一种连续纤维气流喷吹分丝装置及方法

本发明涉及连续高性能纤维增强复合材料制造领域，具体地，涉及一种连续纤维气流喷吹分丝装置及方法。

背景技术：

1、近年来，随着连续纤维增强复合材料需求量的不断上升，急需提升复合材料力学性能和生产效率。有研究表明纤维束经分丝后，厚度变薄，有助于提升复合材料基体与纤维的结合效果，增大复合材料损伤容限和力学性能。当前，连续展纤工艺主要以机械展纤为主，同时包括振动/超声分丝、气流分丝和静电分丝等技术。机械或振动分丝由于直接作用于纤维束，且需要较大的纤维张力，因此对纤维束的损伤较大，但由于结构稳定，机械分丝的稳定性较高。

2、气流分丝通过气流压力差扩散纤维束，需要纤维张力保持松弛，因此对纤维束的损伤较小，但由于纤维束处于松弛状态，易受到气流波动和环境变化的影响，稳定性较差。已公布的气流分丝技术中，多为内吸式气流分丝法，采用一定结构的腔体形成分丝流场。如cn104862796a，cn1173083c在气流分丝过程中受纤维张力或气流扰动后，容易出现紊流，并且内吸式展纤器腔体尺寸受限，难以同时对多根纤维束组成的宽幅单向带进行分丝。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种连续纤维气流喷吹分丝装置及方法，以解决现有分丝技术在展纤宽度、展纤断裂率、展纤均匀度和展纤稳定性上难以兼顾及分丝方法的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

3、根据本发明的一个方面，提供了一种连续纤维气流喷吹分丝装置，纤维束从前向后牵引穿过分丝装置，其特征在于，分丝装置包括机架，从前向后依次设置在机架上且平行排列的第一机械辊、第二机械辊和多根后方机械辊，纵向振动辊，气流喷吹装置以及横向振动辊，其中，纵向振动辊设置在第一机械辊和第二机械辊之间，纵向振动辊通过纵向运动单元实现垂直往复振动；气流喷吹装置设置在纵向振动辊后方，在纵向振动过程中以可调节的角度对纤维束进行持续喷吹，以及横向振动辊通过横向运动单元在垂直于纤维束牵引方向上做水平往复振动。

4、可选地，在上述连续纤维气流喷吹分丝装置中，纵向运动单元包括与纵向振动辊依次连接的纵向滑块、纵向曲柄和第一电机，第一电机固定在机架的第一固定座上。

5、可选地，在上述连续纤维气流喷吹分丝装置中，横向运动单元包括与横向振动辊依次连接的横向滑块、横向曲柄和第二电机，第二电机固定在机架的第二固定座上。

6、可选地，在上述连续纤维气流喷吹分丝装置中，气流喷吹装置包括多个气流喷嘴、气流分配器、气管、转接阀及空气流量计，气流分配器通过支座固定在转动杆上，转动杆两端由两个轴承座固定，两个轴承座分别固定在两滑块上，两个滑块分别安装在机架的两个导杆上，两个导杆垂直于第一机械辊和第二机械辊设置。

7、可选地，在上述连续纤维气流喷吹分丝装置中，在机架的侧面设有固定块，摇杆设置固定块上，以及摇杆的一端可拆卸地固定于转动杆。

8、可选地，在上述连续纤维气流喷吹分丝装置中，还包括往复运动单元，往复运动单元为曲柄滑块机构，气流喷吹装置在往复运动单元的带动下，可实现直线往复运动。

9、可选地，在上述连续纤维气流喷吹分丝装置中，包括多根横向振动辊，多根横向振动辊的至少一根安装在第二机械辊后方。

10、可选地，在上述连续纤维气流喷吹分丝装置中，第一机械辊和第二机械辊之间的间距大于后方机械辊之间的间距。

11、根据本发明的一个方面，提供了上述连续纤维气流喷吹分丝装置的分丝方法，包括：连续纤维束经导纱单元后，以恒定间距导入分丝装置，导入的纤维束依次穿过第一机械辊、纵向振动辊、气流喷吹装置、第二机械辊、横向振动辊以及后续机械辊，在第一机械辊和第二机械辊中间对纤维束进行纵向振动和固定喷吹气流分丝，然后经过横向振动辊，促进多束纤维间的融合，提升分丝均匀性；最后以s形依次穿插经过多根后方机械辊，以完成纤维束的连续分丝。

12、可选地，在上述分丝方法中，横向振动辊的振动幅度在10mm以下，振动频率调节在0-20hz之间；纵向振动辊的振动幅度在0-25mm之间，振动频率在0-200hz之间；以及气流喷吹装置喷吹常温气流，或通过在前端添加空气加热器喷吹100-200℃的高温气流。

