专利名称：一种碳纤维预热除湿装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于复合材料加工和处理领域，尤其涉及一种碳纤维预热除湿装置。
背景技术：
自上个世纪90年代开始，碳纤维复合芯导线广泛应用于用复合材料代替传统导线的钢芯，以降低导线弧垂和提高运行温度，实现迅速扩容和提高管网安全性的目的。目前使用的增强型电缆芯大多是用连续碳纤维增强耐高温热固性树脂而得到的复合材料刚性棒状整体结构，其承重主要依靠碳纤维，而韧性主要取决于树脂基体和玻璃纤维层，
依据传统的制造工艺，存在纤维受力不均匀、复合芯表层和内部热膨胀不匹配、韧性较差以及树脂体固化不均匀等问题，由此对改善制造环节和优化生产工艺提出了迫切需求。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种碳纤维预热除湿装置，旨在解决现有碳纤维复合芯导线在生产过程中存在树脂固化不均匀、拉挤成型速度慢的问题。本实用新型的目的是这样实现的一种碳纤维预热除湿装置，所述装置包括对碳纤维股进行接触式加热的装置，以及对碳纤维股进行对流式加热的装置。所述对碳纤维股进行接触式加热的装置包括三个金属加热插头；所述对碳纤维股进行对流式加热的装置包括一对热气流喷头。所述三个金属加热插头中，第一加热插头置于预热除湿装置入口附近；第二加热插头设于碳纤维预热除湿装置的中部，其位置应确保碳纤维股从第一加热插头、第二加热插头间的空隙穿过时为平行传送；第三加热插头设于预热除湿装置出口附近，其位置要略高于第一加热插头。所述第一加热插头与第二加热插头的中心距离为192 mm。所述第二加热插头与第三加热插头的中心距离为183 mm，并且中心连线的上扬角度为12°。所述一对热气流喷头设置在第二加热插头和第三插头之间，以对流方式对碳纤维股提高温度。所述一对热气流喷头中，第一热气流喷头距离预热除湿装置出口外沿为183 mm,第二热气流喷头距离预热除湿装置入口外沿为407 mm。所述加热插头的侧面几何外形为椭圆形,其较短直径为60 mm,较长直径为98 mm ；加热插头的厚度为85 mm,其正面的上部和下部为内凹圆拱形，圆拱形的弧度半径为57 mm。所述装置的一端设有纤维导入口，所述纤维导入口为管状体，其内部与碳纤维接触处的内腔壁为坡度设计，入口口径大于出口口径。所述纤维导入口的长度为120 mm,截面直径为40 mm;其出口的宽度为10 mm, A口的宽度为25 mm，内腔壁的坡度为22°。本实用新型的突出优点是本实用新型可直接用于碳纤维增强型复合导线芯拉挤生产线，在不降低产品质量和性能的前提下，大幅度加快拉挤速度，增加产量，使纤维实现均匀受热，以达到树脂基体均匀固化成型的目的，同时准确控制树脂体固化后的剪切模量和弯曲模量，以实现产品的最佳力学性能，并能明显降低在拉挤过程中树脂体中的空隙含量，接触式加热和对流式加热模式的同时使用，可以有效发挥各自的优势并消除单独使用时的缺陷。
图I是本实用新型提供的碳纤维预热除湿装置应用于复合电缆芯生产线的示意图；图2是本实用新型优选实施例提供的碳纤维预热除湿装置的立体视图；图3是本实用新型优选实施例提供的碳纤维预热除湿装置的内部构造示意图；图4是本实用新型提供优选实施例的碳纤维预热除湿装置的纤维导入口的剖面 示意图；图5是本实用新型提供优选实施例的碳纤维预热除湿装置内加热插头的主视图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。本实用新型提供的碳纤维预热除湿装置同时结合了两种加热方式，即对流式加热和接触式加热，在保证了加热质量的同时还提高了加热效率。图I示出了所述碳纤维预热除湿装置应用于复合碳纤维增强型电缆芯生产线的使用状态示意。为实现与生产线的无缝连接，所述装置A4可置于树脂浸染槽A6和纤维导纱板A2之间，并尽量避免对整体设备的牵引力的阻碍，务必避免在安装过程中对纤维表面造成损伤。碳纤维纱锭固定在钢制纱架Al上，并经由牵引机AS匀速拉出，从纱锭拉出的碳纤维通过导纱板A2汇集成股后，进入所述碳纤维预热除湿装置A4的纤维导入口 A3，在纤维股A9经过预热除湿处理之后，再依次进入树脂浸染槽A6、加热成型模具A7及冷却定型模具All,以此来得到复合碳纤维增强电缆芯。