专利名称：一种连续纤维束分散装置的制作方法
技术领域：
一种连续纤维束分散装置技术领域[0001]本发明涉及一种复合材料加工设备，尤其是一种可充分分散连续纤维束的装置。
技术背景[0002]目前，纤维束的分散主要为机械分散，国内外也存在一些气动分散装置，如美国专利US5057338。在美国专利US5057338中，其展开设备由于装置较为简单，在展开过程中，空气流动在整个型腔中形成紊流，使纤维束在型腔中发生震颤，由于纤维丝直径较小，碳纤维单丝直径大约为7 μ m,玻璃纤维单丝直径大约为17 μ m,容易造成纤维丝表面磨损进而破坏断裂。发明内容[0003]为了克服现有技术纤维震颤而造成断裂，对纤维损坏率高的不足，本发明提供一种连续纤维束分散装置，可将无捻连续纤维束分散成连续的细丝或者单丝带而不造成单丝的损伤，能满足制备碳纤维/玻璃纤维增强的金属基、树脂基复合材料，以及C/C复合材料新的制备工艺需要，装置结构简单，运行性能可靠，操作简单、成本低。[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是包括放料辊、气动展开装置、导引辊和收料辊。纤维束由放料辊上放下并拉过气动展开装置后，经过导引辊保持分散状态，最后被收料辊收卷。所述气动展开装置包括三角形区、梯形区和风机。三角形区是一个投影面为等腰三角形的空腔，由上盖板和下盖板组成，腔内高度为l_5mm。上盖板上有沿等腰三角形中心线排列的条状进风口，进风口宽100 μ m，长l-3mm，相邻两个进风口的间隔为1mm。上盖板的各个进风口沿等腰三角形的中心线对称分布，且最外侧的两个进风口形成的开口区域对应的底边与三角形底边的长度之比为40-60%，下盖板为实板。梯形区是两个投影面为等腰梯形的空腔，且腔内高度与三角形区保持一致。两个梯形区对称分布在三角形区两侧， 两个梯形区等腰梯形的底边分别与三角形区等腰三角形的腰连接，在连接处设有蓖网。在梯形区上底边处连接风机，风机与梯形区连接处设有栅叶，且两风机完全相同。[0005]所述的蓖网为一金属板，其上均勻排布有十字状开口的通孔，十字状开口由两条相互垂直的边在其长度中心相交而成，每一条边的宽度为30-100 μ m，长度为l-3mm，相邻两个十字状开口各有一条边在同一直线上，且这两条边的间距为l_3mm。[0006]所述的栅叶是在长方形围框中有米字型栅叶片，长方形围框的内框长度为10cm， 内框宽度即为梯形内腔高度，栅叶片高度为20mm。[0007]所述的三角形区底边对应的顶角处设有一进纱口，进纱口可调为圆柱状或扁平状。[0008]所述的三角形腰长度为20-60cm，梯形区腰长度为60-100cm。[0009]所述的放料辊与收料辊都为圆柱形辊轴；导引辊为圆柱形辊轴，其中部直径大于两端直径，且两端分别与一个圆盘的圆心固连，圆柱形辊轴与圆盘之间平滑过渡，导引辊的宽度与三角形区的底边宽度相同。[0010]当纤维束进入气动展开装置后，由于两侧的风机持续抽风，因此会给予启动展开内部空腔形成一个负压。此时，为保持压力平衡，外部空气会进入空腔，气体主要从三个部位进入进纱口、条状进风口、以及纤维束拉出气动展开装置的出口。从条状进风口进入空腔的空气将纤维束从垂直方向分散，从纤维出口处的空气沿拉动方向逆向将纤维束分散。 假设给定纤维束的张力是一定的，则空气产生的负压给予纤维丝径向的张力必须满足一定的几何关系，即[0011]F7Sin^ = Ffl(1)[0012]式中，α为三角形区顶角，Ff为纤维束的张力，Fa为空气给予纤维丝的张力。在空气动力和拉力共同作用下，纤维丝便被分散为薄膜状。[0013]本发明的有益效果是1、设计合理，功能性强，原料损伤率低。2、本发明可以将无捻的连续纤维束分散成连续的单丝状。3、在本装置的分散的过程中，由于采用了上盖板以及梯形空腔，通过计算式(1)和( 可以得知，在纤维达到达到相同拉动速度和分散效果时，空气空气给予纤维丝的张力有所降低，即空气的流动速度降低，减少了纤维丝震颤作用，从而一定程度上降低了纤维的断裂率。[0014]Fftg[^ = Fa(2)[0015]
以下结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0016]图1是本发明的结构示意图；[0017]图2是气动展开装置的结构示意图；[0018]图3是蓖网示意图；[0019]图4是栅叶示意图；[0020]图5是导引辊示意图；[0021]图6是上盖板示意图；[0022]图中1-放料辊，2-气动分离器，3-进纱口，4-梯形区。5-栅叶，6-蓖网，7-风机， 8-导引棍，9-三角形区，10-上盖板，11-收料辊，12-条状进风口，13-十字进风口，14-栅叶片。
具体实施方式