13、本发明的有益效果为：

14、本发明的连续纤维气流喷吹分丝装置，结构相对简单，可根据使用需求扩展，且装置可根据纤维种类或使用需求调节空气流量和振动参数，利用喷吹气流与横/纵向振动辊同时作用，对纤维束进行分丝，保留气流分丝高效率、低损伤优势的同时，通过振动辊提供规律的纤维束松弛状态，限制纤维单丝缺陷的形成，得到展宽均匀的纤维单向带。

技术特征：

1.一种连续纤维气流喷吹分丝装置，纤维束从前向后牵引穿过所述分丝装置，其特征在于，所述分丝装置包括机架，从前向后依次设置在所述机架上且平行排列的第一机械辊、第二机械辊和多根后方机械辊，纵向振动辊，气流喷吹装置以及横向振动辊，其中，

2.根据权利要求1所述的连续纤维气流喷吹分丝装置，其特征在于，所述纵向运动单元包括与所述纵向振动辊依次连接的纵向滑块、纵向曲柄和第一电机，所述第一电机固定在所述机架的第一固定座上。

3.根据权利要求1所述的连续纤维气流喷吹分丝装置，其特征在于，所述横向运动单元包括与所述横向振动辊依次连接的横向滑块、横向曲柄和第二电机，所述第二电机固定在所述机架的第二固定座上。

4.根据权利要求1所述的连续纤维气流喷吹分丝装置，其特征在于，所述气流喷吹装置包括多个气流喷嘴、气流分配器、气管、转接阀及空气流量计，所述气流分配器通过所述支座固定在所述转动杆上，所述转动杆两端由两个所述轴承座固定，两个所述轴承座分别固定在两滑块上，两个所述滑块分别安装在所述机架的两个导杆上，所述两个导杆垂直于所述第一机械辊和所述第二机械辊设置。

5.根据权利要求4所述的连续纤维气流喷吹分丝装置，其特征在于，在所述机架的侧面设有固定块，摇杆设置所述固定块上，以及所述摇杆的一端可拆卸地固定于所述转动杆。

6.根据权利要求1所述的连续纤维气流喷吹分丝装置，其特征在于，还包括往复运动单元，所述往复运动单元为曲柄滑块机构，所述气流喷吹装置在所述往复运动单元的带动下，可实现直线往复运动。

7.根据权利要求1所述的连续纤维气流喷吹分丝装置，其特征在于，包括多根所述横向振动辊，所述多根所述横向振动辊的至少一根安装在所述第二机械辊后方。

8.根据权利要求1所述的连续纤维气流喷吹分丝装置，其特征在于，所述第一机械辊和所述第二机械辊之间的间距大于所述后方机械辊之间的间距。

9.根据权利要求1所述的连续纤维气流喷吹分丝装置的分丝方法，其特征在于，包括：连续纤维束经导纱单元后，以恒定间距导入所述分丝装置，导入的所述纤维束依次穿过所述第一机械辊、所述纵向振动辊、所述气流喷吹装置、所述第二机械辊、所述横向振动辊以及后续机械辊，在所述第一机械辊和第二机械辊中间对纤维束进行纵向振动和固定喷吹气流分丝，然后经过所述横向振动辊，促进多束纤维间的融合，提升分丝均匀性；最后以s形依次穿插经过所述多根后方机械辊，以完成纤维束的连续分丝。

10.根据权利要求1所述的连续纤维气流喷吹分丝装置的分丝方法，其特征在于，所述横向振动辊的振动幅度在10mm以下，振动频率调节在5-20hz之间；所述纵向振动辊的振动幅度在10-25mm之间，振动频率在0-200hz之间；以及所述气流喷吹装置喷吹常温气流，或通过在前端添加空气加热器喷吹100-200℃的高温气流。

技术总结
本发明提供了一种连续纤维气流喷吹分丝装置及方法，纤维束从前向后牵引穿过分丝装置，分丝装置包括机架，从前向后依次设置在机架上且平行排列的第一机械辊、第二机械辊和多根后方机械辊，纵向振动辊，气流喷吹装置以及横向振动辊，纵向振动辊设置在第一机械辊和第二机械辊之间，纵向振动辊通过纵向运动单元实现垂直往复振动；气流喷吹装置设置在纵向振动辊后方，以及横向振动辊通过横向运动单元在垂直于纤维束牵引方向上做水平往复振动。本发明利用纤维束在纵向振动分丝过程中的纤维张力变化，在纤维悬垂状态时利用喷吹气流进行分丝，使纤维束做到在小张力下稳定、均匀、无损且充分的分丝。

技术研发人员：任峰,王明欢,何亚东,信春玲
受保护的技术使用者：北京化工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16