一种用于扩展纤维束的设备及其工艺方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工业纤维加工设备领域，尤其涉及一种用于扩展纤维束的设备及其工艺方法。
【背景技术】
[0002]随着航空航天、风电、新型汽车等高科技制造业的发展与成熟，相关的材料应用技术例如碳纤维材料技术也随之取得了长足的进步和广泛的应用。在实际应用中，由于大丝束碳纤维，如48K、60K以至于360Κ、480Κ等的价格要比小丝束的便宜很多，大丝束售价只有小丝束的50% _60%，所以更容易为生产者所接受，但是由于大丝束碳纤维存在随着纤维束根数增多而发生纤维的曲折、扭结的现象，且树脂基体不容易浸润到大丝束纤维束内部，单丝间容易产生孔隙，且容易造成纤维相和树脂相的富集与分离等缺陷，同时会随丝束直径增加，在复合材料成型过程中出现纤维屈曲及铺层角度错位的可能性也在增加，从而使复合材料强度、刚度受影响，力学性能降低、分散性大，不能满足结构设计的要求，无法发挥碳纤维增强材料高性能优势，因此突破低成本大丝束碳纤维发挥高性能优势关键技术就是开发大丝束碳纤维展开技术。
[0003]另外无论是碳纤维预浸料还是碳纤维织物，其织物越薄，单位面积质量越小，其物理性能偏差越小，力学性能越优异。因为越轻薄的碳纤维生产的产品才会更轻薄，并且性能更好，所以即使不是对力学性能要求较高的应用厂家，在对销售前的碳纤维束与织造前的碳纤维束一般都要经过展纤工序。
[0004]目前对碳纤维的展纤主要为热碾法，即通过加热的导纱辊或压辊。通过加热作用使上浆剂熔融，同时通过导纱辊或压辊的挤压作用使碳纤维束变平变薄。该类方法展纤的碳纤维力学性能下降较大，并且容易对纤维丝束造成磨损，严重影响了碳纤维的使用，同时该类方法速度较慢，效率较低。
[0005]超声波可以产生声空化作用，能够产生瞬间的冲击压，引起分子的高速运动，常用来处理与改性纤维材料的表面性能。本专利采用将碳纤维束导入装有超声波发生器与化学溶液的容器内，通过对超声波频率范围、溶液类型与浓度、碳纤维束在溶液中的牵伸速度的控制，使碳纤维束变得更轻薄，展纤效果更好，同时通过机械设备设计，克服了现有类似设备只能同时扩展一束纤维的缺点，提高了生产效率。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种用于扩展纤维束的设备及其工艺方法。
[0007]本发明的技术方案为:一种用于扩展纤维束的设备，其特征在于:包括开卷装置，扩展槽系统，牵引及烘干装置及收卷装置；
[0008]所述开卷装置包括丝锭支撑架及引丝支撑架，所述丝锭支撑架上部设有两块卷轴固定板，与丝锭支撑架固定连接，所述任一卷轴固定板上设有若干个卷轴，与卷轴固定板活动连接，所述任一卷轴一端设有阻尼控制器，与卷轴活动连接，所述引丝支撑架一侧设有若干定位轴，与引丝支撑架固定连接，所述引丝支撑架中部设有若干水平支架，与引丝支撑架固定连接，所述任一水平支架上部设有若干防翻转轴，与水平支架活动连接，所述防翻转轴数量与所述卷轴数量相同，所述任一水平支架上部还设有若干张力监测装置，所述张力监测装置数量与所述卷轴数量相同，所述张力监测装置包括固定板，所述固定板上部设有三个支撑轴，与固定板活动连接，所述任一支撑轴外部设有监测辊，与支撑轴通过定位螺丝连接，所述支撑轴中部设有压力传感器，与支撑轴活动连接，所述压力传感器与监测辊之间设有支撑垫，所述支撑垫与压力传感器及监测辊紧密贴合，所述固定板下部设有数据采集器，与固定板活动连接，所述固定板与水平支架固定连接；
[0009]所述扩展槽系统包括液槽、吊升架，所述吊升架上部设有吊升电机，与吊升架活动连接，所述吊升电机两侧各设有一个吊升滑轮，与吊升架活动连接，所述液槽内部设有辊筒架，与液槽活动连接，所述辊筒架侧面设有若干辊筒支杆，与辊筒架活动连接，所述辊筒架内部设有若干辊筒，与辊筒支杆活动连接，所述吊升电机连接有若干根吊绳，任一吊绳的另一端与辊筒架活动连接，所述液槽底部设有若干个超声发射头，所述辊筒架两侧的辊筒支杆为一一对应排列，任一一组对应的辊筒支杆之间设有两根辊筒，所述液槽内部设有若干温度传感器，所述液槽内部设有若干液面传感器；
