[发明专利]一种碳纤维扩展设备及扩展方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维扩展设备，其特征在于：包括开卷丝轴、纠偏装置、扩展装置、牵引转轴和收卷装置；所述开卷丝轴通过机械臂与伺服电机连接；所述纠偏装置包括若干托架轮，每个托架轮之前设有光感测距器；所述扩展装置包括设置在磁悬浮平台上的气流吹扫箱体，所述气流吹扫箱体内设有一块带有若干微气孔的吹扫板。本发明采用磁悬浮平台，实现高频振动，通过吹扫板上设有若干微气孔，将高压气体对碳纤维原丝束进行气流吹扫，并辅助热蒸汽软化上浆剂软化，在气流吹扫的作用下，丝束不断分散扩展，该扩展方式对原丝束几乎没有伤害，同时上浆剂不会脱落，保证丝束的完整，不会产生断裂。

技术领域

本发明涉及碳纤维束的加工设备领域，具体涉及碳纤维的扩展设备。

背景技术

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360K、480K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。

碳纤维原丝的扩展方式常规的都是采用热碾压法，发明专利——一种碳纤维束的扩展装置(201410366783.5)介绍了一种碳纤维束的扩展装置，包括预热区、若干扩展区和整理区，所述预热区和整理区分布在扩展区的两侧，所述预热区和扩展区内间隔分布有凸辊和凹辊，所述整理区内设有若干平辊；所述凸辊、凹辊和平辊内均设有加热机构；所述预热区的左侧和整理区的右侧分别设有牵引辊组一和牵引辊组二，所述牵引辊组一和牵引辊组二均连接有电机。本发明碳纤维束在不断经过凸辊的扩展和凹辊的收缩过程中获得在宽度上的加宽，直至变薄。扩展后的碳纤维束宽而薄，为均匀的纤维单向片；但是该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。

发明专利——一种用于扩展纤维束的设备及其工艺方法(201510417018.6)，介绍了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；所述开卷装置包括阻尼控制器，张力监测装置及不少于两根的卷轴；所述扩展槽系统包括液槽、吊升架及若干个超声发射头。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；但是碳纤维原丝表面附着一层水性上浆剂，在超声波扩展的过程中，超声介质在振荡的过程中会破坏原丝表面的上浆剂，经过检测，使用一段时间的超声介质，其中含有大量的上浆剂，证明不论超声介质是何种物质，都会在超声的过程中，对上浆剂产生溶解破坏，缺失了上浆剂的碳纤维原丝，由于表面极为光滑，在浸渍树脂的过程中，不容易与树脂复合。

为了克服上述扩展过程中出现的上浆剂破坏和丝束断裂的问题，本发明提供了一种新的扩展设备和方法，经过高温蒸汽喷淋，使得上浆剂软化，然后进行高压吹扫，达到碳纤维扩展的目的。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的提供一种新的碳纤维扩展设备及扩展方法，采用气流吹扫和蒸汽喷淋结合，通过高频振动，达到将碳纤维原丝扩展的目的。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种碳纤维扩展设备，其特征在于：包括开卷丝轴、纠偏装置、扩展装置、牵引转轴和收卷装置；

所述开卷丝轴通过机械臂与伺服电机连接；

所述纠偏装置包括若干托架轮，每个托架轮之前设有光感测距器；