一种大丝束碳纤维集纱展纱装置
技术领域
本实用新型涉及碳纤维成型技术领域，尤其涉及一种大丝束碳纤维集纱展纱装置。
背景技术
碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维，通常可以把碳纤维的结构看成两维有序的结晶和孔洞的组成，其中孔洞的含量、大小和分布对碳纤维的性能影响较大。碳纤维材料按照其规格分为：1K碳纤维布、3K碳纤维布、6K碳纤维布、12K碳纤维布、24K及以上大丝束碳纤维布。1K表示一束碳纤维丝中含有1000根原丝，随着科技的发展，研制出来的K数越来越大，大小丝束的划分也会不断的调整。
碳纤维复合材料以其优异的性能在多个领域均有使用，小丝束碳纤维在工艺控制上要求严格，设备造价高，虽然其性能优于大丝束碳纤维，但因为成本和批量化生产效率的问题，迟迟没有大规模应用。因此低成本大丝束碳纤维的应用是发展低成本复合材料技术研究的重要内容。目前，一般48K以上的碳纤维才称为大丝束碳纤维，主要应用在工业领域，如汽车、轨道交通、风电叶片、能源建筑和体育用品等，大丝束碳纤维成为未来碳纤维发展的主流方向。
由于小丝束碳纤维应用较早，其技术也相对成熟，故目前大丝束碳纤维的加工多采用小丝束加工的工艺设备，然而由于大丝束与小丝束的性能差异，将大丝束应用在小丝束碳纤维加工设备时会出现如下问题：
（1）由于小丝束碳纤维的力学性能优于大丝束碳纤维，因此在加工过程中，会经常出现大丝束碳纤维毛纱、乱纱甚至断纱现象，影响生产效率和产品外观；
（2）由于大丝束碳纤维多呈扁平状，采用原先的瓷眼板集纱时，容易出现加捻现象，对后期采用此织物做出的结构件的力学性能影响很大。
鉴于上述问题的存在，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种大丝束碳纤维集纱展纱装置，使其更具有实用性。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是: 提供一种大丝束碳纤维集纱展纱装置，减少大丝束碳纤维在加工过程中的断纱和加捻现象。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种大丝束碳纤维集纱展纱装置，包括用于放卷的恒张力纱架，该装置还包括：无捻集纱装置、第一展纤装置和送经牵拉装置；
无捻集纱装置设置于从恒张力纱架放卷后接触碳纤维丝束的第一道工序处，由至少两根沿碳纤维丝束拉伸方向平行设置的集纱竖杆组成，两集纱竖杆之间设置有间隙以供碳纤维丝束穿过；
第一展纤装置设置于经过无捻集纱装置后的第二道工序处，由至少两根与所述集纱竖杆垂直设置的展纤横杆构成，两所述展纤横杆之间设置有间隙以供碳纤维丝束穿过；
送经牵拉装置为与所述展纤横杆平行设置的主动辊结构，设置于经过第一展纤装置后碳纤维丝束的拐点处，所述主动辊结构的旋转方向与碳纤维丝束的行进方向一致，用于为拐点后的碳纤维丝束减少拉力。
进一步地，所述集纱竖杆设置有多组，并且沿展纤横杆延伸的方向平行等间隔设置。
进一步地，所述集纱竖杆的倾斜设置。
进一步地，所述恒张力纱架设置有至少两组，且沿展纤横杆延伸的方向平行设置；
所述无捻集纱装置包括至少两组第一道无捻集纱装置和至少两组第二道无捻集纱装置，所述第一道无捻集纱装置固定于所述恒张力纱架上，并设置于恒张力纱架边沿中心位置处；
所述第二道无捻集纱装置设置于经过第一道无捻集纱装置的碳纤维丝束的拉伸方向处，且两第二道无捻集纱装置互相靠近以使从两第一道无捻集纱装置拉伸出的碳纤维丝束靠近。
进一步地，所述展纤横杆设置有m×n层，用于将由无捻集纱装置展平的碳纤维丝束分为m×n层，m、n均为不小于1的整数。
进一步地，所述主动辊结构设置有m层，用于将展平的每n层碳纤维合为一层并将m×n层合并为m层。
进一步地，还包括第二展纤装置，所述第二展纤装置设置于经过拐点后的碳纤维丝束的牵拉方向上，由多个沿碳纤维丝束拉伸方向平行设置的第二展纤横杆构成。
进一步地，所述第二展纤横杆内设有加热装置。
进一步地，还包括收卷装置，设置于碳纤维丝束行进方向的末端，用于存储展平的碳纤维丝束。
进一步地，还包括用于支撑所述无捻集纱装置、第一展纤装置、进一步地，经牵拉装置、第二展纤装置和收卷装置的支撑架。
本实用新型的有益效果为：经由上述可知，本实用新型中的大丝束碳纤维集纱展纱装置，放弃原有的瓷眼板集纱而改用无捻集纱装置，通过集纱竖杆结构以使纱线交叉穿过集纱杆，此时扁平纱线的平面与集纱杆的圆柱面贴合，不会发生常规瓷眼装置造成的加捻现象。
同时，本实用新型中在两道展纤装置中间增加一道牵拉送经装置，可大幅减少每根纱线在第二道展纤区域的纱线张力，大幅减少断纱现象。
此外，本实用新型中，第一道展纤装置分多层展纤保证每根纱线完全的接触展展纤横杆，确保不出现缩丝和叠丝现象。
最后，在本实用新型中，第二展纤横杆内设有加热装置，使纱线更容易展纤。
附图说明
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中记载的一些实施例，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。
