技术领域
[0001] 本
发明涉及纤维扩展技术领域，尤其涉及一种
碳纤维扩展装置。
背景技术
[0002] 碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。碳纤维
质量比金属
铝轻，但强度却高于
钢铁，并且具有耐
腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
[0003] 随着纤维薄片的发展，碳纤维的扩展也越来越重要。但是现有的技术，能够对碳纤维的扩展过程过于单一，在碳纤维束的扩展过程中，不能够根据需要随时对扩展张
力进行调节。
发明内容
[0004] 本发明旨在解决上面描述的问题。本发明的一个目的是提供一种解决以上问题的碳纤维扩展装置。具体地，本发明提供能够将碳纤维展宽、展薄的碳纤维扩展装置。
[0005] 根据本发明的第一方面，本发明提供了一种碳纤维扩展装置，所述碳纤维扩展装置包括牵引辊组、扩展辊组以及
张力检测辊，所述牵引辊组包括第一牵引辊组和第二牵引辊组，其中，所述第一牵引辊组设置在所述扩展辊组之后，所述第二牵引辊组设置在所述第一牵引辊组之后，所述张力检测辊设置在所述第一牵引辊组和所述第二牵引辊组之间，并且，在所述第一牵引辊组和所述张力检测辊之间设置有至少一个
整理辊组。
[0006] 其中，所述碳纤维扩展装置还包括PLC控制装置，所述张力检测辊的两端各设置有一个张力检测装置，所述张力检测装置与所述PLC控制装置电连接。
[0007] 其中，所述碳纤维扩展装置按照下述方式设置所述牵引辊组的运行速度：
[0008] 所述牵引辊组的运行速度与碳纤维束的张力的关系式为：
[0009] v＝k×n/(f×α＇)；其中，v为所述牵引辊组的运行速度，k为常数，n为所述扩展辊组中扩展辊的数量，f为碳纤维束的张力，α＇为碳纤维束绕过所述扩展辊组形成的包
角的弧度值。
[0010] 其中，所述牵引辊组的运行速度为5m/min～20m/min，所述碳纤维束的张力为3.5N～45N。
[0011] 其中，所述碳纤维扩展装置还包括第一牵引
电机和第二
牵引电机，所述第一牵引电机和所述第二牵引电机分别与所述PLC控制装置电连接，其中，所述第一牵引电机与所述第一牵引辊组传动连接，所述第二牵引电机与所述第二牵引辊组传动连接。
[0012] 其中，所述第一牵引辊组包括第一上辊和第一下辊，所述第一上辊垂直设置在所述第一下辊的上方，并且与所述第一下辊传动连接，所述第一下辊与所述第一牵引电机传动连接。
[0013] 其中，所述第二牵引辊组包括第二上辊和第二下辊，所述第二上辊垂直设置在所述第二下辊的上方，并且与所述第二下辊传动连接，所述第二下辊与所述第二牵引电机传动连接。
[0014] 其中，所述张力检测装置为压力应变片。
[0015] 其中，所述至少一个整理辊组包括两个整理辊组，所述整理辊组包括两个整理辊：第一整理辊和第二整理辊，其中，所述第一整理辊位于碳纤维束的上方，所述第二整理辊位于碳纤维束的下方；所述整理辊组在运行过程中，所述整理辊上下振动，其中，所述第一整理辊和所述第二整理辊的振动方向相反。
[0016] 其中，所述整理辊的振动幅度为±2.5mm～±6.0mm，所述整理辊的振动
频率为100r/min～135r/min。
[0017] 本发明的碳纤维扩展装置，能够实时检测碳纤维束扩展过程中的张力大小，并反馈给PLC控制装置，从而通过控制牵引辊组的牵引电机的线速度的大小来调节张力的大小，使得碳纤维束达到最佳的扩展效果。
[0018] 参照
附图来阅读对于示例性
实施例的以下描述，本发明的其他特性特征和优点将变得清晰。
附图说明
[0019] 并入到
说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020] 图1示例性地示出了本发明的碳纤维扩展装置的结构示意图；
