一种具有定位和展宽功能的碳纤维加热牵引机构的制作方法

1.本实用新型涉及复合材料展丝加工领域，特别是指一种具有定位和展宽功能的碳纤维加热牵引机构。


背景技术：

2.碳纤维复合材料由于具有低密度、高比强度和比模量、耐疲劳、耐腐蚀等优点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、风力发电、石油化工等领域。但伴随着工业和社会的发展，碳纤维复合材料的应用也面临着挑战，例如，风力发电领域风电叶片大型化、航空航天及汽车制造领域对安全性能要求不断提高等趋势，都对碳纤维复材制品的力学性能提出了更高的要求。
3.采用传统碳纤维布制备的复合材料制品存在纤维卷曲角度大，纤维交接点多，易形成跨接缺陷等问题，无法有效发挥碳纤维的增强效果。而碳纤维展宽丝织物，由于采用展宽碳纤维(一般宽度为20
‑
25mm)为原材料，可以有效减小纤维卷曲度、纤维交接点数以及纤维跨接缺陷，为复合材料制品提供更好的机械性能。
4.在制备碳纤维展宽丝织物过程中，需要先对碳纤维进行展宽，然后进行编织得到最终织物产品。目前市面上商业化的碳纤维展宽设备极少，且已知的碳纤维展宽设备都采用碳纤维收卷轴提供牵引力。由于碳纤维经过展宽后厚度仅为0.03mm，由收卷轴提供单一牵引力常导致在纤维收卷时张力过大，从而导致纤维上下层间出现缠连。在纤维放卷时由于上下层纤维存在缠连现象，极易对纤维造成较大损伤，甚至出现放卷失败的情况。


技术实现要素：

5.为了解决背景技术中所存在的由收卷轴提供单一牵引力常导致在纤维收卷时张力过大，从而导致纤维上下层间出现缠连的问题，本实用新型提出了一种具有定位和展宽功能的碳纤维加热牵引机构。
6.本实用新型的技术方案是：一种具有定位和展宽功能的碳纤维加热牵引机构，包括机架主体、用以牵引碳纤维原丝的牵引装置和牵引驱动装置；
7.机架主体包括机架、安装大板和安装立板，安装大板固定安装在机架的顶部，安装立板竖向固定安装在安装大板上；
8.牵引装置包括水平转动设在安装立板上的第一导向轴和第二导向轴，第一导向轴和第二导向轴的中轴线位于同一水平面；
9.第一导向轴和第二导向轴之间设有至少两个牵引加热辊，牵引加热辊转动设在安装立板上，牵引加热辊用以牵引、加热碳纤维原丝；至少有一个牵引加热辊位于第一导向轴的上方，至少有一个牵引加热辊位于第一导向轴的下方；
10.碳纤维原丝依次绕经第一导向轴、所有的牵引加热辊和第二导向轴，且碳纤维原丝在经过第一导向轴、所有的牵引加热辊和第二导向轴区域时形成上下起伏的波浪形结构；
11.牵引驱动装置包括设在安装立板的后面板上用以驱动牵引加热辊转动的齿轮传动机构和驱动传动机构运动的伺服电机。
12.优选的，所有的牵引加热辊的轴心从左到右依次连线形成v型或w型结构。
13.优选的，牵引加热辊包括加热辊和定位套，安装立板上设有与加热辊的轴芯匹配的轴孔，加热辊的轴芯后端穿过轴孔延伸至安装立板的后方，加热辊的轴芯转动设在轴孔内；
14.定位套包括套管和固定设在套管上的两个前后间隔设置的环形挡板，两个环形挡板之间形成供碳纤维原丝通过的环形槽；套管套设在加热辊的辊子上，定位套位于安装立板的前方。
15.优选的，加热辊的轴芯上套设有隔热套，隔热套的内径大于加热辊的轴芯直径，隔热套通过顶丝固定在加热辊的轴芯上，隔热套位于安装立板的后方；
16.隔热套后端的端口处固定设有导电环，加热辊的轴芯和隔热套之间设有电加热棒，电加热棒和导电环电连接。
17.优选的，所有的牵引加热辊的直径相同，且所有的牵引加热辊在伺服电机和齿轮传动机构的带动下同速转动。
18.优选的，定位套的表面通过镀硬铬工艺镀覆有铬镀层。
19.优选的，第一导向轴和第二导向轴的表面通过喷砂处理形成有防止碳纤维原丝粘结的磨砂表面层。
