УСТАНОВКА ДЛЯ РАСПРАВЛЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО ЖГУТА
CARBON BUNDLE SPREADING APPARATUS

Изобретение относится к производству химических волокон, в частности к получению расправленных углеродных жгутов (англ. - spread tow), используемых для изготовления различных тканей, лент и препрегов. Изготовленные на основе расправленных углеродных жгутов композиционные материалы имеют более плотную упаковку лент и тканей при более высокой прочности на разрыв. За счет меньшей толщины монослоя композиционного материала на основе расправленных углеродных жгутов снижается концентрация напряжений, вызванная использованием слоев с различной ориентацией, снижается концентрация напряжений, вызванная наличием отверстий, галтелей, полостей и т.д. В композиционных материалах на основе расправленных жгутов прочность на сдвиг и вязкость разрушения выше, чем материалов, полученных из традиционных тканей и лент. При этом использование расправленных углеродных жгутов в составе тканей и лент при изготовлении углепластиков позволяет снизить стоимость изделий за счет использования более толстых углеродных жгутов для получения материалов с низкой толщиной монослоя, получить изделия, которые невозможно изготовить из традиционных тканей и лент, например тонкостенные, использовать новые возможности при изготовлении гибридных композиционных материалов.
Наиболее близкой к заявленной установке является установка для расправления углеродного жгута, которая содержит последовательно расположенные узел смотки, пару подающих валков, узел расправления углеродного жгута воздушным потоком, пару принимающих валков, устройство намотки расправленного углеродного жгута, а также систему контроля и регулирования натяжения обрабатываемого углеродного жгута (например, патент US 6032342, D01D 11/02, 2000).
Недостатком указанной установки является то, что расправление углеродного жгута осуществляют воздушным потоком при прохождении жгута над воздушным трактом, в который вакуумным насосом всасывается воздух. Так как сечение воздушного тракта велико, то невозможно обеспечить высокую скорость воздушного потока, что приводит к низкой степени расправления углеродного жгута и качества получаемого материала.
Задачей изобретения является повышение степени расправления углеродного жгута и увеличение ширины углеродных лент, получаемых при расправлении углеродного жгута за счет увеличения скорости воздушного потока.
Технический результат достигается посредством установки для расправления углеродного жгута, которая содержит последовательно расположенные узел смотки, пару подающих валков, узел контроля и регулирования натяжения обрабатываемого жгута, узел расправления углеродного жгута воздушным потоком, пару принимающих валков, а также узел намотки расправленного жгута, при этом узел расправления углеродного жгута воздушным потоком выполнен в виде двух поддерживающих валков и сопла, которое закреплено между поддерживающими валками и над ними с наклоном под углом от 30° до 70° к плоскости перемещения жгута и выполнено с плоским щелевым отверстием с возможностью подачи через него под давлением сжатого воздуха. При этом за счет высоких скоростей потока сжатого воздуха достигается эффективное разделение углеродного жгута на монофиламенты и получение лент углеродных волокон с более низкой поверхностной плотностью.
Щелевое отверстие сопла узла расправления углеродного жгута может быть выполнено с перегородками.
Сопло может быть установлено с возможностью регулирования угла его наклона в зависимости от толщины жгута.
Вышеизложенные особенности и преимущества предлагаемого изобретения будут понятны из последующего описания предпочтительного примера его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых для представления одинаковых элементов используются одинаковые позиции:
на фиг.1 представлена схема установки для расправления углеродного жгута в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг.2 - то же, вид сверху;
на фиг.3 - сопло;
на фиг.4 - сопло, вид А фиг.3;
на фиг.5 - сопло, вид Б фиг.3;
на фиг.6 - другой пример сопла, вид Б фиг.3.
Установка для расправления углеродного жгута содержит узел 1 смотки, за которым последовательно размещены пара подающих валков 2, узел 3 контроля и регулирования натяжения обрабатываемого жгута, узел 4 расправления углеродного жгута воздушным потоком, пару принимающих валков 5, а также узел 6 намотки.
Узел 1 смотки выполнен в виде держателя бобины поперечной размотки, снабженного пружинным тормозом и установленного с возможностью осевого перемещения в зависимости от отклонения относительно оси 0-0 подаваемого через него жгута (оси перемещения жгута).
Подающие валки 2 предназначены для подачи и перемещения углеродного жгута к узлу 4 расправления углеродного жгута воздушным потоком. Один из подающих валков 2 (предпочтительно, верхний) выполнен приводным с возможностью регулирования скорости вращения в зависимости от усилия натяжения жгута, проходящего через приводные валки 2.
