродного волокна 1 и бумажной ленты 3 на бобину 4, что показано на фигуре 6. При этом указанная операция позволяет осуществлять перевозку и хранение разрезанного углеродного волокна 1 без опасности его повреждения. Далее осуществляют размотку образованной в результате предыдущей операции бобины 4, что показано на фигуре 7, с целью осуществления дальнейшей обработки аппретом, сушки и площения разрезанного углеродного волокна 1.
Дополнительная обработка разрезанного углеродного волокна 1 аппретом включает пропускание каждого углеродного жгута 2 через струю аппрета 5, что показано на фигуре 8, при этом аппрет состоит из дистиллированной воды 98% и эпоксидного связующего 2%, в качестве которого было выбрано связующее HEXION EPI-REZ Resin 3522-W-60. Кроме того, вместо пропускания углеродных жгутов 2 через струю аппрета 5, могут пропускать углеродные жгуты через распылённый в атмосфере аппрет. Для осуществления указанного метода распыляют аппрет в объёме камеры и пропускают через неё углеродные жгуты 2.
Дополнительную обработку разрезанного углеродного волокна 1 путём сушки осуществляют с помощью сушильного шкафа (на фигурах не показан), а обработку путём площения пропитанного углеродного волокна 1 осуществляют на подогретых валах 6, показанных на фигуре 9.
Также, на фигуре 10 показан один из жгутов 2 с количеством филаментов 3К, выделенный для наглядности из разрезанного и обработанного углеродного волокна 1 на этапе площения. Так, вид А на фигуре 10, более подробно изображенный на фигуре 11, показывает жгут, в котором филаменты в результате обработки аппретом стянуты к друг другу. Вид Б на фигуре 10, более подробно изображенный на фигуре 12, показывает расправление жгута 2 в процессе площения. Вид В на фигуре 10, более подробно изображенный на фигуре 13, показывает расправленный после процесса площения жгут 2.
Намотку готового углеродного волокна, разделённого на углеродные жгуты 2, осуществляют на отдельные шпули. При этом, в случае необходимости жгуты 2 могут наматывать на катушки или бобины.
Установка для разделения углеродного волокна, показанная на фигурах 1, 2, 6, 7, 8 и 9, включает блок управления (на фигурах не показан), блок лазерной резки (на фигурах не показан) и блок вакуумной обработки точки реза (на фигурах не показан) углеродного волокна 1. Также установка содержит блок подачи (на фигурах не показан), блок площения однонаправленного углеродного волокна, блок обработки разрезанного углеродного волокна 1 и блок намотки готовых углеродных волокон 1 (на фигурах не показан). При этом блок лазерной резки выполнен с возможностью лазерной резки вдоль оси углеродного волокна 1, что обеспечивается за счёт того, что углеродное волокно линейно перемещают относительно лазерного луча. Кроме того, блок обработки разрезанного углеродного волокна 1 включает модуль обработки аппретом, показанный на фигуре 8, модуль сушки (на фигуре не показан) и модуль площения, показанный на фигуре 9.
Блок управления включает управляющий компьютер (контроллер), который электрически соединён со всеми исполнительными элементами и блоками установки и выполнен с возможностью контроля и управления каждым из них.
Блок лазерной резки выполнен с возможностью осуществления разрезов вдоль оси углеродного волокна 1 с помощью иттербиевого импульсного волоконного лазера со средней выходной мощностью 50 Вт, при этом разрезы обеспечиваются за счёт перемещения лазерного луча путём смещения системы зеркал от одной линии реза к другой. В случае увеличения ширины углеродного волокна 1 количество генерирующих лазерное излучение установок, требуемых для разреза углеродного волокна 1, может быть больше одной.
Блок вакуумной обработки точек реза углеродного волокна 1 включает всасывающие элементы (на фигурах не показан), соединённые с вакуумным насосом (на фигурах не показан).
Блок подачи включает пары подающих валов (на фигурах не показаны) и вал для центрирования однонаправленного углеродного волокна 1 (на фигурах не показан). Указанные элементы могут быть выполнены как часть установки, либо как самостоятельные устройства, что выбирается на этапе проектирования, но при любой компоновке контроль за ними осуществляется блоком управления.
Блок площения однонаправленного углеродного волокна 1 включает инфракрасный излучатель (на фигурах не показан), который разогревает поверхность углеродного волокна 1.