20.本实用新型的优点：本实用新型针对现有碳纤维展纤领域，采用伺服电机驱动加热辊精确、匀速转动，然后通过上下设置的加热辊为碳纤维原丝提供向前运动的主动牵引力，同时，利用加热辊与碳纤维原丝之间的摩擦力实现碳纤维的展宽。本实用新型采用多点主动驱动的原理，降低碳纤维原丝在向前运动时，施加给碳纤维原丝的张力上限，解决了采用收卷轴提供单一牵引力时，由于牵引力过大造成的碳纤维收卷时纤维缠连现象，降低已收卷纤维放丝过程中的损伤。
21.同时，碳纤维原丝的下表面在行进至上方的加热轴时，被张紧力压到上方的加热轴表面，使得碳纤维原丝的下表面得到碾平效果；碳纤维原丝的上表面在行进至下方的加热轴时，被张紧力压到下方的加热轴表面，使得碳纤维原丝的上表面得到碾平效果。进而使得本装置不再需要配合碾压辊使用，不但节省了成本，而且避免了碾压辊安装精度不够而导致碾压过重，使成型的碳纤维展宽丝织物的上下层间发生缠连的问题。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为实施例1的前视角度的主体结构示意图；
24.图2为实施例1的后视角度的主体结构示意图；
25.图中，1、机架，2、安装大板，8、安装立板；
26.3、第一导向轴，16、第二导向轴；
27.4、碳纤维原丝；
28.5、第一加热辊，9、第二加热辊，12、第三加热辊，14、第五加热辊，18、第四加热辊；
29.6、第一导向轴固定座，15、第二导向轴固定座；
30.7、第一定位套，10、第二定位套，11、第三定位套，13、第五定位套，17、第四定位套；
31.19、第四导电环，25、第五导电环，29、第三导电环，33、第一导电环，37、第二导电环；
32.20、第四隔热套，23、第五隔热套，28、第三隔热套，31、第一隔热套，36、第二隔热套；
33.30、第一齿轮，38、第二齿轮，26、第三齿轮，27、第四齿轮，22、第五齿轮，21、第六齿轮，24、第七齿轮；
34.32、主动齿轮；
35.34、伺服电机，35、伺服电机安装座。
具体实施方式
36.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
37.实施例1：一种具有定位和展宽功能的碳纤维加热牵引机构，如图1和图2所示，包括机架主体、用以牵引碳纤维原丝4的牵引装置和牵引驱动装置。
38.如图1所示，机架主体包括机架1、安装大板2和安装立板8，安装大板2固定安装在机架1的顶部，安装立板8竖向固定安装在安装大板2上。
39.牵引装置包括采用螺栓固定设在安装立板8上的第一导向轴固定座6和第二导向轴固定座15，第一导向轴固定座6位于安装立板8的左侧，第二导向轴固定座15位于安装立板8的右侧。
40.第一导向轴固定座6上转动设有向前方延伸的第一导向轴3，第二导向轴固定座15上转动设有向前方延伸的第二导向轴16，第一导向轴3和第二导向轴16的中轴线均与安装立板8相互垂直，且第一导向轴3和第二导向轴16的中轴线位于同一水平面。
41.为了避免碳纤维原丝4与第一导向轴3和第二导向轴16的表面粘结，在第一导向轴3和第二导向轴16的表面通过喷砂处理形成有防止碳纤维原丝4粘结的磨砂表面层。
42.如图1所示，牵引装置还包括设在第一导向轴3和第二导向轴16之间的五个牵引加热辊，五个牵引加热辊的轴心从左到右依次连线形成波浪形的w型结构。五个牵引加热辊以第一导向轴3和第二导向轴16所在的平面为分割面进行上下错位排列。
43.五个牵引加热辊的结构相同，本实施例中把五个牵引加热辊按从左到右的顺序依次设为第一牵引加热辊、第二牵引加热辊、第三牵引加热辊、第四牵引加热辊和第五牵引加热辊。
44.第一牵引加热辊包括第一加热辊5和第一定位套7，安装立板8上设有与第一加热辊5的轴芯匹配的第一轴孔，第一加热辊5的轴芯的后端穿过轴孔延伸至安装立板8的后方，第一轴孔内固定设有第一轴承，第一加热辊5的轴芯与第一轴承采用花键连接。
45.第一定位套7包括第一套管和固定设在第一套管上的两个前后间隔设置的第一环形挡板，两个第一环形挡板之间形成供碳纤维原丝4通过的第一环形槽。
