碳纤维扩展装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及纤维扩展技术领域，尤其涉及一种碳纤维扩展装置。
【背景技术】
[0002] 碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。碳纤维 质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用 方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性， 是新一代增强纤维。
[0003] 随着纤维薄片的发展，碳纤维的扩展也越来越重要。但是现有的技术，能够对碳纤 维的扩展过程过于单一，在碳纤维束的扩展过程中，不能够根据需要随时对扩展张力进行 调节。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在解决上面描述的问题。本发明的一个目的是提供一种解决以上问题的 碳纤维扩展装置。具体地，本发明提供能够将碳纤维展宽、展薄的碳纤维扩展装置。
[0005] 根据本发明的第一方面，本发明提供了一种碳纤维扩展装置，所述碳纤维扩展装 置包括牵引辊组、扩展辊组以及张力检测辊，所述牵引辊组包括第一牵引辊组和第二牵引 辊组，其中，所述第一牵引辊组设置在所述扩展辊组之后，所述第二牵引辊组设置在所述第 一牵引辊组之后，所述张力检测辊设置在所述第一牵引辊组和所述第二牵引辊组之间，并 且，在所述第一牵引辊组和所述张力检测辊之间设置有至少一个整理辊组。
[0006] 其中，所述碳纤维扩展装置还包括PLC控制装置，所述张力检测辊的两端各设置 有一个张力检测装置，所述张力检测装置与所述PLC控制装置电连接。
[0007] 其中，所述碳纤维扩展装置按照下述方式设置所述牵引辊组的运行速度：
[0008] 所述牵引辊组的运行速度与碳纤维束的张力的关系式为：
[0009] VZkXnAfXa ^ 其中，V为所述牵引辊组的运行速度，k为常数，η为所述扩 展辊组中扩展辊的数量，f为碳纤维束的张力，α '为碳纤维束绕过所述扩展辊组形成的 包角的弧度值。
[0010] 其中，所述牵引辊组的运行速度为5m/min~20m/min，所述碳纤维束的张力为 3. 5N ~45N。
[0011] 其中，所述碳纤维扩展装置还包括第一牵引电机和第二牵引电机，所述第一牵引 电机和所述第二牵引电机分别与所述PLC控制装置电连接，其中，所述第一牵引电机与所 述第一牵引辊组传动连接，所述第二牵引电机与所述第二牵引辊组传动连接。
[0012] 其中，所述第一牵引辊组包括第一上辊和第一下辊，所述第一上辊垂直设置在所 述第一下辊的上方，并且与所述第一下辊传动连接，所述第一下辊与所述第一牵引电机传 动连接。
[0013] 其中，所述第二牵引辊组包括第二上辊和第二下辊，所述第二上辊垂直设置在所 述第二下辊的上方，并且与所述第二下辊传动连接，所述第二下辊与所述第二牵引电机传 动连接。
[0014] 其中，所述张力检测装置为压力应变片。
[0015] 其中，所述至少一个整理辊组包括两个整理辊组，所述整理辊组包括两个整理辊： 第一整理辊和第二整理辊，其中，所述第一整理辊位于碳纤维束的上方，所述第二整理辊位 于碳纤维束的下方；所述整理辊组在运行过程中，所述整理辊上下振动，其中，所述第一整 理辊和所述第二整理辊的振动方向相反。
[0016] 其中，所述整理辊的振动幅度为±2. 5mm~±6. 0mm，所述整理辊的振动频率为 100r/min ~135r/min〇
[0017] 本发明的碳纤维扩展装置，能够实时检测碳纤维束扩展过程中的张力大小，并反 馈给P L C控制装置，从而通过控制牵引辊组的牵引电机的线速度的大小来调节张力的大 小，使得碳纤维束达到最佳的扩展效果。
[0018] 参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本发明的其他特性特征和优点将 变得清晰。
【附图说明】
[0019] 并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与 描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下 面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来 讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020] 图1示例性地示出了本发明的碳纤维扩展装置的结构示意图；