Блок обработки разрезанного углеродного волокна 1 может включать модуль совместной намотки разрезанного углеродного волокна 1 и бумажной ленты 3 на бобину 4, указанный модуль показан на фигуре 6. Кроме того, блок обработки разрезанного углеродного волокна может включать модуль размотки бобины 4 разрезанного углеродного волокна 1 и бумажной ленты 3. При этом указанные блоки позволяют осуществлять перевозку и хранение разрезанного углеродного волокна 1 без опасности его повреждения.
Модуль обработки разрезанного углеродного волокна 1 аппретом выполнен с возможностью пропускать каждый углеродный жгут 2 из разрезанного углеродного волокна 1 через струю аппрета 5, что показано на фигуре 8, при этом аппрет состоит из дистиллированной воды 98% и эпоксидного связующего 2%, в качестве которого было выбрано связующее HEXION EPI-REZ Resin 3522-W-60. Кроме того, модуль обработки разрезанного углеродного волокна 1 аппретом может быть выполнен с возможностью пропускать углеродные жгуты 2 через распылённый в атмосфере объёма камеры аппрет, что дополнительно требует наличие камеры.
Модуль сушки включает сушильный шкаф (на фигурах не показан).
Модуль площения включает валы 6, показанные на фигуре 9, выполненные с возможностью подогрева.
Блок намотки готовых углеродных волокон включает пару принимающих валов (на фигурах не показаны), регулятор натяжения (на фигурах не показан) однонаправленного углеродного волокна 1 и бобину (на фигурах не показана) для намотки готовых углеродных жгутов 2. Регулятор натяжения жгутов обеспечивает снижение вероятности обрыва филаментов однонаправленного углеродного волокна 1. При этом, в случае необходимости блок намотки готовых углеродных волокон может включать катушки или бобины.
Claims (18)
1. Способ получения однонаправленного углеродного волокна, включающий лазерную резку углеродного волокна и вакуумную обработку места реза углеродного волокна путём подвода к месту реза всасывающего элемента, соединённого с вакуумным насосом, отличающийся тем, что осуществляют непрерывное или периодическое прямолинейное перемещение однонаправленного углеродного волокна, в процессе которого осуществляют площение углеродного волокна, лазерную резку вдоль оси углеродного волокна, затем осуществляют дополнительную обработку разрезанного углеродного волокна, включающую обработку аппретом, сушку и площение, после чего осуществляют намотку готовых углеродных волокон.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе лазерной резки осуществляют по меньшей мере один разрез вдоль оси углеродного волокна.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перемещение однонаправленного углеродного волокна осуществляют с регулируемым натяжением.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе площения углеродного волокна осуществляют нагрев углеродного волокна с помощью по меньшей мере одного инфракрасного излучателя.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе дополнительной обработки разрезанного углеродного волокна перед обработкой аппретом, сушкой и площением разрезанного углеродного волокна осуществляют совместную намотку разрезанного углеродного волокна и бумажной ленты на бобину и затем размотку образованной в результате этого бобины для осуществления обработки аппретом, сушки и площения разрезанного углеродного волокна.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительная обработка разрезанного углеродного волокна аппретом включает пропускание разрезанного углеродного волокна через струю аппрета или через распылённый в атмосфере аппрет.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительную обработку разрезанного углеродного волокна путём сушки и площения пропитанного углеродного волокна осуществляют с помощью по меньшей мере одного сушильного шкафа и по меньшей мере одного подогретого вала.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что намотку готовых углеродных волокон осуществляют на отдельные шпули, или катушки, или бобины.
9. Установка для получения однонаправленного углеродного волокна, содержащая блок управления, блок лазерной резки и блок вакуумной обработки места реза углеродного волокна, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит блок подачи однонаправленного углеродного волокна, блок площения однонаправленного углеродного волокна, блок обработки разрезанного углеродного волокна и блок намотки готовых углеродных волокон, при этом блок лазерной резки выполнен с возможностью лазерной резки вдоль оси углеродного волокна, а блок обработки разрезанного углеродного волокна включает модуль обработки аппретом, модуль сушки и модуль площения.
10. Установка по п. 9, отличающаяся тем, что блок лазерной резки выполнен с возможностью осуществления по меньшей мере одного разреза вдоль оси углеродного волокна.
11. Установка по п. 9, отличающаяся тем, что блок вакуумной обработки места реза углеродного волокна включает всасывающий элемент, соединённый с вакуумным насосом.
12. Установка по п. 9, отличающаяся тем, что блок подачи однонаправленного углеродного волокна включает по меньшей мере один подающий вал и по меньшей мере один вал для центрирования однонаправленного углеродного волокна.
