本發(fā)明涉及碳纖維束的加工設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及碳纖維的擴展設(shè)備。

背景技術(shù)：

隨著航空航天、風電、新型汽車等高科技制造業(yè)的發(fā)展與成熟，相關(guān)的材料應(yīng)用技術(shù)例如碳纖維材料技術(shù)也隨之取得了長足的進步和廣泛的應(yīng)用。在實際應(yīng)用中，由于大絲束碳纖維，如48K、60K以至于360K、480K等的價格要比小絲束的便宜很多，大絲束售價只有小絲束的50％-60％，所以更容易為生產(chǎn)者所接受，但是由于大絲束碳纖維存在隨著纖維束根數(shù)增多而發(fā)生纖維的曲折、扭結(jié)的現(xiàn)象，且樹脂基體不容易浸潤到大絲束纖維束內(nèi)部，單絲間容易產(chǎn)生孔隙，且容易造成纖維相和樹脂相的富集與分離等缺陷，同時會隨絲束直徑增加，在復(fù)合材料成型過程中出現(xiàn)纖維屈曲及鋪層角度錯位的可能性也在增加，從而使復(fù)合材料強度、剛度受影響，力學性能降低、分散性大，不能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，無法發(fā)揮碳纖維增強材料高性能優(yōu)勢，因此突破低成本大絲束碳纖維發(fā)揮高性能優(yōu)勢關(guān)鍵技術(shù)就是開發(fā)大絲束碳纖維展開技術(shù)。

碳纖維原絲的擴展方式常規(guī)的都是采用熱碾壓法，發(fā)明專利——一種碳纖維束的擴展裝置(201410366783.5)介紹了一種碳纖維束的擴展裝置，包括預(yù)熱區(qū)、若干擴展區(qū)和整理區(qū)，所述預(yù)熱區(qū)和整理區(qū)分布在擴展區(qū)的兩側(cè)，所述預(yù)熱區(qū)和擴展區(qū)內(nèi)間隔分布有凸輥和凹輥，所述整理區(qū)內(nèi)設(shè)有若干平輥；所述凸輥、凹輥和平輥內(nèi)均設(shè)有加熱機構(gòu)；所述預(yù)熱區(qū)的左側(cè)和整理區(qū)的右側(cè)分別設(shè)有牽引輥組一和牽引輥組二，所述牽引輥組一和牽引輥組二均連接有電機。本發(fā)明碳纖維束在不斷經(jīng)過凸輥的擴展和凹輥的收縮過程中獲得在寬度上的加寬，直至變薄。擴展后的碳纖維束寬而薄，為均勻的纖維單向片；但是該方法展纖的碳纖維力學性能下降較大，并且容易對纖維絲束造成磨損，嚴重影響了碳纖維的使用，同時該類方法速度較慢，效率較低。

發(fā)明專利——一種用于擴展纖維束的設(shè)備及其工藝方法(201510417018.6)，介紹了一種用于擴展纖維束的設(shè)備，其特征在于：包括開卷裝置，擴展槽系統(tǒng)，牽引及烘干裝置及收卷裝置；所述開卷裝置包括阻尼控制器，張力監(jiān)測裝置及不少于兩根的卷軸；所述擴展槽系統(tǒng)包括液槽、吊升架及若干個超聲發(fā)射頭。將碳纖維束導入裝有超聲波發(fā)生器與化學溶液的容器內(nèi)，通過對超聲波頻率范圍、溶液類型與濃度、碳纖維束在溶液中的牽伸速度的控制，使碳纖維束變得更輕??；但是碳纖維原絲表面附著一層水性上漿劑，在超聲波擴展的過程中，超聲介質(zhì)在振蕩的過程中會破壞原絲表面的上漿劑，經(jīng)過檢測，使用一段時間的超聲介質(zhì)，其中含有大量的上漿劑，證明不論超聲介質(zhì)是何種物質(zhì)，都會在超聲的過程中，對上漿劑產(chǎn)生溶解破壞，缺失了上漿劑的碳纖維原絲，由于表面極為光滑，在浸漬樹脂的過程中，不容易與樹脂復(fù)合。

