专利名称：扩纤装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及将聚集多根单纤维的纤维束作为扩纤对象的扩纤装置。
背景技术：
作为现有的扩纤装置，已知利用静电扩纤法的扩纤装置、利用按压扩纤法的扩纤装置、利用喷射扩纤法的扩纤装置、利用超声波扩纤法的扩纤装置。在这些扩纤法中，如特开平4-70420号专利公报、特开平7-145556号公报所示，利用超声波的扩纤装置，是在规定的液槽内具备超声波发生装置，在该液槽内设置有流送作为扩纤对象的纤维束的纤维束流送部，在流送部中利用超声波进行扩纤。
如今，例如，为了得到预浸渍制品等复合材料半成品而使用碳纤维的聚集各单纤维的纤维束，但该纤维束中要求的扩纤程度正在急速地提高。例如，要求将无捻碳纤维12000根7μm单纤维＝原始宽度约6mm、原始厚度约从0.13到0.16mm的纤维束扩纤到在最终的扩纤状态约为宽25mm、厚0.02mm。
发明内容
用于实现这一目的的本发明的扩纤装置的特征结构，如本发明之1所记载的那样，将聚集多根单纤维的纤维束作为扩纤对象，作为上述纤维束的扩纤机构，利用在圆周方向上相互平行地配设了多个辊的由驱动装置驱动旋转的辊笼，在将张力给予纤维束的状态下，将上述纤维束缠绕在上述辊笼的周围，通过和上述辊的擦接进行扩纤。在通过辊笼的周围期间，纤维束通过由多个辊反复刮擦而在宽度方向上被扩纤。因为辊笼的直径和各辊的直径相比相当大，所以缠绕在辊笼上的纤维束的各单纤维以大的曲率半径被弯曲，因为该大的曲率半径而难以受到损害，一根根单纤维笔直地延伸，而且能够得到平行性高、纤维束宽度方向上的单纤维密度相同且优质的扩纤过的纤维束(称为扩纤薄片)。
而且，如本发明之2中记载的那样，本发明的扩纤装置的特征是，上述多个辊由直径不同的多种辊构成。由于多个辊的直径不相同，所以对纤维束的接触角发生变化，促进了扩纤效果。
而且，如本发明之3记载的那样，本发明的扩纤装置的特征是，上述多个辊，在芯材周围安装自由伸缩的弹性管，将上述弹性管的两端连接到以可调节相对于上述辊笼的旋转轴的倾斜角的方式被安装的端板上。如果端板的倾斜角发生变化，则弹性管两端的间隔发生宽窄变化，因此，在被芯材支撑的状态下弹性管进行伸缩。该弹性管的伸缩结果是弹性管的直径大小发生变化，对纤维束的接触角发生变化。从而，通过最适当地调整弹性管的直径，实现了有效的扩纤效果。
而且，如本发明之4记载的那样，本发明的扩纤装置的特征是，将上述辊笼浸渍在PH值为4～10的碱金属离子水(alkalion)中。本发明者发现仅仅使用碱金属离子水就有促进扩纤效果的作用，通过使该碱金属离子水作用在辊笼周围的纤维束上，可成倍地促进扩纤效果。
图1是表示本发明的扩纤装置的整体结构的主视图。
图2(A)～(C)是用侧视图和主视图示出三种辊笼的图。
图3是纤维束送出机构的详细图。
图4是表示和本发明不同的扩纤装置的结构的主视图。
图5是表示和本发明不同的扩纤装置的结构的主视图。
图6是端板可倾式辊笼的侧视图。
图中1-扩纤装置，2-纤维束，2a-扩纤薄片，3-纤维束送出机构，4-预处理机构，5-扩纤机构，6-纤维束拉出机构，6a、11a-惰辊，6b、11b-驱动辊，7-缠绕机构，7a-缠绕辊，8-供纱部，8a-供纱管筒，9-纤维束位置控制部，10-第1引导辊，11-纤维束送出辊部，12-第2引导辊，13-张力调节辊，14、30-激光式检测器，15-第3引导辊，20-辊笼，21-端板，22-辊，23-旋转轴，31、32-引导辊，33-液槽，M1-M4-变频调速电动机。
具体实施例方式
本发明的扩纤装置是分别对多束被称为所谓的多纤丝的纤维束同时进行扩纤的装置。
如图1所示，扩纤装置1沿着纤维束2的流送方向具有纤维束送出机构3、预处理机构4、扩纤机构5、纤维束拉出机构6和缠绕机构7。