所述碳纤维预热除湿装置内部既设有用于对碳纤维股进行接触式加热的装置，又有用于对碳纤维股进行对流式加热的装置。图2、3分别示出了本实用新型的优选实施例提供的碳纤维预热除湿装置的外观及内部构造。在本实用新型实施例中，所述装置的主体为长方形，一端设有纤维导入口 A3，装置的上部和下部分别设置有对流式加热喷头A5的外部接口，通过该接口可输入高温气流。在本实施例中，所述用于对碳纤维股进行接触式加热的装置主要由三个金属加热插头实现，其中，第一加热插头BI可置于纤维导入口 A3附近，第二加热插头B2可设于碳纤维预热除湿装置的中部，其位置应确保碳纤维股从BI、B2间的空隙穿过时为平行传送，以达到不阻碍牵引力的目的，第三加热插头B3设于预热除湿装置出口附近，其位置要略高于第一加热插头BI，以实现纤维股可以比较紧密接触铜插头，使得碳纤维之间的空隙变小。所述用于对碳纤维股进行对流式加热的装置由一对热气流喷头A5实现，所述热气流喷头A5设置在第二加热插头B2和第三插头B3之间，热气流喷头A5可以对流方式对碳纤维股提高温度。在本实施例中，为方便聚拢碳纤维，所述纤维导入口 A3为管状体，其内部构造如图4所示，与碳纤维接触处的内腔壁为坡度设计，便于碳纤维股的收拢。作为本实用新型的优选实施例，所述碳纤维预热除湿装置的长a为605. 5mm,宽b为140. 5mm,高c为155. 5mm ;第一加热插头BI、第二加热插头B2的中心距离Ib为192 mm ;第二加热插头B2和第三加热插头B3的中心距离Ia为183 mm，并且中心连线的上扬角度α为12° ;第一热气流喷头距离预热除湿装置出口外沿Ic为183 mm，第二热气流喷头距离预热除湿装置入口外沿Id为407 mm。所述纤维导入口 A3的长度e为120 mm，截面直径f为40 mm;其出口的宽度hi为10 mm，入口的宽度h2为25 mm，内腔壁的坡度Θ为22°，这种设计可以使得碳纤维之间的空隙最小，从而可以提高加热效果并使碳纤维均匀受热；此外，所述纤维导入口内部最好进行抛光处理并镀上铬合金涂层，从而达到保护碳纤维的表面的作用。所述金属加热插头采用金属铜实现，加热插头的侧面几何外形为椭圆形(如图3中所 示)，其较短直径Rv为60 mm，较长直径Rh为98 mm，加热插头的正面视图如图5所示，加热插头的厚度Rt为85 mm,其上部和下部设计为内凹圆拱形,便于碳纤维股的收拢和顺利通过，并且可以使加热效果更佳，圆拱形的弧度半径ΦRe为57 mm。此外,所述加热插头表面最好也进行抛光处理并镀上铬合金涂层，从而避免在接触碳纤维时对产品表面造成损伤，并减少对牵引力的影响，使纤维和加热插头之间的摩擦力最小。通过所述碳纤维预热除湿装置，使得碳纤维整体在进入树脂浸溃槽之前受到均衡加热，从而使纤维各处的热膨胀程度相同。在树脂浸溃过程中，树脂通过纤维表面得到基本相同的温度，同时保证树脂体的粘附特性相同，这样使在均衡的固化条件下，复合电缆芯的树脂体部分得到均匀固化的结果。同时，由于碳纤维在浸染树脂体之前通过加热起到除湿作用，可以避免由纤维表面的湿度进入固化中的树脂体，可以明显降低树脂固化后的空隙率。另一方面，通过所述碳纤维预热除湿装置可以显著提高碳纤维拉挤成型的速度。碳纤维所需要的必要加热时间，即当碳纤维匀速通过所述碳纤维预热除湿装置时，纤维温度从室温(18 °C)加热到足够的外部目标温度(150 °C)，同时为保证纤维得到充分加热，纤维核心的温度应为127. 5 °C。现有技术中，在单一的对流式加热方法下，根据其对应的傅里叶热传导公式
|_|| = a0:v#r2 +射汽r,办其中，为热扩散系数[m2/s],F0为傅里叶系数，t
为时间[s]，r为纤维的截面半径[m]，v是所需温度[K]，经最终计算可知，通过对流式加热使碳纤维中心达到要求温度大约所需要的时间为107. 3s，对应所述碳纤维预热除湿装置的长度a，可以得知其对应拉挤速度为O. 34m/min。而在单一的接触式加热方法下，根据其对应的傅里叶热传导公式 圳It = (σ2νβΓ),经最终计算可知，通过接触式加热使碳纤维股加热到所要求的温度所需要的时间为19. 7s，其所对应的最高拉挤速度为I. 84m/min。对比以上两种加热方法，可以得知接触式加热模式对于碳纤维提升温度的效果明显快于相对于对流式加热模式。