[0010]所述牵引及烘干装置包括牵引装置及烘干装置，所述牵引装置包括机架、前挡板、后挡板、驱动机构、导丝辊、被动齿轮、丝束计量机构，所述导丝辊为中空结构，所述导丝辊一端与被动齿轮固定连接，所述前挡板、后挡板分别固定于所述机架的前面、后面，与所述机架构成导丝空间，所述驱动机构包括电机和减速器，所述电机通过联轴器与所述减速器连接，所述减速器输出端与所述驱动齿轮连接，所述电机转动方向与丝束前进方向一致，所述导丝辊由第一导丝辊、第二导丝辊、第三导丝辊、第四导丝辊、第五导丝辊构成，相应的被动齿轮分别为第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮，所述第一导丝辊、第二导丝辊、第三导丝辊两端通过前挡板、后挡板相互平行架设于所述导丝空间内的上部，所述第四导丝辊、第五导丝辊两端通过前挡板、后挡板相互平行架设于所述导丝空间内的下部，所述驱动机构设于所述前挡板外侧的机架上，并固定连接一驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述第四齿轮或第五齿轮啮合，所述第四齿轮分别与第一齿轮、第二齿轮啮合，所述第五齿轮分别与第二齿轮、第三齿轮啮合，所述第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮相互独立，所述第四齿轮、第五齿轮相互独立，所述丝束计量机构设于所述后挡板外侧的机架上，通过导丝辊转动转换计算丝束前进尺寸，所述被动齿轮外围搭设有遮挡板，所述遮挡板与所述机架固定连接，所述烘干装置包括加热箱、传送辊、中频加热辊、定位螺钉、中频加热装置、驱动电机、冷却装置、加热线圈、连轴器、套筒、控制器、磁芯棒与进出水管组成，所述中频加热辊设置于加热箱内，所述加热箱一侧设置有定位螺钉，所述中频加热辊两侧设置有传送辊，所述中频加热辊包括套筒与中频加热装置，所述中频加热装置设置于套筒内，所述中频加热装置上设置有加热线圈，所述加热线圈固定设置于磁芯棒上，所述加热线圈的下端与中频加热装置中的控制器相互连接，所述控制器下端设置有连轴器，所述连轴器下端设置有驱动电机，控制器通过连轴器与驱动电机相互连接，所述加热线圈一侧设置有冷却装置，所述冷却装置一侧设置有进出水管，所述冷却装置与进出水管相互固定连接；
[0011]所述收卷装置包括收卷架，所述收卷架包括收卷机架、支撑底座、纠偏装置、斜梁、连接电线、包线杆、警示灯、电动机、显示屏、悬吊臂、连接轴、控制器、触控屏、控制按钮、第一支撑柱、支撑板、第二支撑柱与收卷装置组成，所述收卷机架下端设置有支撑底座，所述支撑底座与收卷机架相互固定连接，所述收卷机架上设置有斜梁，所述斜梁一侧设置有电动机，电动机下端设置有第一支撑柱，第一支撑柱与收卷机架相互固定连接，所述电动机上设置有显示屏，电动机一侧设置有警示灯，所述警示灯通过连接电线与电动机相互连接，所述连接电线外设置有包线杆，电动机上端设置有悬吊臂，所述悬吊臂下端设置有控制器，控制器上设置有触控屏，触控屏下方设置有控制按钮，所述悬吊臂与控制器之间设置有连接轴，悬吊臂与控制器通过连接轴相互连接，所述斜梁上设置有纠偏装置，所述纠偏装置与斜梁相互固定连接，纠偏装置一侧设置有第二支撑柱，第二支撑柱下端与设置于收卷机架上支撑板相互固定连接，所述纠偏装置包括驱动绕带轮、收卷轴、定位轮、第一驱动马达、第二驱动马达、传送辊、自动纠偏机构、驱动绕带装置与收卷机架组成，所述收卷机架上设置有自动纠偏机构，所述自动纠偏机构由固定板、激光传感器、张力传感器、导轮与安装板组成，所述安装板一端上设