[發明專利]一種提升纖維增強復合材料力學性能的纖維紗合股裝置及方法

有效

• 申請號: 201310745260.7
• 申請日: 2013-12-30
• 公開（公告）號: CN103668625A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 汪昕;吳智深;朱中國;徐鵬程;劉建勛
• 申請（專利權）人: 東南大學;江蘇綠材谷新材料科技發展有限公司
• 主分類號: D02G3/28
• 分類號: D02G3/28
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所 32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本發明涉及一種提升纖維增強復合材料力學性能的工藝裝置及方法，尤其涉及一種保證合股前纖維原絲長度一致性的具有阻尼型張力控制裝置的合股裝置及方法。

背景技術

纖維增強復合材料以其輕質高強、耐腐蝕等優良特性在土建交通、能源環境基礎設施，航空、體育用品等領域得到大量應用。纖維增強復合材料的力學性能由纖維、基體和兩者界面共同決定，其中因纖維為主要增強材料，其力學性能的高低和受力的均勻性將主導纖維增強復合材料的整體力學性能。纖維增強復合材料一般由多束纖維無捻粗紗通過合股，再經過拉擠、纏繞、模壓等工藝形成。

無捻粗紗是由多根纖維原絲經合股工藝制備而成，是復合材料中纖維產品的基本品種之一。合股紗由多束無捻粗紗組成，作為復合材料成型的直接原材料，保證合股紗綜合性能的均勻和穩定，是提高纖維增強復合材料產品質量首當其沖需要引以重視的問題。

纖維原絲的合股工藝本身并不復雜，但不同的合股工藝引起的合股紗質量卻參差不齊。傳統合股工藝的主要問題發生在從原絲筒抽絲的過程中，抽絲會不可避免地引起纖維原絲跳動，當抽絲速度特別快時，合股后纖維原絲的成捻現象就顯得尤為嚴重，同時由于各股粗紗抽絲速度不能保證完全一致，在合股過程中容易造成部分纖維在合股時彎曲現象。上述問題將直接導致成型后的復合材料中纖維不能有效同步受力或存在過多初始缺陷，從而降低復合材料的整體性能。現有合股紗制備工藝普遍采用滑動摩擦型張力器解決上述問題，具體做法是讓纖維原絲穿過上下交錯的兩排圓柱形竹管，通過纖維原絲與竹管之間產生的滑動摩擦力繃緊纖維原絲，最終達到在合股前拉直纖維原絲的目的。為了盡可能使纖維原絲繃緊，實際生產中采取固定竹管的措施以達到增大纖維原絲中張力的目的。這無形中增大了纖維原絲與竹管的接觸面面積，纖維原絲在高速抽絲過程中受到了極大的滑動摩擦力，極易引起纖維表面的磨損，纖維表面一旦受損產生缺陷，合股紗的產品質量將受到嚴重影響，最終也將引起纖維增強復合材料產品的質量缺陷。同時，利用滑動摩擦實現均勻合股的方法為被動控制方法，在保證各股紗合股速度一致方面仍存在潛在缺陷。

發明內容

發明目的：本發明針對現有合股紗制備工藝中纖維原絲易起捻、長短不一等問題，提供一種可以在合股前根據設計要求控制纖維原絲中所受張力大小進而保證合股紗中纖維原絲長度一致性的合股裝置及方法。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種提升纖維增強復合材料力學性能的纖維原絲合股裝置，其特征在于，包括：

放絲架，在放絲架上設置兩個以上的原絲筒；

合股輪，沿整個輪周有原絲合股的同心圓凹槽；

以及阻尼型張力控制裝置，該阻尼型張力控制裝置位于所述的放絲架與合股輪之間且與所述的原絲筒的數量相同；阻尼型張力控制裝置包括張力控制輪和壓緊輪，所述張力控制輪包括阻尼控制裝置和張力輪，所述的阻尼控制裝置與張力輪的輪軸連接用于控制張力輪的轉速，所述的壓緊輪可調節的作用在位于張力輪表面上的原絲。

在所述的張力輪上設置有原絲槽，在所述的壓緊輪上設置有與所述原絲槽對應的壓緊環。

一種提升纖維增強復合材料力學性能的纖維原絲合股方法，各根纖維原絲分別從原絲筒中抽出后進入相應的阻尼型張力控制裝置，壓緊輪輔助張力控制輪壓緊纖維原絲，調整阻尼控制裝置的阻尼參數，使各纖維原絲中的張力達到一致，最后進入合股輪，制得合股紗。

有益效果：本發明的用于保證合股前纖維原絲長度一致性的阻尼型張力控制裝置，在控制各根纖維原絲長度一致性上與傳統的滑動摩擦型張力器相比，具有如下優點：

(1)在繃緊纖維原絲的技術上，本發明將滑動摩擦型張力器中纖維原絲所受到的滑動摩擦力變為滾動摩擦力，這能夠極大減小合股紗制備過程中合股裝置對纖維原絲的磨損。

(2)通過調整張力控制輪中的阻尼大小使每根纖維原絲在合股前受到大小相同的張力，進而保證纖維原絲在合股前長度一致性。本發明能有效提高合股紗質量并能夠有效提升合股紗產品的綜合性能穩定性。進一步的，提高合股紗質量能夠有效改善纖維增強復合材料產品由于合股紗內纖維長短不一引起的力學性能不穩定、離散性大等問題。

因此本發明可以有效實現合股紗制備工藝中對纖維原絲長度一致性的控制。

附圖說明

圖1為本發明合股裝置的結構示意圖。

圖2為帶有阻尼控制裝置的張力控制輪示意圖。

圖3為合股輪裝置示意圖。

具體實施方式