[0021] 图2示例性地示出了本发明的碳纤维扩展装置的张力检测辊的结构示意图。
具体实施方式
[0022] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本
申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
[0023] 下面结合附图，对本发明所提供的碳纤维扩展装置进行详细说明。
[0024] 图1示出了本发明所提供的碳纤维扩展装置的结构示意图。参照图1所示，该碳纤维扩展装置包括牵引辊组10、扩展辊组(图中未示出)以及张力检测辊20，牵引辊组10包括第一牵引辊组11和第二牵引辊组12，其中，第一牵引辊组11设置在扩展辊组之后，第二牵引辊组12设置在第一牵引辊组11之后，张力检测辊20设置在第一牵引辊组11和第二牵引辊组12之间。牵引辊组10为碳纤维束提供动力源，牵引碳纤维束向前运动，位于两个牵引辊组之间的张力检测辊20用于检测扩展过程中的碳纤维束的张力，从而可以控制第一牵引辊组11和第二牵引辊组12的线速度的大小，使得碳纤维束扩展过程中的张力保持在需要的范围内。
[0025] 并且，在第一牵引辊组11和张力检测辊20之间设置有至少一个整理辊组30，整理辊组30通过整理辊的上下振动使得碳纤维束呈曲线运行的过程中，产生弹性振动，从而对扩展中的碳纤维束起到整理的作用，以使碳纤维束分布均匀，从而保证碳纤维束受到的张力均匀，并且保证张力检测辊20检测到的张力的准确性。
[0026] 另外，该碳纤维扩展装置还包括PLC控制装置(图中未示出)。图2示出了张力检测辊20的结构示意图，参照图2所示，本实施例中，张力检测辊20为光辊结构，张力检测辊20的两端各设置有一个张力检测装置21，并且，该张力检测装置21与PLC控制装置电连接，以便能够实时监控该碳纤维扩展装置的张力大小。
[0027] 返回参照图1所示，张力检测辊20为多个辊均匀等间隔设置，在本实施例中，张力检测装置21设置在辊201的两端，因为辊201的两侧的辊结构相同、间距相等，能够进一步保证检测到的张力值的准确性。
[0028] 碳纤维扩展装置按照下述方式设置牵引辊组10的运行速度：
[0029] 牵引辊组10的运行速度与碳纤维束的张力的关系式为：v＝k×n/(f×α＇)；其中，v为所述牵引辊组10的运行速度，k为常数，n为所述扩展辊组中扩展辊的数量，f为碳纤维束的张力，α＇为碳纤维束绕过所述扩展辊组形成的包角α的弧度值，即α＇＝α×π/180°。
[0030] 举例说明，根据本发明的碳纤维扩展装置，其牵引辊组10的运行速度v可以为5m/min～20m/min，碳纤维束的张力f可以为3.5N～45N，例如，设计人员可以根据不同的碳纤维束的要求，选取张力f为14.32N～22N；常数k可以取值12～50。示例性地，当包角α为110°，α＇为11π/18，扩展辊组可以设置有11个扩展辊，常数k取值36，碳纤维束的张力f可以为32N，通过代入上述公式计算可得，牵引辊组10的运行速度v为6.45m/min。
[0031]
发明人为了验证碳纤维束扩展效果与其扩展过程中的张力和牵引辊组的运行速度之间的关系，进行了大量实验。表1示例性地列出了牵引辊组的不同速度下，碳纤维束的扩展张力、及其扩展效果的对比。
[0032] 表1碳纤维束扩展效果
[0033]
[0034] 由表1可知，在本发明的碳纤维扩展装置中扩展辊的数量相同的情况下，包角α相同时，牵引辊组的运行速度v越小，碳纤维束的张力f越大，其扩展效果较好；牵引辊组的运行速度v越大，碳纤维束的张力f越小，其扩展效果相对较差；但是碳纤维束的张力f在包角α越大的情况下则越小，其扩展效果也相对较差。
[0035] 碳纤维扩展装置还包括第一牵引电机110和第二牵引电机120，第一牵引电机110和第二牵引电机120分别与PLC控制装置电连接；其中，第一牵引电机110与第一牵引辊组11传动连接，第二牵引电机120与第二牵引辊组12传动连接。