46.第一套管套设在第一加热辊5的辊子上，第一定位套7位于安装立板8的前方。
47.如图2所示，第一加热辊5的轴芯上套设有第一隔热套31，第一隔热套31的内径大于第一加热辊5的轴芯的轴芯直径，第一隔热套31上设有顶丝孔，顶丝孔内设有顶丝，第一隔热套31通过顶丝固定在第一加热辊5的轴芯上，第一隔热套31位于安装立板8的后方。
48.第一隔热套31后端的端口处固定设有第一导电环33，第一加热辊5的轴芯和第一隔热套31之间填充有第一电加热棒，第一电加热棒和第一导电环33电连接。
49.第二牵引加热辊包括第二加热辊9和第二定位套10，第二加热辊9的结构与第一加热辊5的结构相同，第二定位套10与第一定位套7的结构相同，第二加热辊9和第二定位套10的连接结构与第一加热辊5和第一定位套7的连接结构相同。
50.第二加热辊9的轴芯上套设有第二隔热套36，第二隔热套36的内径大于第二加热辊9的轴芯直径，第二隔热套36上设有顶丝孔，顶丝孔内设有顶丝，第二隔热套36通过顶丝固定在第二加热辊9的轴芯上，第二隔热套36位于安装立板8的后方。
51.第二隔热套36后端的端口处固定设有第二导电环37，第二加热辊9的轴芯和第二隔热套36之间填充有第二电加热棒，第二电加热棒和第二导电环37电连接。
52.第三牵引加热辊包括第三加热辊12和第三定位套11，第三加热辊12的结构与第一加热辊5的结构相同，第三定位套11与第一定位套7的结构相同，第三加热辊12和第三定位套11的连接结构与第一加热辊5和第一定位套7的连接结构相同。
53.第三加热辊12的轴芯上套设有第三隔热套28，第三隔热套28的内径大于第三加热辊12的轴芯直径，第三隔热套28上设有顶丝孔，顶丝孔内设有顶丝，第三隔热套28通过顶丝固定在第三加热辊12的轴芯上，第三隔热套28位于安装立板8的后方。
54.第三隔热套28后端的端口处固定设有第三导电环29，第三加热辊12的轴芯和第三隔热套28之间填充有第三电加热棒，第三电加热棒和第三导电环29电连接。
55.第四牵引加热辊包括第四加热辊18和第四定位套17，第四加热辊18的结构与第一加热辊5的结构相同，第四定位套17与第一定位套7的结构相同，第四加热辊18和第四定位套17的连接结构与第一加热辊5和第一定位套7的连接结构相同。
56.第四加热辊18的轴芯上套设有第四隔热套20，第四隔热套20的内径大于第四加热辊18的轴芯直径，第四隔热套20上设有顶丝孔，顶丝孔内设有顶丝，第四隔热套20通过顶丝固定在第四加热辊18的轴芯上，第四隔热套20位于安装立板8的后方。
57.第四隔热套20后端的端口处固定设有第四导电环19，第四加热辊18的轴芯和第四隔热套20之间填充有第四电加热棒，第四电加热棒和第四导电环19电连接。
58.第五牵引加热辊包括第五加热辊14和第五定位套13，第五加热辊14的结构与第一加热辊5的结构相同，第五定位套13与第一定位套7的结构相同，第五加热辊14和第五定位套13的连接结构与第一加热辊5和第一定位套7的连接结构相同。
59.第五加热辊14的轴芯上套设有第五隔热套23，第五隔热套23的内径大于第五加热辊14的轴芯直径，第五隔热套23上设有顶丝孔，顶丝孔内设有顶丝，第五隔热套23通过顶丝固定在第五加热辊14的轴芯上，第五隔热套23位于安装立板8的后方。
60.第五隔热套23后端的端口处固定设有第五导电环25，第五导电环25套设在第五加
热辊14的后端，第五加热辊14的轴芯和第五隔热套23之间填充有第五电加热棒，第五电加热棒和第五导电环25电连接。
61.本实施例中的电加热棒采用石墨加热棒，加热温度范围：常温至300℃，石墨加热棒采用pid控制器控制石墨加热棒的加热温度，实现加热辊的快速、精准升温，以软化碳纤维原丝4表面上的浆剂，促进碳纤维原丝4在定位套上的展宽。