13. Установка по п. 9, отличающаяся тем, что блок площения однонаправленного углеродного волокна включает по меньшей мере один инфракрасный излучатель.
14. Установка по п. 9, отличающаяся тем, что блок обработки разрезанного углеродного волокна включает модуль совместной намотки разрезанного углеродного волокна и бумажной ленты на бобину и модуль размотки бобины разрезанного углеродного волокна и бумажной ленты.
15. Установка по п. 9, отличающаяся тем, что модуль обработки аппретом выполнен с возможностью пропускания разрезанного углеродного волокна через струю аппрета или через распылённый в атмосфере аппрет.
16. Установка по п. 9, отличающаяся тем, что модуль сушки включает по меньшей мере один сушильный шкаф.
17. Установка по п. 9, отличающаяся тем, что модуль площения включает по меньшей мере один вал, выполненный с возможностью подогрева.
18. Установка по п. 9, отличающаяся тем, что блок намотки готовых углеродных волокон включает по меньшей мере один принимающий вал и по меньшей мере один регулятор натяжения однонаправленного углеродного волокна, при этом он выполнен с возможностью намотки каждого углеродного волокна на отдельные шпули, или катушки, или бобины.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018123947A RU2687648C1 (ru) | 2018-07-02 | 2018-07-02 | Способ разделения углеродного волокна и установка для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018123947A RU2687648C1 (ru) | 2018-07-02 | 2018-07-02 | Способ разделения углеродного волокна и установка для его осуществления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2687648C1 true RU2687648C1 (ru) | 2019-05-15 |
Family
ID=66578907
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018123947A RU2687648C1 (ru) | 2018-07-02 | 2018-07-02 | Способ разделения углеродного волокна и установка для его осуществления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2687648C1 (ru) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59157310A (ja) * | 1983-02-28 | 1984-09-06 | Toyobo Co Ltd | 太細を有する合成繊維及びその製造方法 |
| RU2011716C1 (ru) * | 1991-06-03 | 1994-04-30 | Санкт-Петербургский институт легкой и текстильной промышленности им.С.М.Кирова | Способ разрезания и закрепления кромки ткани и устройство для его осуществления |
| US5496021A (en) * | 1993-03-05 | 1996-03-05 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Method and apparatus for automated handling of cut material |
| WO2002031242A1 (fr) * | 2000-10-13 | 2002-04-18 | Obs Inc. | Dispositif d'etalement de cables par ecoulement fluidique, dispositif d'etalement de cables par ultrasons et systeme associe |
| US20100107384A1 (en) * | 2007-03-13 | 2010-05-06 | Eads Deutschland Gmbh | Spreading device for spreading out fiber filament bundles and spreading method carried out using the same |
| RU103534U1 (ru) * | 2010-12-23 | 2011-04-20 | Закрытое акционерное общество "Институт новых углеродных материалов и технологий" (ЗАО "ИНУМиТ") | Установка для расправления углеродного жгута |
| RU2437970C1 (ru) * | 2010-11-16 | 2011-12-27 | Областное государственное учреждение "Агентство по инновациям и развитию" | Устройство для разделения углеродных жгутов |
| EP2549010A1 (en) * | 2010-03-19 | 2013-01-23 | Toray Industries, Inc. | Method for cutting carbon fiber base |
| US20140096783A1 (en) * | 2012-10-10 | 2014-04-10 | R.J. Reynolds Tobacco Company | Filter material for a filter element of a smoking article, and associated system and method |
| CN203805036U (zh) * | 2014-03-05 | 2014-09-03 | 昆山盛夏复合材料科技有限公司 | 碳纤维裁切机的裁切刀结构 |
-
2018
- 2018-07-02 RU RU2018123947A patent/RU2687648C1/ru active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59157310A (ja) * | 1983-02-28 | 1984-09-06 | Toyobo Co Ltd | 太細を有する合成繊維及びその製造方法 |