[0036] 张力检测装置21将检测到的张力大小传输至PLC控制装置，当张力过大时，PLC控制装置
自动调节第一牵引电机110和第二牵引电机120的速度减慢；反之，当检测到的张力过小时，PLC控制装置自动调节第一牵引电机110和第二牵引电机120的速度加快。
[0037] 第一牵引辊组11包括第一上辊111和第一下辊112，第一上辊111垂直设置在第一下辊112的上方，并且与第一下辊112传动连接，第一下辊112与第一牵引电机110传动连接。第一牵引电机110启动，并带动第一下辊112转动，同时，第一下辊112带动第一上辊111以与第一下辊112相同的速度反方向转动，在第一下辊112和第一上辊111的牵引下，碳纤维束向前传输运行。
[0038] 第二牵引辊组12包括第二上辊121和第二下辊122，第二上辊121垂直设置在第二下辊122的上方，并且与第二下辊122传动连接，第二下辊122与第二牵引电机120传动连接。与第一牵引辊组11的原理相同，第二牵引电机120启动，并带动第二下辊122转动，同时，第二下辊122带动第二上辊121以与第二下辊122相同的速度反方向转动，进一步为碳纤维束的运行提供动力源。
[0039] 本发明的碳纤维扩展装置，其张力检测装置21可以为任意能够实现张力检测的设备或者装置。例如，在本实施例中，张力检测装置21为压力应变片。该压力应变片与PLC控制装置电连接，实时地将检测到的压力(即碳纤维束的张力)传输至PLC控制装置，以便对碳纤维束的扩展过程进行监控，可以随时根据需要调整第一牵引电机110和第二牵引电机120的转速，从而使得碳纤维束的张力在需要的范围内，令碳纤维束的扩展效果达到最佳。
[0040] 另外，至少一个整理辊组30的数量可以根据实际需要(例如碳纤维束的大小、碳纤维束扩展结果的要求等因素)进行设置。示例性地，在图1所示的实施例中，该至少一个整理辊组30包括两个扩展辊组31。
[0041] 需要指出的是，每个整理辊组31均包括两个整理辊：第一整理辊311和第二整理辊312；其中，第一整理辊311位于碳纤维束的上方，第二整理辊312位于碳纤维束的下方，并且整理辊的结构为光辊结构。整理辊组31在运行过程中，整理辊上下振动，其中，第一整理辊
311和第二整理辊312的振动方向相反；例如，第一整理辊311向下振动，则第二整理辊312向上振动；反之亦然，若第一整理辊311向上振动，则第二整理辊312向下振动。
[0042] 为了保证整理辊组31的整理效果，第一整理辊311和第二整理辊312的振动幅度相同，其振动频率也相同。其中，整理辊的振动幅度可以为±2.5mm～±6.0mm，例如，第一整理辊311和第二整理辊312的振动幅度均设置为3.6mm；整理辊的振动频率可以为100r/min～135r/min，例如，第一整理辊311和第二整理辊312的振动频率选择设置为116r/min。
[0043] 具体地，整理辊组31的这种振动方式可以通过任意可以实现的装置进行设置。示例性地，整理辊的两端均连接有
凸轮结构，并且每个整理辊两端连接的凸轮角度相同，而第一整理辊311和第二整理辊312的同一端连接的凸轮相差90度；所有整理辊的同一端的凸轮设置在同一根轴上，并用一台
伺服电机带动转动，即可实现。其中，伺服电机可以根据实际需要进行选择，并设计相应的转速比，即可达到所需要的整理辊的振动频率。
[0044] 上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。
[0045] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0046] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