Узел 3 контроля натяжения выполнен в виде трех валков 7, 8, 9, связанных с тензометрическим датчиком 10, размещен за подающими валками 2 и предназначен для контроля усилия натяжения углеродного жгута.
Узел 4 расправления углеродного жгута воздушным потоком содержит поддерживающие валки 11, 12 и сопло 13, которое выполнено с плоским щелевым отверстием 14, расположенным поперек направления подачи углеродного жгута и через которое подается под давлением сжатый воздух. Сопло закреплено между поддерживающими валками 11, 12 над углеродным жгутом (и, соответственно, над поддерживающими валками) и с наклоном под углом α от 30° до 70° к плоскости подачи жгута с возможностью регулирования указанного угла в зависимости от типа углеродного волокна и необходимой ширины получаемой на выходе углеродной ленты. В плоском щелевом отверстии 14 сопла 13 могут быть выполнены перегородки 15 для разделения воздушного потока с возможностью образования нескольких струй воздуха.
За узлом 4 расправления углеродного жгута расположены принимающие валки 5, посредством которых осуществляется перемещение с регулируемым натяжением обрабатываемого углеродного жгута. По конструктивному исполнению принимающие валки 5 аналогичны подающим валкам 2, при этом приводы подающих валков 2 и принимающих валков 5 синхронизированы.
Узел 6 намотки расправленного углеродного жгута содержит вал, установленный с возможностью перемещения вдоль его оси (0'-0') с регулируемой скоростью, на который может быть установлена как приемная бобина для осуществления крестовой намотки с регулируемым углом раскладки, так и катушка.
Установка для расправления углеродного жгута имеет программируемый блок управления, посредством которого задаются основные параметры узлов, осуществляется контроль и синхронизация скоростей вращения приводных узлов и который обеспечивает автоматическую остановку установки при окончании жгута в любой из секций, при окончании жгута и при намотке полного вала.
Установка для расправления углеродного жгута работает следующим образом.
Бобину с углеродным жгутом устанавливают на держатель бобины узла 1 смотки. На этом же этапе, пропустив конец жгута через все узлы установки (через подающие валки 2, узел 3 контроля и регулирования натяжения углеродного жгута, узел 4 расправления углеродного жгута воздушным потоком, принимающие валки 5), закрепляют его на приемной бобине (или катушке на переходной втулке), установленной на валу узла 6 намотки.
Посредством блока управления задают основные параметры указанных узлов и включают установку для расправления углеродного жгута.
Углеродный жгут, захваченный подающими валками 2, с узла 1 смотки, обогнув валки 7, 8 и 9 узла 3 контроля натяжения, перемещается через узел 4 расправления воздушным потоком, где он поддерживается валками 11 и 12. При этом через щелевое отверстие 14 сопла 13 принудительно подается сжатый воздух. Сформированный плоским щелевым отверстием 14 равномерный по ширине воздушный поток высокой скорости воздействует на углеродный жгут под углом α к плоскости подачи жгута, выбранным в пределах от 30° до 70°, образуя петлю, расправляет углеродный жгут, и, поджимая его к поддерживающему валку 12, распределяет на отдельные монофиламенты, которые рассредоточиваются по ширине валка 12. При углах менее 30° и более 70° происходит дестабилизация получаемой петли, увеличивается натяжение углеродного жгута и как следствие снижается эффективность расправления углеродного жгута, при этом углеродная лента получается меньшей ширины и большей поверхностной плотности. При большой толщине жгута предпочтительно выполнять щелевое отверстие с перегородками 15 с целью разделения воздушного потока на несколько потоков для более равномерного распределения нитей жгута по ширине валка.
Полученный расправленный углеродный жгут в виде ленты наматывают с натяжением на бобину или катушку устройства 6 намотки. Намотка ленты на бобину осуществляется посредством движения бобины вправо и влево, а позиция нитенаправителя не меняется, т.е. зафиксирована, при этом раскладка ленты на бобину осуществляется без изгибов и сложений. Натяжение намотки настраивается автоматически. На панели системы контроля и регулирования натяжения обрабатываемого жгута отображается текущее количество намотки в метрах и оставшееся до заполнения бобины количество. После полной намотки бобины (после достижения заданного диаметра бобины) установка автоматически останавливается.
Предлагаемая установка расправления углеродного жгута за счет использования сопла с плоским щелевым отверстием, через которое подается сжатый воздух, и достижения более высоких скоростей воздушного потока позволяет равномерно распределять монофиламенты углеродного жгута и формировать равномерную ленту с низкой поверхностной плотностью.