62.如图1所示，碳纤维原丝4依次绕经第一导向轴3、第一定位套7、第二定位套10、第三定位套11、第四定位套17、第五定位套13、第二导向轴16时，形成上下起伏的波浪形结构。
63.如图2所示，牵引驱动装置包括设在安装立板8的后面板上用以驱动牵引加热辊转动的齿轮传动传动机构和驱动齿轮传动机构运动的伺服电机34。
64.为了进一步实现对碳纤维原丝4的有效牵引，在使用时，伺服电机32可与编码器配合使用，编码器采集到碳纤维原丝4的前进速度信号反馈至伺服电机32，以实现对碳纤维原丝4的牵引速度的闭环精准控制。
65.如图2所示，安装立板8的轴芯上固定设有伺服电机安装座35，伺服电机34固定设在伺服电机安装座35上。伺服电机34的输出轴上采用平键结构固定设有主动齿轮32。
66.第一加热辊5的轴芯上采用平键结构固定设有第一齿轮30，第一齿轮30与主动齿轮32啮合。
67.第二加热辊9的轴芯上采用平键结构固定设有第二齿轮38和第三齿轮26，第二齿轮38与第一齿轮30啮合。
68.第三加热辊12的轴芯上采用平键结构固定设有第四齿轮27，第四齿轮27与第三齿轮26啮合。
69.第四加热辊18的轴芯上采用平键结构固定设有第五齿轮22和第六齿轮21，第五齿轮22与第四齿轮27啮合。
70.第五加热辊14的轴芯上采用平键结构固定设有第七齿轮24，第七齿轮24与第六齿轮21啮合。
71.主动齿轮32、第一齿轮30、第二齿轮38、第三齿轮26、第四齿轮27、第五齿轮22、第六齿轮21和第七齿轮24的大小、结构均相同，且第一加热辊5、第二加热辊9、第三加热辊12、第四加热辊18和第五加热辊14的轴芯直径相同，以保证五个加热辊在伺服电机34和齿轮传动机构的带动下做同速转动。
72.把齿轮传动结构、伺服电机32与带动碳纤维原丝4前进的加热辊的辊子、定位套通过安装立板8隔离开，避免齿轮传动结构、伺服电机32对碳纤维原丝4发生干涉。
73.第一定位套7、第二定位套10、第三定位套11、第四定位套17和第五定位套13的大小、结构相同，且均采用导热金属制成，以保证碳纤维原丝4在经过五个定位套时获得的牵引力、前进速度均相同。
74.在五个定位套的表面采用镀硬铬工艺镀覆铬镀层，提高定位套表面的硬度、耐磨、耐温和耐蚀等性能。为了防止碳纤维原丝4在经过定位套时，在摩擦力的作用下磨损过多，本实施例中的铬镀层的粗糙度≤0.4。
75.定位套上的环形槽用以对碳纤维原丝4进行导向且对碳纤维原丝4的展宽宽度进行限位。
76.本实施例中的定位套采用顶丝固定在加热辊上，形成可拆卸连接结构，主要是为
了根据碳纤维原丝4不同展宽宽度需求，可以更换不同槽宽的定位套。
77.五个隔热套采用耐高温、阻燃、隔热材料制成，避免在高温下发生自燃、变形。
78.工作原理：碳纤维原丝4在经过已被电加热棒预热好的加热辊和定位套时，碳纤维原丝4发生软化，并在定位套的摩擦牵引下同时向前行进和在定位套的环形槽内展宽，碳纤维原丝4的下表面在行进至第一定位套7、第三定位套1和第五定位套13时，被张紧力压到定位套表面，使得碳纤维原丝4的下表面得到碾平效果。碳纤维原丝4的上表面在行进至第二定位套10和第四定位套17时，被张紧力压到定位套表面，使得碳纤维原丝4的上表面得到碾平效果。进而使得本装置不再需要配合碾压辊使用，不但节省了成本，而且避免了碾压辊安装精度不够而导致碾压过重，使成型的碳纤维展宽丝织物的上下层间发生缠连的问题。
79.同时，碳纤维原丝4在连续经过五个定位套的摩擦牵引、加热展宽后，由于受到的拉力小，仅依靠碳纤维原丝4在经过五个定位套时由摩擦而形成的张紧力实现前进、展宽，使得成型的碳纤维展宽丝织物的上下层间层次分明，不再出现缠连现象，不会对碳纤维原丝4造成损伤，提高了成型的碳纤维展宽丝织物的产品质量。
80.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不受上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。