為了克服上述擴展過程中出現(xiàn)的上漿劑破壞和絲束斷裂的問題，本發(fā)明提供了一種新的擴展設(shè)備和方法，經(jīng)過高溫蒸汽噴淋，使得上漿劑軟化，然后進行高壓吹掃，達到碳纖維擴展的目的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的提供一種新的碳纖維擴展設(shè)備及擴展方法，采用氣流吹掃和蒸汽噴淋結(jié)合，通過高頻振動，達到將碳纖維原絲擴展的目的。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種碳纖維擴展設(shè)備，其特征在于：包括開卷絲軸、糾偏裝置、擴展裝置、牽引轉(zhuǎn)軸和收卷裝置；

所述開卷絲軸通過機械臂與伺服電機連接；

所述糾偏裝置包括若干托架輪，每個托架輪之前設(shè)有光感測距器；

所述擴展裝置包括設(shè)置在磁懸浮平臺上的氣流吹掃箱體，所述氣流吹掃箱體內(nèi)設(shè)有一塊帶有若干微氣孔的吹掃板。

進一步，所述開卷絲軸的兩端通過卡爪型機械臂固定連接，所述機械臂的一端與伺服電機固定連接，通過伺服電機驅(qū)動機械臂轉(zhuǎn)動，機械臂的轉(zhuǎn)動范圍為360°。當原絲束發(fā)生偏轉(zhuǎn)或者扭曲時，將信號傳遞給伺服電機，通過伺服電機反方向旋轉(zhuǎn)，將原絲束糾偏；同時伺服電機的旋轉(zhuǎn)方向為±360°，保證原絲束偏轉(zhuǎn)后的回正。

進一步，所述糾偏裝置的外殼為可視的規(guī)則箱體，包括至少兩個以上的托架輪，所述光感測距器設(shè)置在托架輪的上游一側(cè)，若干托架輪的排列方式為直線型、之字型或者任意其他形狀。原絲束的寬度固定，通過光感測距器來檢測原絲束的寬度，用以標記絲束是否發(fā)生扭曲或者偏轉(zhuǎn)，當光感測距器檢測到絲束的寬度小于設(shè)定值，通過控制器內(nèi)的換算，得出絲束扭曲的方向和角度，將信號傳輸給伺服電機，通過伺服電機控制開卷絲軸向反方向轉(zhuǎn)動，使得絲束恢復(fù)原位；當發(fā)生一次絲束扭曲后，第二個光感測距器檢測到絲束再次發(fā)生扭曲，將信號傳輸給伺服電機，通過伺服電機控制開卷絲軸向反方向轉(zhuǎn)動兩倍；絲束繼續(xù)前進過程中經(jīng)過第三個光感測距器是，如果再次檢測到絲束扭曲，將發(fā)生警報，整個擴展設(shè)備停止工作，采用人工糾偏。同時，光感測距器不僅限于上述的三個，也可以是更多個，并且光感測距器的排布方式，可以根據(jù)設(shè)備的安裝場地和要求決定，并不僅限于本發(fā)明提到的排列方式；同時也可以根據(jù)安裝要求將整個糾偏裝置設(shè)置在封閉的箱體內(nèi)，預(yù)留觀察窗或者箱體采用透明玻璃或者樹脂材料，使得整個絲束的行程在可視的范圍內(nèi)呈現(xiàn)。光感測距器的檢測距離可以根據(jù)絲束的型號調(diào)整，比如12K的原絲，絲束寬度為6.5mm，如果光感信號檢測到小于5mm，那么意味著發(fā)生了絲束扭曲或者偏轉(zhuǎn)。

進一步，所述擴展裝置為規(guī)則的箱體，吹掃板位于擴展裝置的中部，沿水平方向?qū)U展裝置分割為上下兩個腔室，分別為蒸汽噴淋腔和高壓腔，所述擴展裝置的兩端分別為入絲孔和出絲孔，吹掃板連接入絲孔和出絲孔的兩端設(shè)置為倒角狀，所述擴展裝置的箱體四角設(shè)有四個錨固點，所述錨固點與磁懸浮平臺分別通有相反電荷，形成電磁懸浮。

