[發明專利]碳纖維復合繩芯成型工藝及復合繩芯制造裝置

有效

• 申請號: 201410147089.4
• 申請日: 2014-04-14
• 公開（公告）號: CN103956213B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 李愛軍;周正偉;白瑞成;孫晉良;戚景贊
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01B9/00
• 分類號: H01B9/00;H01B13/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙)31205
• 代理人: 何文欣

1.一種碳纖維復合繩芯成型工藝的復合繩芯制造裝置，用來實施碳纖維復合繩芯成型工藝，該工藝包括如下步驟：

a.將碳纖維從纖維紗架上勻速牽出，然后將牽出的碳纖維引入纖維預熱/刻蝕裝置中進行預熱并除水分，同時對纖維表面進行刻蝕，控制含水量不超過2％；

b.將經過上述步驟a中預熱并刻蝕過的碳纖維送入樹脂浸漬槽內旋轉浸漬，然后使纖維分成7股進入可繞軸旋轉的單股預成型模具中進行纖維芯預成型，控制纖維芯預成型的溫度設置為100-130℃，得到7股纖維芯，再按照5-15^°的纏繞角度將7股纖維芯經纏繞成型，初步制得碳纖維繩芯；

c.將在上述步驟b中初步制得碳纖維繩芯進行初步固化，然后對初步固化后的碳纖維繩芯的表面進行絕緣層包覆，然后再進行深度固化定型，得到碳纖維復合繩芯；

d.將在上述步驟c中得到的碳纖維復合繩芯通過牽引裝置進行牽引，牽引速度控制為300-1200mm/min，最后用卷繞裝置對碳纖維復合繩芯進行收集；其特征在于：按順序依次由纖維紗架(1)、纖維預熱/刻蝕裝置(2)、樹脂浸漬槽(3)、單股預成型模具(4)、繩芯預成型模具(5)、初步固化裝置(6)、表面絕緣層包覆裝置(7)、深度固化裝置、牽引裝置(10)及卷繞裝置(11)組成，實現對固化效果的實時對比觀察，其中所述深度固化裝置至少由第一深度固化裝置(8)和第二深度固化裝置(9)組成深度固化系統，將纖維從所述纖維紗架(1)上勻速牽出，然后使牽出的纖維進入所述纖維預熱/刻蝕裝置(2)中進行預熱并除水分，同時對通過所述纖維預熱/刻蝕裝置(2)的纖維表面進行刻蝕，將經過預熱并刻蝕過的纖維送入具有加熱功能的所述樹脂浸漬槽(3)內浸漬，然后使纖維分股進入所述單股預成型模具(4)中進行纖維芯預成型，得到分股的纖維芯(12)，再由一系列分股的纖維芯(12)通過所述繩芯預成型模具(5)進行纏繞成型，初步制得碳纖維繩芯，再將通過預成型初步制得碳纖維繩芯引入所述初步固化裝置(6)中進行初步固化，然后在所述表面絕緣層包覆裝置(7)中進行絕緣層包覆，得到在碳纖維繩芯表面結合絕緣材料層(13)復合形成的碳纖維復合繩芯，再將碳纖維復合繩芯依次引入所述第一深度固化裝置(8)和第二深度固化裝置(9)中進行深度固化，深度固化后的碳纖維復合繩芯通過牽引裝置(10)進行牽引，最后用卷繞裝置(11)對碳纖維復合繩芯進行收集；

所述樹脂浸漬槽(3)的纖維進口和纖維出口處設有可旋轉的帶開孔的轉盤，轉盤的旋轉角速度和方向與所述纖維紗架(1)的旋轉角速度和方向相同。

2.根據權利要求1所述復合繩芯制造裝置，其特征在于：所述纖維紗架(1)可繞軸旋轉，所述纖維紗架(1)設有集束孔，使纖維從所述纖維紗架(1)的集束孔中牽出；所述纖維預 熱/刻蝕裝置(2)使用紫外烘箱，所述烘箱溫度設置范圍為150-300℃。

3.根據權利要求1所述復合繩芯制造裝置，其特征在于：對于所述單股預成型模具(4)，其長度為10-15cm，其孔徑為1-3mm，其旋轉角速度和方向與紗架的相同；對于所述繩芯預成型模具(5)采用聚四氟乙烯制成，其長度5-10cm，其孔徑為5-9mm。

4.根據權利要求1所述復合繩芯制造裝置，其特征在于：所述初步固化裝置(6)的長度50-70cm，設置初步固化溫度為140-180℃。

5.根據權利要求1所述復合繩芯制造裝置，其特征在于：在所述表面絕緣層包覆裝置(7)中復合形成的碳纖維復合繩芯時，對初步固化的碳纖維繩芯表面纏繞絕緣層材料形成絕緣材料層(13)，控制在碳纖維繩芯表面結合的絕緣材料層(13)的厚度為0.5-1.5mm。

6.根據權利要求1所述復合繩芯制造裝置，其特征在于：所述第一深度固化裝置(8)的長度50-70cm，所述第二深度固化裝置(9)的長度為50-90cm，各深度固化裝置所設置的固化溫度皆為160-200℃。

7.根據權利要求1所述復合繩芯制造裝置，其特征在于：通過智能控制裝置，所述牽引裝置(10)根據纖維與成型模具壁之間的摩擦力大小，來自動調節輸出牽引力的大小。

8.根據權利要求2所述復合繩芯制造裝置，其特征在于：所述卷繞裝置(11)的卷盤直徑為碳纖維復合繩芯直徑的45-80倍。