纤维束送出机构3，由具有3个供纱管筒8a的供纱部8、纤维束位置控制部9、第1引导辊10、由惰辊11a和驱动辊11b构成的纤维束送出辊部11、第2引导辊12、张力调节辊13、激光式检测器14、和第3引导辊15构成。供纱管筒8a设有公知的解舒装置，由变频调速电动机M1驱动。张力调节辊13的高度位置由激光式检测器14检测，以使其该高度一定的方式控制驱动驱动辊11b的变频调速电动机M1的旋转速度。详细地说，如图3所示，对于被流送过来的纤维束2，通过张力调节辊13悬垂其重量。由激光式检测器14检测该重量的悬垂位置，即纤维束2的弯曲量h1～h3。基于该激光式检测器14的检测结果，对驱动辊11b的旋转速度进行控制。而且，在第2引导辊12的圆周面附近配置有激光式检测器34，由该激光式检测器34检测第2引导辊12的圆周面上的纤维束2的宽度方向的位置。将激光式检测器34的检测结果反馈给驱动辊11b，确保纤维束2的最佳位置。
辊笼20配置在扩纤机构5上。通过该辊笼20的旋转来对纤维束2进行扩纤。对于辊笼20，详细的情况如图2所示，多个辊22旋转(自转)自如地连接在左右一对端板21、21之间。各辊22相互平行地设置在辊笼20的圆周方向上。在端板21的中心部上贯穿固定着旋转轴23，该旋转轴由变频调速电动机驱动。在辊笼20的旋转方向是和纤维束的流送方向相反的方向(图1中的顺时针方向)时，能够实现有效地刮擦和者扩纤效果，但也可以使辊笼20在和纤维束的流送方向相同的方向上旋转。在辊笼20的前后设置引导辊31、32，将纤维束2引导到辊笼20的下半部分圆周面上。
图2示出了三种辊笼20，(A)的辊笼20，在圆周方向上等间隔地配置了直径相同的6个辊。(B)的辊笼20具有直径大小不同的多种辊22，并且各辊22在圆周方向上以不等间隔配置。(C)的辊笼20同样是6个辊22，在圆周方向上以相等间隔配置，但端板21相对于旋转轴23的倾斜角可以通过图中未示出的调节装置进行增减调节。图2(A)～(C)的旋转轴23分别与变频调速电动机M4连接。
图2(C)的6个辊22是将橡胶套筒可伸缩地游嵌在棒状芯材周围的部件，橡胶制套筒的两端被连接在端板21上。芯材两端相对于附有止动部的端板21被滑动自如地插入支撑。改变端板21的倾斜角，则橡胶套筒的长度伸缩，其直径的大小连续变化。纤维束2接触辊22的表面，从而在接触面上的摩擦阻力起作用，纤维束2被扩纤。
作为改变端板21的倾斜角的机构，可以是例如图6所示的结构。即，通过万向接头等将端板21安装在旋转轴23上的同时，在旋转轴23上安装着左右一对圆盘24。在该圆盘24上，在圆周方向上等间隔地螺合了多个螺栓25，在旋转轴23的轴线方向上延伸各螺栓25的前端，使其和端板21的侧面对接。当改变端板21的倾斜角时，旋转调节螺栓25。
根据需要，如图1的点划线所示，将辊笼20的下部浸渍在液槽33中。在液槽33内储存碱金属离子水(活性水)。对于该碱金属离子水(alkalion)，本发明者发现具有促进扩纤的作用。希望碱金属离子水的PH值是4～10。根据需要，在液槽33中设置公知的超音波发生装置，促进扩纤效果。而且，在液槽33的后部，配置用于对纤维束(扩纤薄片)进行脱水的挤压辊(未示出)。
纤维束拉出机构6由惰辊6a和驱动辊6b构成。驱动辊6b由变频调速电动机M2驱动。从纤维束拉出机构6拉出的扩纤薄片2a由激光式检测器30检测其薄片宽度。如果拉出速度过快，则辊笼20的扩纤效果就不充分，扩纤薄片2a的宽度变窄。相反，如果拉出速度过慢，则扩纤薄片2a的宽度过宽，同时，辊笼20的扩纤效果就会过度，对单纤维造成损害。
缠绕机构7由3个缠绕辊7a构成。这些缠绕辊7a由变频调速电动机M3驱动。纤维束拉出机构6的变频调速电动机M2和缠绕辊7a的变频调速电动机M3被相互连动控制，从而将最佳张力施加到扩纤薄片2a上。在缠绕辊上设置有公知的缠绕装置。
接下来，对本发明的扩纤装置执行的扩纤操作进行下述说明。如果驱动变频调速电动机M1～M3、从而驱动驱动辊11b、驱动辊6b和缠绕辊7a，则从供纱管筒8a输送的纤维束2经过第1引导辊10，并依次经过纤维束送出机构3、第2引导辊12、张力调节辊13以及第3引导辊15，输送到预处理机构4中。在扩纤时由该预处理机构4对纤维束2进行适当的预处理。
从预处理机构4输出的纤维束2被导入到扩纤机构5中，这里，接受由辊笼20进行的扩纤动作。辊笼20在图1中在反时针方向被连续地旋转驱动，缠绕在辊笼20的下半部分的圆周面上的纤维束2，在从引导辊31移动到引导辊32期间，通过和辊笼20的多个辊22的反复擦接而在流送方向上被刮擦，在宽度方向上被扩纤，直至到达引导辊22时，得到均匀宽度和厚度的扩纤薄片2a。在扩纤宽度不够时，增设辊笼20，或者延长纤维束2的相对于辊笼20的缠绕周长。在图2中示出了3种辊笼20，但辊笼20不限于这三种。辊22的个数、直径、材质、表面状态等可以对应于作为扩纤对象的纤维束2的种类进行适当的变更。
