碳纖維復合材料起毛輥的結(jié)構(gòu)與制備

碳纖維復合材料起毛輥的結(jié)構(gòu)與制備

0起毛輥的長度毛尖是指用毛機將纖維末端從線圈中拉出，并均勻地覆蓋毛羽、毛巾和其他表面的毛發(fā)。毛機是用于毛羽一次機。起毛輥是起毛機上最為重要的輥體,一部起毛機一般有24根或36根起毛輥。國內(nèi)紡織機械所產(chǎn)起毛機多為鋼絲起毛機,其起毛輥也是鋼制的,而鋼的比重大,從而限制了起毛輥的長度(一般為1.8-2.0m),高速運轉(zhuǎn)的情況下,較長的起毛輥會發(fā)生扭曲變形,并影響起毛的質(zhì)量和效果。對于3.2m針輥,有測試表明固有頻率為42.7Hz采用碳纖維復合材料制備起毛輥將直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和風格。本文針對現(xiàn)有技術(shù)的不足,提出了一種質(zhì)量輕、直線度好、抗疲勞、剛性好的兩步法碳纖維復合材料卷制起毛輥。1起毛輥的發(fā)展國外碳纖維復合材料應用于軸的技術(shù)已相當成熟,碳纖維復合材料在軸上的應用主要體現(xiàn)在汽車傳動軸、重型機床主軸、船舶驅(qū)動軸,Mercedes-Benz,BMW、Ferrari、Montero,Nissan,Mazda等車系的某些車型己經(jīng)開始使用碳纖維傳動軸,這些應用減少了傳動軸的重量,提高了起毛輥的臨界轉(zhuǎn)速,減少了啟動所用的時間,也極大的提高了安全性,并且明顯減少了耗能。國內(nèi)每年需要超過50000根起毛輥,若將碳纖維復合材料應用于起毛機的起毛輥上,將極大提高生產(chǎn)效率。起毛機發(fā)展至今,起毛輥經(jīng)過不斷更新?lián)Q代,目前廣泛使用的起毛輥為鋼制起毛輥,其仍舊存在許多不足:一方面鋼制起毛輥自重大,從而導致設(shè)備耗能大,運輸成本高。在需要進一步提高起毛機轉(zhuǎn)速的時候,需要不斷提高鋼制起毛輥壁厚以滿足更高的剛性需求,因此,進一步增大了設(shè)備自重,能源損耗更加嚴重;另一方面鋼制起毛輥抗疲勞性不好,由于金屬的延展性,隨著起毛機高速運轉(zhuǎn),鋼制起毛輥會逐漸累計形變直至完全變形無法使用。中復神鷹碳纖維有限責任公司于2009年發(fā)明了一種碳纖維復合材料起毛輥的制備方法,將碳纖維復合材料實際應用于起毛輥的制備,該方法解決了鋼制起毛輥的不足,重量減輕4/5、運轉(zhuǎn)速度提高25%-30%、產(chǎn)量提高約60%、能耗減少1/3,促進了紡織機械設(shè)備向“高效率、高速度、節(jié)能型”的方向發(fā)展2由碳棉制成毛輥的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝2.1復合碳纖維麻黃輥環(huán)圓輥復合技術(shù)在生產(chǎn)圖1所示為增強型碳纖維起毛輥結(jié)構(gòu),它在傳統(tǒng)鋼制起毛輥的外層卷制碳纖維增強復合材料,在性能上依賴于鋼,這種結(jié)構(gòu)僅利用碳纖維的高模性能對起毛輥起到了加強的作用圖2所示為一種碳纖維復合材料起毛輥,其特點是拉擠成型的碳纖維復合材料芯管,由于拉擠成型工藝模具內(nèi)壓力大,纖維充分滲透,軸向強度極高,但環(huán)向強度不足,而纏繞工藝線型設(shè)計靈活,環(huán)向強度高,軸向強度低,兩者優(yōu)劣互補,另外環(huán)形嵌入槽能有效保證直線度和加強整體強度圖3所示為一種復合碳纖維纏繞輥,設(shè)有玻璃鋼內(nèi)襯,玻璃鋼外表面有碳纖維繞層,兩端設(shè)有軸頭安裝孔,孔的形狀為正多邊形,可以有效解決軸頭連接容易開裂、易松動的問題,可以開發(fā)出更長的輥面,該纏繞輥重量輕、跳動小、噪音低、強度高、耗能低圖2所示結(jié)構(gòu)明顯比圖1所示結(jié)構(gòu)在改善起毛輥性能方面好很多,但由于環(huán)形槽加工精度難以保證,導致安裝不方便。