進一步，所述微氣孔的橫截面為錐形，微氣孔的內(nèi)徑為0.4-0.6mm，相鄰微氣孔之間的間隔距離為0.4-0.6mm。

進一步，所述蒸汽噴淋腔的頂部設(shè)有若干蒸汽噴淋孔，蒸汽噴淋溫度為100-110℃。

進一步，所述高壓腔與空氣壓縮機連通，高壓腔內(nèi)的氣壓為0.4-0.8MPa。

本發(fā)明采用的擴展裝置結(jié)合了氣流吹掃、蒸汽加熱和磁懸浮震動設(shè)計而成，碳纖維原絲束由入絲孔進入擴展裝置，若干原絲束平鋪在吹掃板上，吹掃板的上方腔體為蒸汽噴淋腔，通過若干蒸汽噴淋孔向原絲束噴淋熱蒸汽，蒸汽的溫度控制在100-110℃，原絲束表面的上漿劑的軟化溫度為90-100℃，進入擴展裝置的碳纖維原絲束在熱蒸汽的包裹下，表面的上漿劑逐漸軟化，使得絲束內(nèi)的原絲之間的粘結(jié)作用力降低，然后高壓腔內(nèi)通入的壓縮空氣，經(jīng)過微氣孔不斷吹向原絲束，同時整個擴展裝置置于磁懸浮平臺上，磁懸浮平臺通入交流電，通過變頻器控制交流頻率擴展裝置不斷橫向震動，經(jīng)過微氣孔的氣流在擴展裝置左右震動的情況下左右移動，使得氣流形成左右移動的吹掃情況，經(jīng)過軟化的原絲束在氣流的吹掃作用下，絲束的單根原絲逐漸分散擴展；隨著原絲束在牽引裝置的牽引作用下，不斷經(jīng)過擴展裝置，被熱蒸汽軟化和氣流吹掃，達到絲束擴展的目的。

由于擴展裝置設(shè)置在磁懸浮平臺上，使得擴展裝置的震動頻率可以通過通入的交流頻率控制，震動頻率可以達到超聲級別，同時蒸汽包裹的氛圍又不至于使得上漿劑的脫落。

進一步，所述高壓腔與空氣壓縮機之間設(shè)有除油過濾裝置，用于將壓縮空氣中的油性物質(zhì)除去。油性物質(zhì)對原絲束表面的上漿劑有一定損傷。

一種碳纖維擴展方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將多錠絲束盤依此安裝在開卷絲軸上；

(2)將絲束分別從開卷絲軸引出，分別繞過對應(yīng)的光感測距器和托架輪；

(3)絲束進入擴展裝置，絲束平鋪經(jīng)過吹掃板；

(4)經(jīng)過擴展的絲束經(jīng)過牽引裝置并接入收卷裝置；

(5)完成上述連接后進行開機運行，通過光感測距器檢測每一條絲束的寬度，當發(fā)生絲束偏轉(zhuǎn)后，信號傳輸給開卷絲軸上的伺服電機，通過伺服電機轉(zhuǎn)動使絲束恢復(fù)原位；

(6)吹掃板上方蒸汽噴淋腔開啟蒸汽噴淋，下方高壓腔進行氣流吹掃；同時擴展裝置開始磁懸浮震蕩。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、擴展裝置采用磁懸浮平臺，可以經(jīng)過變頻器控制擴展裝置的高頻振動，實現(xiàn)震動頻率覆蓋50HZ-300HZ，跟任何機械震動相比，本發(fā)明的震動方式頻率大大提高，并且不受設(shè)備的影響；

2、擴展裝置內(nèi)的吹掃板上設(shè)有若干微氣孔，高壓氣體經(jīng)過微氣孔向碳纖維原絲束進行氣流吹掃，吹掃板上形成若干吹掃氣柱，對平鋪在吹掃板上的原絲束進行快速吹掃，上方的噴淋孔不斷的噴出熱蒸汽，使得原絲束表面的上漿劑軟化，在氣流吹掃的作用下，絲束不斷分散擴展，該擴展方式對原絲束幾乎沒有傷害，同時上漿劑不會脫落，保證絲束的完整，不會產(chǎn)生斷裂；

