[發明專利]碳纖維絲束可展開性測試裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201710104758.3
• 申請日: 2017-02-24
• 公開（公告）號: CN106769545B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 顧軼卓;李敏;王紹凱;汪煒欣;張佐光
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N3/28
• 分類號: G01N3/28
• 代理公司: 北京冠和權律師事務所 11399
• 代理人: 李建華

本發明涉及一種碳纖維絲束可展開性測試裝置，包括沿碳纖維的行進方向順次連接的驅動放卷裝置、展絲加熱裝置、3輥驅動裝置、圖像傳感器以及收卷機。本裝置利用驅動電機和張力控制系統，實現碳纖維絲束展開過程中張力和運行速度可控；通過調節紅外加熱器功率和展絲棒位置，實現碳纖維絲束溫度和展開寬度可調；利用圖像傳感器在碳纖維展開過程中采集不同位置處的展開寬度并通過圖像處理軟件獲得碳纖維絲束寬度值，保證了測量結果的準確性，并可以實現碳纖維長度方向展開寬度穩定性的連續測量。

技術領域

本發明涉及纖維性能測試技術領域，特別涉及一種碳纖維絲束可展開性測試裝置及測量方法。

背景技術

碳纖維由于其優異的綜合性能，成為現今備受關注的高性能材料。由碳纖維浸漬樹脂而制成的增強復合材料利用了碳纖維材料良好的力學性能，可以達到增強構件承載能力的目的，同時可以減輕構件的質量，減小能耗，具有巨大的經濟效益。碳纖維絲束由幾千～幾十萬根碳纖維單絲組成。對于碳纖維復合材料來說，纖維絲束越薄，單位面積質量越小，其物理性能偏差越小，同時基體與碳纖維絲的接觸面積更大，浸漬質量和界面粘結性能更好，力學性能越優異，可以最大限度地發揮由碳纖維產生的纖維強化作用。因此，要想提高碳纖維及其復合材料的力學性能，獲得寬而薄的碳纖維帶并進行充分的浸潤是關鍵。通過展纖工藝將碳纖維絲束展成寬度適中、厚度薄的絲束帶，不僅可以提高樹脂對纖維束的浸潤性，提高生產效率，而且重排了單絲，在復合材料鋪層時減少鋪層角度錯位及纖維屈曲，大大增強了復合材料的力學性能。碳纖維的展絲已成為碳纖維預浸料制備、復合材料纏繞成型等必不可少的工藝環節。

目前，碳纖維絲束展開裝置大多針對實際生產過程所設計，如申請號為CN203977026 U和CN 203960467 U的中國專利，雖然展纖效果較好，但裝置復雜，操作繁瑣，成本相對較高，沒有很好的普遍性和適用性。專利CN102002787A、CN102121153A公開了碳纖維的擴絲裝置和擴絲方法，目的是擴寬碳纖維絲，使其蓬松度高，有效提高碳纖維絲的浸潤性，從而大幅增加復合產品的剪切強度和剛性強度。專利CN104153085A公開了一種碳纖維振動展纖裝置，通過升降機構改變兩進紗加熱輥間包角的大小，包角越大，絲展開越大，設加熱展纖輥和振動電機，使加熱展纖輥上下運動，從而達到良好的纖維展寬目的。對于碳纖維預浸料的實際生產，大多采用多輥機械式原理進行展絲，并通過對碳纖維進行加熱調節碳纖維絲束的可展開性。在測量碳纖維展開寬度時，大多數采用目測或利用游標卡尺進行測量，受人為因素影響較大，造成測量結果誤差較大，也無法連續測量碳纖維長度方向上絲束可展開性的波動情況。結合實際需求，本發明提出了一種基于熱輾法的碳纖維絲束可展開性測量裝置及基于圖像傳感器的展寬測量方法，操作簡單，易于實現，不僅與碳纖維預浸料實際生產過程相接近，而且能夠連續定量測定碳纖維絲束展寬。

發明內容

本發明的目的在于提供一種操作簡單、普遍適用的碳纖維絲束可展開性測試裝置及測量方法。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種碳纖維絲束可展開性測試裝置及測量方法，其特征在于：包括安裝碳纖維的行進方向順次連接的驅動放卷裝置、展絲加熱裝置、3輥驅動裝置、圖像傳感器以及收卷機。

所述驅動放卷裝置采用電機驅動放卷，并設有可獨立設定運行張力的張力控制系統。絲束在運行時可自動跟隨設定張力，放絲速度與3輥驅動速度自動同步，無論驅動速度快慢變化，均不影響絲束運行張力。

所述展絲加熱裝置主要包括紅外加熱裝置和三組展絲棒。其中，每組展絲棒由一根方管和圓管組成，絲束從圓管進入方管后被擠壓展平。絲束在進入展絲棒前，可通過調節紅外加熱器的輸出功率使絲束達到所需的溫度；在展絲過程中，可通過調節展絲棒與絲束的包角來調節絲束展開寬度。

所述3輥驅動裝置采用輪條傳動方式，在整線系統中為絲束運行提供動力并確保絲束進入收卷機前的張力平穩。