[0023]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各项性能的关键因素，本发明装置能在最大化的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状，共后续的纤维的表面处理或预浸料制备使用。[0024]装置的工作过程如图1所示，包括放料辊1、气动展开装置2、导引辊8和收料辊 11。玻璃纤维束Tex-UOOCTexl^OJexISOO，)，经高温洗涤去除表面树脂干燥后卷绕在放料辊上，纤维束由放料辊上放下并拉过气动展开装置后，经过导引辊保持分散状态，最后被收料辊收卷。[0025]如图2所示，所述气动展开装置包括三角形区9、梯形区4和风机7。纤维束通过扁平状进纱口 3进入三角形区，三角形区是一个投影面为等腰三角形的空腔，由上盖板10 和下盖板组成。如图6所示，上盖板10上有沿等腰三角形中心线排列的条状进风口 12，相邻两个进风口的间隔为1mm。上盖板的各个进风口沿等腰三角形的中心线对称分布，下盖板为实板。梯形区是两个投影面为等腰梯形的空腔，且腔内高度与三角形区保持一致。两个梯形区对称分布在三角形区两侧，两个梯形区等腰梯形的底边分别与三角形区等腰三角形的腰连接，在连接处设有蓖网6。在梯形区上底边处连接风机，风机与梯形区连接处设有栅叶5，且两风机完全相同。此时三角形区的投影腰的长度为20cm(或40cm、60cm)；导引辊的宽度为15cm(或30cm，45cm)；弧度为5度；三角形和梯形内腔高度为1. 6cm ；梯形区的投影腰的长度为60cm(或80cm，100cm)；条形进风口宽度100 μ m，长度1mm，间距Imm ；在三角形区上盖板上有进风口的区域对应的底边为底边长度的40%;风机提供的风速为0. 26m/ min (或0. 35m/min,0. 56m/min)。在负压的情况下，纤维可以在0. 7m/min的速度下被分散成为15cm(30cm，45cm)宽度的薄膜带；通过导引辊保持分丝宽度，最终收到收料辊上备用。[0026]如图3所示，所述的蓖网6为一金属板，其上均勻排布有十字状开口的通孔13，十字进风口的宽度为100 μ m,长度为1mm，间距1mm。[0027]如图4所示，所述的栅叶5是在长方形围框中有米字型栅叶片14，栅叶内框尺寸为 10cm*l. 6cm ；栅叶片高度为20mm。[0028]所述的放料辊与收料辊都为圆柱形辊轴；导引辊为圆柱形辊轴，如图5所示，其中部直径大于两端直径，且两端分别固连一个圆盘，圆柱形辊轴与圆盘之间平滑过渡，导引辊的宽度与三角形区的底边宽度相同。
权利要求1.一种连续纤维束分散装置，包括放料辊、气动展开装置、导引辊和收料辊，其特征在于纤维束由放料辊上放下并拉过气动展开装置后，经过导引辊保持分散状态，最后被收料辊收卷；所述气动展开装置包括三角形区、梯形区和风机；三角形区是一个投影面为等腰三角形的空腔，由上盖板和下盖板组成，腔内高度为l-5mm;上盖板上有沿等腰三角形中心线排列的条状进风口，进风口宽100 μ m，长l-3mm，相邻两个进风口的间隔为Imm ；上盖板的各个进风口沿等腰三角形的中心线对称分布，且最外侧的两个进风口形成的开口区域对应的底边与三角形底边的长度之比为40-60%，下盖板为实板；梯形区是两个投影面为等腰梯形的空腔，且腔内高度与三角形区保持一致，两个梯形区对称分布在三角形区两侧，两个梯形区等腰梯形的底边分别与三角形区等腰三角形的腰连接，在连接处设有蓖网；在梯形区上底边处连接风机，风机与梯形区连接处设有栅叶，且两风机完全相同。
2.根据权利要求1所述的连续纤维束分散装置，其特征在于所述的蓖网为一金属板， 其上均勻排布有十字状开口的通孔，十字状开口由两条相互垂直的边在其长度中心相交而成，每一条边的宽度为30-100 μ m,长度为l-3mm，相邻两个十字状开口各有一条边在同一直线上，且这两条边的间距为l_3mm。
3.根据权利要求1所述的连续纤维束分散装置，其特征在于所述的栅叶是在长方形围框中有米字型栅叶片，长方形围框的内框长度为10cm，内框宽度即为梯形内腔高度，栅叶片高度为20mm。
4.根据权利要求1所述的连续纤维束分散装置，其特征在于所述的三角形区底边对应的顶角处设有一进纱口，进纱口为圆柱状或扁平状。
5.根据权利要求1所述的连续纤维束分散装置，其特征在于所述的三角形腰长度为 20-60cm，梯形区腰长度为60-100cm。
6.根据权利要求1所述的连续纤维束分散装置，其特征在于所述的放料辊与收料辊都为圆柱形辊轴；导引辊为圆柱形辊轴，其中部直径大于两端直径，且两端分别与一个圆盘的圆心固连，圆柱形辊轴与圆盘之间平滑过渡，导引辊的宽度与三角形区的底边宽度相同。
专利摘要本实用新型公开了一种连续纤维束分散装置，纤维束由放料辊上放下并拉过气动展开装置后，经过导引辊保持分散状态，最后被收料辊收卷；气动展开装置包括三角形区、梯形区和风机；三角形区由上盖板和下盖板组成，上盖板上有沿等腰三角形中心线排列的条状进风口，下盖板为实板；梯形区对称分布在三角形区两侧，底边分别与三角形区的腰连接，在连接处设有蓖网；在梯形区上底边处连接风机，风机与梯形区连接处设有栅叶，且两风机完全相同。本实用新型可以将无捻的连续纤维束分散成连续的单丝状，降低了纤维的断裂率。
文档编号D02J1/18GK202279892SQ201120431069
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月3日 优先权日2011年11月3日
发明者傅增祥, 冯一川, 曹兵妥, 石阶想, 贺加贝 申请人:西北工业大学