3、采用通過光感測距器檢測每一條絲束的寬度，當發(fā)生絲束偏轉(zhuǎn)后，信號傳輸給開卷絲軸上的伺服電機，通過伺服電機轉(zhuǎn)動使絲束恢復(fù)原位，避免了絲束在前進時發(fā)生扭曲或者偏轉(zhuǎn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)圖。

其中：1、開卷絲軸 2、糾偏裝置 3、擴展裝置 4、牽引轉(zhuǎn)軸 5、收卷裝置；

101、機械臂 102、伺服電機

201、托架輪 202、光感測距器

301、磁懸浮平臺 302、氣流吹掃箱體 303、微氣孔 304、吹掃板 305、蒸汽噴淋腔 306、高壓腔 307、入絲孔 308、出絲孔 309、錨固點 310、蒸汽噴淋孔 311、空氣壓縮機 312、除油過濾裝置

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

如圖所示的一種碳纖維擴展設(shè)備，其特征在于：包括開卷絲軸1、糾偏裝置2、擴展裝置3、牽引轉(zhuǎn)軸4和收卷裝置5；

所述開卷絲軸1通過機械臂101與伺服電機102連接；

所述糾偏裝置2包括若干托架輪201，每個托架輪201之前設(shè)有光感測距器202；

所述擴展裝置3包括設(shè)置在磁懸浮平臺301上的氣流吹掃箱體302，所述氣流吹掃箱體302內(nèi)設(shè)有一塊帶有若干微氣孔303的吹掃板304。

進一步，所述開卷絲軸1的兩端通過卡爪型機械臂101固定連接，所述機械臂101的一端與伺服電機102固定連接，通過伺服電機102驅(qū)動機械臂101轉(zhuǎn)動，機械臂101的轉(zhuǎn)動范圍為360°。當原絲束發(fā)生偏轉(zhuǎn)或者扭曲時，將信號傳遞給伺服電機102，通過伺服電機102反方向旋轉(zhuǎn)，將原絲束糾偏；同時伺服電機102的旋轉(zhuǎn)方向為±360°，保證原絲束偏轉(zhuǎn)后的回正。

進一步，所述糾偏裝置2的外殼為可視的規(guī)則箱體，包括至少兩個以上的托架輪201，所述光感測距器202設(shè)置在托架輪201的上游一側(cè)，若干托架輪201的排列方式為直線型、之字型或者任意其他形狀。原絲束的寬度固定，通過光感測距器202來檢測原絲束的寬度，用以標記絲束是否發(fā)生扭曲或者偏轉(zhuǎn)，當光感測距器202檢測到絲束的寬度小于設(shè)定值，通過控制器內(nèi)的換算，得出絲束扭曲的方向和角度，將信號傳輸給伺服電機102，通過伺服電機102控制開卷絲軸1向反方向轉(zhuǎn)動，使得絲束恢復(fù)原位；當發(fā)生一次絲束扭曲后，第二個光感測距器202檢測到絲束再次發(fā)生扭曲，將信號傳輸給伺服電機102，通過伺服電機102控制開卷絲軸1向反方向轉(zhuǎn)動兩倍；絲束繼續(xù)前進過程中經(jīng)過第三個光感測距器202是，如果再次檢測到絲束扭曲，將發(fā)生警報，整個擴展設(shè)備停止工作，采用人工糾偏。同時，光感測距器202不僅限于上述的三個，也可以是更多個，并且光感測距器202的排布方式，可以根據(jù)設(shè)備的安裝場地和要求決定，并不僅限于本發(fā)明提到的排列方式；同時也可以根據(jù)安裝要求將整個糾偏裝置2設(shè)置在封閉的箱體內(nèi)，預(yù)留觀察窗或者箱體采用透明玻璃或者樹脂材料，使得整個絲束的行程在可視的范圍內(nèi)呈現(xiàn)。光感測距器202的檢測距離可以根據(jù)絲束的型號調(diào)整，比如12K的原絲，絲束寬度為6.5mm，如果光感信號檢測到小于5mm，那么意味著發(fā)生了絲束扭曲或者偏轉(zhuǎn)。

