[发明专利]一种纳米碳纤维的拉伸装置

说明书

技术领域

本发明涉及碳纤维的成套制造设备领域，特别是一种纳米碳纤维的拉伸装置。

背景技术

碳纤维(Carbon Fibre)是纤维状的碳材料，及其化学组成中碳元素占总质量的90％以上。碳纤维及其复合材料具有高比强度，高比模量，耐高温，耐腐蚀，耐疲劳，抗蠕变，导电，传热，和热膨胀系数小等一系列优异性能，它们既可以作为结构材料承载负荷，又可以作为功能材料发挥作用。碳纤维产品以其优异的特殊性能已成为经济发展和国防事业的重要战略物资，美、日等发达国家极为重视并大力发展，但由于我国碳纤维原丝质量不过关一直影响碳纤维产品的质量，美、日等国家又严格限制对我国出口碳纤维，从而极大制约了我国军事及航天事业的发展，同时也限制了相关民用领域的开发。为打破制约我国碳纤维产业发展的关键技术、关键装备及其相关配套技术，提高我国碳纤维产业的整体研发、生产技术水平具有重要战略意义。经过多年的发展，目前只有粘胶(纤维素)基纤维、沥青纤维和聚丙烯腈(PAN)纤维三种原料制备碳纤维工艺实现了工业化。

在碳纤维生成过程中，原丝是影响产品质量的关键性因素，高性能的原丝是制备高性能碳纤维的前提。原丝制备主要经过五个步骤：聚合、喷丝、凝同、拉伸和上油。而拉伸是原丝生产过程中的关键步骤，要生产出性能优异的原丝，必须严格控制原丝的拉伸工艺；拉伸是降低纤维线密度、提高强度的必要手段。在拉伸过程中，其拉伸温度、拉伸速度、拉伸比、拉伸段数、拉伸张力等工艺条件必须严格控制。

目前碳纤维制造市场尚无完善成型的恒张力拉伸设备，影响高端纤维生产的工艺要求的达标；我公司申请的专利号为201310514368.5的专利“一种碳纤维牵伸机”，系传统的拉伸设备，依靠配重进行拉伸，需要操作员手动操作拉伸辊，且拉伸比例只能为手动调节，且不够精确。首先，依靠配重来进行拉伸碳纤维，由于机械结构，配重比例的原因，可能导致碳纤维拉伸时不均匀，各个部分的张力不同，这就有可能导致拉伸完成的碳纤维粗细不均，次品率提高，降低了产品质量。二，因为需要操作员手动来将拉伸辊落下，费时费力，降低工作效率。最后拉伸比无法精确调整，只能依靠经验值来调整，不够精确，会导致最后拉伸完成的碳纤维拉伸比例与工艺要求误差过大，导致次品率提高，增加成本。因此，在原机型的基础之上开发一种新的拉伸设备解决上述技术问题在本领域内具有重大的意义。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明提供一种纳米碳纤维的拉伸装置，实现碳纤维拉伸各个方向速度相同、实现涨紧辊轮自动化和实现拉伸比范围内可设定的目标；从而提高纤维生产的产品质量；为实现上述目的，本发明提出的一种纳米碳纤维的拉伸装置，采用如下技术方案，该系统包括：

PLC控制系统；用于对设备的总体自动控制；

设备机架，用来安装和固定各设备零部件；

高精度直线轨，用于支撑移动部件在其上的精准移动；

压紧辊轮提升气缸，用于提升压紧辊轮保证与牵伸辊轮的接合；

伺服电机及减速机，用于控制辊轮的各项动作；

两组压紧辊轮，与牵伸辊轮结合调节纤维的张力；

两组牵伸辊轮，与压紧辊轮结合调节纤维的张力；

涨紧辊轮；通过位移调整纤维的张力；

丝杠，为传动机械，调整涨紧辊轮的位置；

其中的PLC控制系统通过通信线与伺服电机及减速机相连来实现自动控制；设备机架上分别固定安装高精度直线轨、压紧辊轮提升气缸、伺服电机及减速机和牵伸辊轮；丝杠与伺服电机及减速机相连，涨紧辊轮与丝杠活动连接；压紧辊轮提升气缸与压紧辊轮固定连接；高精度直线轨分别与涨紧辊轮、压紧辊轮活动连接。

对于本技术方案的进一步的改进，所述两个牵伸辊轮的两个圆心的位置与上端的涨紧辊轮的圆心的位置形成等腰三角形，以保证碳纤维是以一个等腰三角形拉伸的，而拉伸比是通过上下移动涨紧辊轮圆心的位置来实现的；

对于本技术方案的进一步的改进，所述高精度直线轨采用滚珠直线导轨。

本发明的装置的工作原理主要在于：

1.实现拉伸各个方向速度相同；使用伺服电机带动涨紧辊轮，通过PLC算法计算上升速度，控制伺服，实现拉伸各个方向速度相同。纤维是以一个等腰三角形拉伸的，而拉伸比是通过上下移动三角形的顶点来实现的。三角形顶点的变化量ΔL和三角形周长的变化量ΔC之间的关系如下：