图1为本实用新型中大丝束碳纤维集纱展纤装置的结构示意图；
图2为本实用新型中集纱竖杆集纱时的结构示意图；
图3为本实用新型中第二道集纱装置聚拢纱线时的结构示意图；
图4第二展纤装置的结构示意图。
附图标记：1-无捻集纱装置、2-第一展纤装置、3-送经牵拉装置、4-第二展纤装置、11-集纱竖杆、21-展纤横杆、31-主动辊结构、41-第二展纤横杆。
具体实施方式
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。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。本实施例采用递进的撰写方式。
参照图1所示的大丝束碳纤维集纱展纱装置，该装置包括恒张力纱架、无捻集纱装置1、第一展纤装置2、送经牵拉装置3、第二展纤装置4和收卷装置，以及用于支撑上述装置的支撑架。
其具体的加工流程为：大丝束碳纤维先从恒张力纱架上的线束卷上放出，再经过无捻集纱装置1将扁平状的碳纤维线束展平，然后经过第一展纤装置，将展平后的线束分为多层，从而保证每根纱线均完全接触展纤横杆21不出现叠丝现象，然后在支撑架边缘设置的送经牵拉装置3一方面为碳纤维线束提供动力，另一方面也减轻了其后面碳纤维线束的拉力，从而大幅减少了碳纤维线束上的张力，从而减少了断纱现象，然后经过第二展纤装置4后最终合并成一层，最终存储于收卷装置中。
这里，恒张力纱架为现有技术，不再赘述，而恒张力纱架上的线束卷在实际生产中为了提高效率或者其他需要，会设置多卷同时工作，因此集纱竖杆11设置有多组，并且沿展纤横杆21延伸的方向平行等间隔设置。在本实用新型中，无捻集纱装置1中的集纱竖杆11是不转动的，其作用在于使交叉穿过两集纱竖杆11的碳纤维丝束的扁平面与集纱竖杆11的圆柱面贴合，通过对碳纤维线束的牵拉，使碳纤维丝束彻底展开不打捻，如图2所示，这种经过无捻集纱装置后的碳纤维丝束均匀展开不打捻，与现有技术中的瓷眼集纱相比扁平纱线的打捻现象就消失了，碳纤维纱线不打捻，最终的编织物厚度均匀，浸润效果好，外观美观，力学性能好。
另外，在本实用新型中，由于工艺需要将纱线展开为若干层后再合并，因此在对纱线集纱时，由于恒张力纱架上的线束卷分布较集中，而如果集纱竖杆11垂直放置的话，每层纱在垂直方向上是重叠的，不便于后续的分层作业，为了解决此问题，将集纱竖杆11倾斜设置，倾斜后的集纱竖杆11上的每层纱线，按照工艺要求的间距均匀分布，层与层之间区分明显，很少出现叠纱现象。
本实施例中，恒张力纱架设置有至少两组，且沿展纤横杆21延伸的方向平行设置；无捻集纱装置1包括至少两组第一道无捻集纱装置和至少两组第二道无捻集纱装置，第一道无捻集纱装置固定于恒张力纱架上，并设置于恒张力纱架边沿中心位置处；第二道无捻集纱装置设置于经过第一道无捻集纱装置的碳纤维丝束的拉伸方向处，且两第二道无捻集纱装置互相靠近以使从两第一道无捻集纱装置拉伸出的碳纤维丝束靠近。如图1所示，假设视图平面为XYZ坐标系中的XY平面，竖直方向为Y,水平方向为X，在实际生产中，可能不止一个恒张力纱架，当在Z方向并列一恒张力纱架时，两恒张力纱架之间就可能存在间隙，但又需要将两恒张力纱架上的碳纤维丝束合并时，如图3所示，设置第二道无捻集纱装置，其作用在于缩短两恒张力纱架牵拉出的碳纤维丝束之间的间距，从而便于更大规模更高效率的处理大丝束碳纤维。
在经过集纱装置后，需要通过第一展纤装置2对展开的扁平碳纤维丝束进行分层工作，分层的目的是为了让最终得到的碳纤维编织物层铺更加均匀，而送经牵拉装置3除了提供动力之外，还起到合并若干层碳纤维的作用，如图1所示，第一展纤装置2设有四层展纤横杆21，而送经牵拉装置3设置两层主动辊结构31，最终将四层碳纤维丝束合并为两层，实际生产中可根据工艺需要设置两装置的具体层数。
这里需要指出的是，第一展纤装置2可根据实际碳纤维丝束长度设置若干道，因为第一展纤装置2还具有支撑的作用。
在本实施例中，断纱现象的原因是由于大线束碳纤维的每根纱粗宽，直接加大纱线的张力对其碾压展纤时，会出现单根纱线收缩或对折使得一半的纱线接触展纤横杆21受阻力展纤（此部分纱线的受力过大部分纱线被拉断起毛），
另一半纱线没展纤就被牵拉装置牵引进入编织区。这样的织物呈现展纤效果不佳，张力不均匀。针对以上缺陷本装置改进了展纤装置，针对大丝束碳纤维的单丝强度没小丝束碳纤维强度高的特点，本装置把展纤区域分成两段中间增加一道送经牵拉装置3，在第一展纤装置2区域分多层展纤保证每根纱线完全的接触展纤棍确保不出现缩丝和叠丝现象，中间增加一道送经牵拉装置3，可大幅减少每根纱线在第二展纤装置区域的纱线张力，大幅减少断纱现象。
此外，如图4所示，第二展纤装置4的第二展纤横杆41内设置有加热装置，优选的，可以是电阻丝加热，增加加热装置后，碳纤维的斩纱效果更佳！
由此可见，通过无捻集纱装置1和送经牵拉装置3的设置，克服了小丝束碳纤维加工装置上对大丝束碳纤维的不利因素，使大丝束碳纤维的加工可以批量化，高效化，从而为低成本大线束复合材料技术研究提供了保障。
本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