圖3引入的膠接螺栓結(jié)構(gòu)在抗疲勞性能方面不好,而且由于纖維層較薄,導致連接處接觸面積小,從而效果并不理想。由此提出一種兩步法碳纖維起毛輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計。2.2延長起毛輥的壽命在一步法碳纖維復合材料起毛輥制備的啟發(fā)下,本文設(shè)計出一種兩步法碳纖維卷制起毛輥的的制備方法,其質(zhì)量輕、直線度好、抗疲勞、剛性好,不僅碳纖維和樹脂結(jié)合更好,致密度更高,強度也大大超過了一步法,延長了起毛輥的壽命。本文設(shè)計的兩步法碳纖維卷制起毛輥結(jié)構(gòu)如圖4。該結(jié)構(gòu)的主要思路是根據(jù)設(shè)計需求,預先卷制特定尺寸的碳纖維復合材料管材4;通過車床對軸頭進行螺紋加工,得到螺紋狀溝槽3,增大碳纖維復合材料與金屬軸頭的接觸面,從而增大碳纖維復合材料與金屬材料的結(jié)合性能;軸頭1與內(nèi)襯碳纖維管間進行膠合,進一步保障結(jié)合強度;加強軸肩2保證了內(nèi)襯碳纖維管與外層卷制預浸布5的位置,從而提高了纏繞緊密度及整體性能。2.3碳纖維鋪層、起毛輥的設(shè)計兩步法纖維卷制起毛輥的制備流程如圖5所示。其具體流程表述如下:(1)根據(jù)起毛輥各方向強度要求,合理設(shè)計預浸布編織方式,使用預浸機制造所需預浸布;(2)根據(jù)產(chǎn)品的性能和尺寸要求,進行鋪層設(shè)計;(3)按照設(shè)計的鋪層,在芯棒上卷制內(nèi)襯碳纖維管材,固化成型后抽出芯棒;(4)兩端軸頭在車床上進行螺紋加工;(5)利用膠黏劑將軸頭與內(nèi)襯碳纖維管進行膠合;(6)根據(jù)起毛輥設(shè)計需求,在內(nèi)套碳纖維管表面進行碳纖維預浸布卷制、鋪層;(7)鋪層到達計劃層數(shù)后,利用OPP扎帶將起毛輥包扎起來,壓力適中,將起毛輥置于固化爐中固化成型;(8)利用車床精加工起毛輥;(9)產(chǎn)品涂裝,安裝。3碳纖維復合材料起毛輥的特點與現(xiàn)有技術(shù)相比,兩步法碳纖維卷制起毛輥具有巨大優(yōu)勢。首先,采用碳纖維預浸布卷制工藝,鋪層設(shè)計靈活,鋪層厚度容易控制;其次,設(shè)計了一種內(nèi)襯碳纖維管材的結(jié)構(gòu),加長了金屬軸頭在碳纖維復合材料管材內(nèi)壁的長度,同時增大了內(nèi)壁與金屬軸頭的接觸面積;再次,碳纖維復合材料卷制起毛輥較鋼制起毛輥輕,因此設(shè)備能耗大大降低,設(shè)備轉(zhuǎn)速則能夠進一步提高,從而提高生產(chǎn)效率,滿足客戶的迫切需求;最后,碳纖維復合材料抗疲勞性能好,且具有很高的剛性,因此碳纖維復合材料卷制起毛輥使用壽命更長,不易變形,節(jié)約設(shè)備維護費用。兩步法碳纖維起毛輥即預先制作碳纖維內(nèi)襯管,再在內(nèi)襯管的基礎(chǔ)上纏繞碳纖維預浸布。在滿足紡機零部件設(shè)計技術(shù)要求的基礎(chǔ)上,兩步法碳纖維起毛輥較好地利用了碳纖維復合材料的剛度好、耐磨、比強度高、比模量高等特點,其質(zhì)量輕、直線度好、抗疲勞、剛性好,不僅使碳纖維和樹脂結(jié)合更好,