| RU2011716C1 (ru) * | 1991-06-03 | 1994-04-30 | Санкт-Петербургский институт легкой и текстильной промышленности им.С.М.Кирова | Способ разрезания и закрепления кромки ткани и устройство для его осуществления |
| US5496021A (en) * | 1993-03-05 | 1996-03-05 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Method and apparatus for automated handling of cut material |
| WO2002031242A1 (fr) * | 2000-10-13 | 2002-04-18 | Obs Inc. | Dispositif d'etalement de cables par ecoulement fluidique, dispositif d'etalement de cables par ultrasons et systeme associe |
| US20100107384A1 (en) * | 2007-03-13 | 2010-05-06 | Eads Deutschland Gmbh | Spreading device for spreading out fiber filament bundles and spreading method carried out using the same |
| EP2549010A1 (en) * | 2010-03-19 | 2013-01-23 | Toray Industries, Inc. | Method for cutting carbon fiber base |
| JP5709059B2 (ja) * | 2010-03-19 | 2015-04-30 | 東レ株式会社 | 炭素繊維基材の切断方法 |
| RU2437970C1 (ru) * | 2010-11-16 | 2011-12-27 | Областное государственное учреждение "Агентство по инновациям и развитию" | Устройство для разделения углеродных жгутов |
| RU103534U1 (ru) * | 2010-12-23 | 2011-04-20 | Закрытое акционерное общество "Институт новых углеродных материалов и технологий" (ЗАО "ИНУМиТ") | Установка для расправления углеродного жгута |
| US20140096783A1 (en) * | 2012-10-10 | 2014-04-10 | R.J. Reynolds Tobacco Company | Filter material for a filter element of a smoking article, and associated system and method |
| CN203805036U (zh) * | 2014-03-05 | 2014-09-03 | 昆山盛夏复合材料科技有限公司 | 碳纤维裁切机的裁切刀结构 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107002316B (zh) | 部分分纤纤维束的制造方法及制造装置、部分分纤纤维束 | |
| EP0756027B1 (en) | Reinforced woven material and method and apparatus for manufacturing the same | |
| RU2632298C2 (ru) | Способ изготовления волокнистых заготовок | |
| CN109312503A (zh) | 部分分纤纤维束及其制造方法、以及使用了部分分纤纤维束的纤维增强树脂成型材料及其制造方法 | |
| CN109414886A (zh) | 分纤纤维束的制造方法和分纤纤维束、以及使用分纤纤维束的纤维增强树脂成型材料及其制造方法 | |
| KR102253926B1 (ko) | 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법과 부분 분섬 섬유 다발, 및 부분 분섬 섬유 다발을 사용한 섬유 강화 수지 성형 재료와 그의 제조 방법 | |
| DE69504970T2 (de) | Vorrichtung und methode zum aufwinden einer mehrzahl von litzen | |
| KR102253276B1 (ko) | 부분 분섬 섬유 다발과 그의 제조 방법, 및 부분 분섬 섬유 다발을 사용한 섬유 강화 수지 성형 재료와 그의 제조 방법 | |
| CN116214956A (zh) | 包含形状记忆合金线的材料和制备这些材料的方法 | |
| US3977069A (en) | Process and apparatus for production of precision cut lengths of metal wires and fibers | |
| RU2687648C1 (ru) | Способ разделения углеродного волокна и установка для его осуществления | |
| DE3887045T2 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum Wickeln mehrerer mit thermoplastischem Harz getränkter Fäden sowie damit hergestelltes Produkt. | |
| KR101824206B1 (ko) | 탄성물질을 포함한 압전섬유를 이용하는 에너지 하베스팅 장치 및 그 제조방법 | |
| CN112981668B (zh) | 一种高强度钢丝布的生产工艺及设备 | |
| RU2632300C2 (ru) | Укладочное устройство для управляемой укладки пучков упрочняющих волокон | |
| KR101705963B1 (ko) | 압전섬유를 이용하는 타이어코드와 스판덱스, 이를 이용하는 에너지 하베스팅 장치 및 그 제조방법 | |
| TWI823098B (zh) | 導入切口之碳纖維束之製造方法、碳纖維捲裝物及碳纖維捲裝物之製造方法 | |
| KR101795915B1 (ko) | 압전섬유를 이용하는 타이어코드와 스판덱스, 이를 이용하는 에너지 하베스팅 장치 및 그 제조방법 | |
| KR20160107178A (ko) | 섬유 복합재 및 이의 제조방법 | |
| KR101763517B1 (ko) | 발광물질을 포함한 압전섬유를 이용하는 에너지 하베스팅 장치 및 그 제조방법 | |
| TWI696733B (zh) | 混纖絲線的製造方法、混纖絲線及織物或編物的製造方法 | |
| DE102011106865A1 (de) | Faserverstärkte Kunststoffprofile | |
| DE102016110848A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Vorformlings | |
| CN105565033B (zh) | 一种粘扣带自动转绕机 | |
| KR20160089061A (ko) | 스프레딩 장치 및 그 스프레딩 장치를 포함하는 원사의 스프레딩 시스템 |