然而在实际的拉挤过程中，经实验验证，接触式加热插头会对于纤维股产生一定的形变影响，在较高的拉挤速度前提下，会使得最终产品的力学模量受到一定程度下降。而如果单纯使用对流式加热模式，同样在较高拉挤速度下，难以使碳纤维股达到预想温度，从而无法实现提升整体拉挤速度的目的。所以，本实用新型同时应用两种加热模式，使得在预热除湿阶段的最高拉挤速度可以为接触式加热的拉挤速度，即I. 84m/min。由于目前稳定连续生产碳纤维复合电缆芯的最高速度仍然在I. 5m/min以下，这样在生产过程中，完全不会影响整体设备原本具有的拉挤速度；同时，通过预热除湿环节，能有效减少对于线芯在浸染树脂体后通过加热成型模具的时间，从而实现在提高原本拉挤速度的同时，仍然保证其良好的树脂固化质量和力学性能。本实用新型可直接用于碳纤维增强型复合导线芯拉挤生产线，在不降低产品质量和性能的前提下，大幅度加快拉挤速度，增加产量，使纤维实现均匀受热，以达到树脂基体均匀固化成型的目的，同时准确控制树脂体固化后的剪切模量和弯曲模量，以实现产品的最佳力学性能，并能明显降低在拉挤过程中树脂体中的空隙含量，接触式加热和对流式加热模式的同时使用，可以有效发挥各自的优势并消除单独使用时的缺陷。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种碳纤维预热除湿装置，其特征在于，所述装置包括对碳纤维股进行接触式加热的装置，以及对碳纤维股进行对流式加热的装置。
2.如权利要求I所述的碳纤维预热除湿装置，其特征在于，所述对碳纤维股进行接触式加热的装置包括三个金属加热插头；所述对碳纤维股进行对流式加热的装置包括一对热气流嗔头。
3.如权利要求2所述的碳纤维预热除湿装置，其特征在于，所述三个金属加热插头中，第一加热插头置于预热除湿装置入口附近；第二加热插头设于碳纤维预热除湿装置的中部，其位置应确保碳纤维股从第一加热插头、第二加热插头间的空隙穿过时为平行传送;第三加热插头设于预热除湿装置出口附近，其位置要略高于第一加热插头。
4.如权利要求3所述的碳纤维预热除湿装置，其特征在于，所述第一加热插头与第二加热插头的中心距离为192 mm。
5.如权利要求3所述的碳纤维预热除湿装置，其特征在于，所述第二加热插头与第三加热插头的中心距离为183 mm，并且中心连线的上扬角度为12°。
6.如权利要求3所述的碳纤维预热除湿装置，其特征在于，所述一对热气流喷头设置在第二加热插头和第三插头之间，以对流方式对碳纤维股提高温度。
7.如权利要求6所述的碳纤维预热除湿装置，其特征在于，所述一对热气流喷头中，第一热气流喷头距离预热除湿装置出口外沿为183 mm，第二热气流喷头距离预热除湿装置入口外沿为407 mm。
8.如权利要求2-7中任一项所述的碳纤维预热除湿装置，其特征在于，所述加热插头的侧面几何外形为椭圆形，其较短直径为60 mm,较长直径为98 mm ;加热插头的厚度为85mm，其正面的上部和下部为内凹圆拱形，圆拱形的弧度半径为57 mm。
9.如权利要求I所述的碳纤维预热除湿装置，其特征在于，所述装置的一端设有纤维导入口，所述纤维导入口为管状体，其内部与碳纤维接触处的内腔壁为坡度设计，入口口径大于出口口径。
10.如权利要求9所述的碳纤维预热除湿装置，其特征在于，所述纤维导入口的长度为120 mm，截面直径为40 mm;其出口的宽度为10 mm，入口的宽度为25 mm，内腔壁的坡度为22。。
专利摘要本实用新型适用于复合材料加工和处理领域，提供了一种碳纤维预热除湿装置，所述装置包括对碳纤维股进行接触式加热的装置，以及对碳纤维股进行对流式加热的装置。本实用新型可直接用于碳纤维增强型复合导线芯拉挤生产线，在不降低产品质量和性能的前提下，大幅度加快拉挤速度，增加产量，使纤维实现均匀受热，以达到树脂基体均匀固化成型的目的，同时准确控制树脂体固化后的剪切模量和弯曲模量，以实现产品的最佳力学性能，并能明显降低在拉挤过程中树脂体中的空隙含量，接触式加热和对流式加热模式的同时使用，可以有效发挥各自的优势并消除单独使用时的缺陷。
文档编号B29C70/52GK202716392SQ201220326288
公开日2013年2月6日 申请日期2012年7月6日 优先权日2012年6月19日
发明者戚景赞, 林松, 李爱军, 白瑞成, 胡凯, 懿萌, 马红喆, 冯谦 申请人:戚景赞