下面，取代利用辊笼20的扩纤机构5，基于图4和图5说明利用碱金属离子水(活性水)的扩纤机构40进行扩纤的实施例。这些实施例可以说和图1中保留液槽33、去掉辊笼22的装置基本上相同。在液槽33内，在底部附近设置有多个辊。图4中的3个辊41、图5中的5个辊42大致在同一深度相互平行地设置。这些辊41、42促进纤维束的扩纤。除辊41和42的个数不同之外，图4和图5为相同的结构。因此，除辊41和42之外，在图4和图5中使用相同的符号进行说明。
在液槽33中储存碱金属离子水(活性水)W。如上所述，该碱金属离子水W具有促进扩纤的作用。希望碱金属离子水W的PH值为4～10。在液槽33中，根据需要，能够设置已知的超音波发生装置，以促进扩纤效果。
在液槽33的入口侧设置有引导辊43。在液槽33的出口侧，在液面附近设置有引导辊44，然后在引导辊44的上面设置有引导辊45和46。引导辊44和45相互接触，构成用于对被浸湿的纤维束的挤压机构。引导辊46被配置在和入口侧的引导辊43相同的高度上。
在液槽33中安装有液循环机构50。该液循环机构50由在液槽33的外侧并从其底面延伸到侧面的配管50a、安装在配管50a上的泵50b、安装在泵50b的上游侧的配管50a上的筒状容器50c和配置在该容器50c内的过滤器50d构成。通过泵50b的动作，液槽33内的碱金属离子水从底部被吸出，再从侧面循环到液槽33内。此时，从包含在碱金属离子水中的纤维束脱落的茸毛和异物由过滤器50d过滤。
在扩纤机构40的下游侧配置有加热机构47。该加热机构47由类型不同的2个加热部47a、47b构成。一个加热部47a具有加热辊，另一个加热部47b具有加热管。
从预处理机构4导入到扩纤机构40中的纤维束，经过引导辊43被引入到液槽33内的辊41或者42上。被引入的纤维束以锯齿形通过辊41或者42，由引导辊44、45挤压，经过引导辊46被送到加热机构47中。在扩纤机构40和加热机构47之间，设置用于检测扩纤纤维宽度的激光式检测器48。和图1相同，通过加热机构47的纤维束被送到纤维束拉出机构6中。纤维束拉出机构6的后段和图1相同。
纤维束在通过液槽33内的碱金属离子水W期间，由于碱金属离子水W的活性力，在尽量抑制纤维束产生绒毛和断裂的状态下被薄薄地均匀扩纤。开纤的程度取决于纤维束的经过液槽33内的水中距离和引导辊41或42的配置个数。
在图4和图5的扩纤装置中，将调整了PH值的碱金属离子水放入到液槽33中进行扩纤，但将纤维束流送到碱金属离子水的蒸气中也可以进行同样的扩纤。
在本发明的实施例中示出了作为纤维束的多纤丝由碳纤维构成的情况，但由玻璃纤维、芳香剂聚酰胺纤维等构成的纤维也同样可以适用于本发明。
权利要求
1.一种扩纤装置，其特征在于，将聚集多根单纤维的纤维束作为扩纤对象，作为上述纤维束的扩纤机构，利用在圆周方向上相互平行地配设了多个辊的由驱动装置驱动旋转的辊笼，在施加张力的状态下，将上述纤维束缠绕在上述辊笼的周围，通过和上述辊的擦接进行扩纤。
2.根据权利要求1所述的扩纤装置，其特征在于，上述多个辊由直径不同的多种辊构成。
3.根据权利要求1所述的扩纤装置，其特征在于，上述多个辊，在芯材周围安装自由伸缩的弹性管，将上述弹性管的两端连接到以可调节相对于上述辊笼的旋转轴的倾斜角的方式被安装的端板上。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的扩纤装置，其特征在于，将上述辊笼浸渍在PH值为4～10的碱金属离子水中。
全文摘要
本发明的扩纤装置，能以均匀厚度和均匀宽度有效地对纤维束进行扩纤。将聚集多根单纤维的纤维束(2)作为扩纤对象，作为纤维束(2)的扩纤机构，在圆周方向上相互平行地配设有多个辊(22)，利用由驱动装置驱动旋转的辊笼(20)，在给予张力的状态下将纤维束(2)缠绕在辊笼的周围，通过和辊(22)的擦接进行扩纤。
文档编号D02J1/00GK1766196SQ20051009780
公开日2006年5月3日 申请日期2005年8月30日 优先权日2004年8月31日
发明者大石桥弘治 申请人:李氏环球贸易有限公司