進一步，所述擴展裝置3為規(guī)則的箱體，吹掃板304位于擴展裝置3的中部，沿水平方向?qū)U展裝置3分割為上下兩個腔室，分別為蒸汽噴淋腔305和高壓腔306，所述擴展裝置3的兩端分別為入絲孔307和出絲孔308，吹掃板304連接入絲孔307和出絲孔308的兩端設(shè)置為倒角狀，所述擴展裝置3的箱體四角設(shè)有四個錨固點309，所述錨固點309與磁懸浮平臺301分別通有相反電荷，形成電磁懸浮。錨固點的底端為一個金屬片，通入電荷，而整個氣流擴展箱體為絕緣箱體。

進一步，所述微氣孔303的橫截面為錐形，微氣孔303的內(nèi)徑為0.4-0.6mm，相鄰微氣孔303之間的間隔距離為0.4-0.6mm。

進一步，所述蒸汽噴淋腔305的頂部設(shè)有若干蒸汽噴淋孔310，蒸汽噴淋溫度為100-110℃。若干噴淋蒸汽孔連接一個蒸汽輸送管路，通過蒸汽發(fā)生器供給熱蒸汽。

進一步，所述高壓腔306與空氣壓縮機311連通，高壓腔306內(nèi)的氣壓為0.4-0.8MPa。

本發(fā)明采用的擴展裝置3結(jié)合了氣流吹掃、蒸汽加熱和磁懸浮震動設(shè)計而成，碳纖維原絲束由入絲孔307進入擴展裝置3，若干原絲束平鋪在吹掃板304上，吹掃板304的上方腔體為蒸汽噴淋腔305，通過若干蒸汽噴淋孔310向原絲束噴淋熱蒸汽，蒸汽的溫度控制在100-110℃，原絲束表面的上漿劑的軟化溫度為90-100℃，進入擴展裝置3的碳纖維原絲束在熱蒸汽的包裹下，表面的上漿劑逐漸軟化，使得絲束內(nèi)的原絲之間的作用力降低，然后高壓腔306內(nèi)通入的壓縮空氣，經(jīng)過微氣孔303不斷吹向原絲束，同時整個擴展裝置3置于磁懸浮平臺301上，磁懸浮平臺301通入交流電，通過變頻器控制交流頻率擴展裝置3不斷橫向震動，經(jīng)過微氣孔303的氣流在擴展裝置3左右震動的情況下左右移動，使得氣流形成左右移動的吹掃情況，經(jīng)過軟化的原絲束在氣流的吹掃作用下，絲束的單根原絲逐漸分散擴展；隨著原絲束在牽引裝置的牽引作用下，不斷經(jīng)過擴展裝置3，被熱蒸汽軟化和氣流吹掃，達到絲束擴展的目的。

由于擴展裝置3設(shè)置在磁懸浮平臺301上，使得擴展裝置3的震動頻率可以通過通入的交流頻率控制，震動頻率可以達到超聲級別，同時蒸汽包裹的氛圍又不至于使得上漿劑的脫落。

進一步，所述高壓腔306與空氣壓縮機311之間設(shè)有除油過濾裝置312，用于將壓縮空氣中的油性物質(zhì)除去。油性物質(zhì)對原絲束表面的上漿劑有一定損傷。

一種碳纖維擴展方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將多錠絲束盤依此安裝在開卷絲軸1上；

(2)將絲束分別從開卷絲軸1引出，分別繞過對應(yīng)的光感測距器202和托架輪201；

(3)絲束進入擴展裝置3，絲束平鋪經(jīng)過吹掃板304；

(4)經(jīng)過擴展的絲束經(jīng)過牽引裝置并接入收卷裝置5；

(5)完成上述連接后進行開機運行，通過光感測距器202檢測每一條絲束的寬度，當發(fā)生絲束偏轉(zhuǎn)后，信號傳輸給開卷絲軸1上的伺服電機102，通過伺服電機102轉(zhuǎn)動使絲束恢復(fù)原位；

(6)吹掃板304上方蒸汽噴淋腔305開啟蒸汽噴淋，下方高壓腔306進行氣流吹掃；同時擴展裝置3開始磁懸浮震蕩。

最后應(yīng)說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。