[0021] 图2示例性地示出了本发明的碳纤维扩展装置的张力检测辊的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要 说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
[0023] 下面结合附图，对本发明所提供的碳纤维扩展装置进行详细说明。
[0024] 图1示出了本发明所提供的碳纤维扩展装置的结构示意图。参照图1所示，该碳 纤维扩展装置包括牵引辊组10、扩展辊组（图中未示出）以及张力检测辊20,牵引辊组10 包括第一牵引辊组11和第二牵引辊组12,其中，第一牵引辊组11设置在扩展辊组之后，第 二牵引辊组12设置在第一牵引辊组11之后，张力检测辊20设置在第一牵引辊组11和第 二牵引辊组12之间。牵引辊组10为碳纤维束提供动力源，牵引碳纤维束向前运动，位于两 个牵引辊组之间的张力检测辊20用于检测扩展过程中的碳纤维束的张力，从而可以控制 第一牵引辊组11和第二牵引辊组12的线速度的大小，使得碳纤维束扩展过程中的张力保 持在需要的范围内。
[0025] 并且，在第一牵引辊组11和张力检测辊20之间设置有至少一个整理辊组30,整理 辊组30通过整理辊的上下振动使得碳纤维束呈曲线运行的过程中，产生弹性振动，从而对 扩展中的碳纤维束起到整理的作用，以使碳纤维束分布均匀，从而保证碳纤维束受到的张 力均匀，并且保证张力检测辊20检测到的张力的准确性。
[0026] 另外，该碳纤维扩展装置还包括PLC控制装置（图中未示出）。图2示出了张力 检测辊20的结构示意图，参照图2所示，本实施例中，张力检测辊20为光辊结构，张力检测 辊20的两端各设置有一个张力检测装置21，并且，该张力检测装置21与PLC控制装置电连 接，以便能够实时监控该碳纤维扩展装置的张力大小。
[0027] 返回参照图1所示，张力检测辊20为多个辊均匀等间隔设置，在本实施例中，张力 检测装置21设置在辊201的两端，因为辊201的两侧的辊结构相同、间距相等，能够进一步 保证检测到的张力值的准确性。
[0028] 碳纤维扩展装置按照下述方式设置牵引辊组10的运行速度：
[0029] 牵引辊组10的运行速度与碳纤维束的张力的关系式为wzkXnAfXa ^ ; 其中，V为所述牵引辊组10的运行速度，k为常数，η为所述扩展辊组中扩展辊的数量，f为 碳纤维束的张力，a '为碳纤维束绕过所述扩展辊组形成的包角a的弧度值，即a '= a X Ji /180。。
[0030] 举例说明，根据本发明的碳纤维扩展装置，其牵引辊组10的运行速度v可以为5m/ min~20m/min，碳纤维束的张力f可以为3. 5N~45N，例如，设计人员可以根据不同的碳纤 维束的要求，选取张力f为14. 32N~22N ;常数k可以取值12~50。示例性地，当包角a 为110°，a '为llJi/18,扩展辊组可以设置有11个扩展辊，常数k取值36,碳纤维束的 张力f可以为32N，通过代入上述公式计算可得，牵引辊组10的运行速度V为6. 45m/min。
[0031] 发明人为了验证碳纤维束扩展效果与其扩展过程中的张力和牵引辊组的运行速 度之间的关系，进行了大量实验。表1示例性地列出了牵引辊组的不同速度下，碳纤维束的 扩展张力、及其扩展效果的对比。
[0032] 表1碳纤维束扩展效果
[0033] CN 105155073 A 说明书 4/6 页
[0034] 由表1可知，在本发明的碳纤维扩展装置中扩展辊的数量相同的情况下，包角α 相同时，牵引辊组的运行速度V越小，碳纤维束的张力f越大，其扩展效果较好；牵引辊组的 运行速度V越大，碳纤维束的张力f越小，其扩展效果相对较差；但是碳纤维束的张力f在 包角α越大的情况下则越小，其扩展效果也相对较差。
[0035] 碳纤维扩展装置还包括第一牵引电机110和第二牵引电机120,第一牵引电机110 和第二牵引电机120分别与PLC控制装置电连接；其中，第一牵引电机110与第一牵引辊组 11传动连接，第二牵引电机120与第二牵引辊组12传动连接。
[0036] 张力检测装置21将检测到的张力大小传