振动喷吹展纤工艺参数对碳纤维展纤效果影响的研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2023.12.008

中国塑料 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (12): 47-53.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2023.12.008

振动喷吹展纤工艺参数对碳纤维展纤效果影响的研究

王明欢¹, 刘袁媛¹, 徐然¹, 何亚东¹^,², 信春玲¹, 任峰¹()

^1.北京化工大学机电工程学院，北京 100029
^2.教育部高分子材料加工装备工程研究中心，北京 100029

收稿日期:2023-06-21 出版日期:2023-12-26 发布日期:2023-12-26
通讯作者: 任峰（1982—），男，副教授，研究方向为热塑性树脂基复合材料、生物基复合材料， Email: renfeng@mail. buct. edu. cn
E-mail:renfeng@mail. buct. edu. cn

Effect of vibration blow spreading process parameters on spreading effectivness of carbon fiber

WANG Minghuan¹, LIU Yuanyuan¹, XU Ran¹, HE Yadong¹^,², XIN Chunling¹, REN Feng¹()

^1.College of Mechanical and Electrical Engineering，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China
^2.Polymer Processing Equipment Engineering Research Center，Ministry of Education，Beijing 100029，China

Received:2023-06-21 Online:2023-12-26 Published:2023-12-26
Contact: REN Feng E-mail:renfeng@mail. buct. edu. cn

摘要/Abstract

摘要：

针对现有展纤装置存在的问题，对纤维束展纤机理开展研究，在实验室机械展纤设备的基础上，将振动展纤与气流喷吹展纤相结合，搭建了振动喷吹展纤装置，建立了碳纤维展宽理论模型。并对展纤工艺参数进行了优化分析。结果表明，适当增大气流速度、振动幅度及振动频率有助于提升碳纤维展纤宽度与均匀性，与传统机械展纤工艺相比，能够保证较低的展纤断裂率，所设计的振动喷吹展纤装置可将12 k碳纤维束稳定展宽至17.6 mm，均匀度达到94.7 %，纤维断裂率降低至0.036 %。

关键词: 振动喷吹展纤, 碳纤维, 工艺参数

Abstract:

Aiming at the problems existing in the spreading device， the fiber bundle spreading mechanism was investigated. Based on the laboratory mechanical spreading equipment， a vibration⁃blowing spreading device was constructed through a combination of vibration spreading and air⁃blowing spreading， and a theoretical model was established for carbon fiber spreading. The spreading process parameters were optimized. The investigation results indicated that with an increase in the airflow speed， the vibration amplitude and vibration frequency could help to improve the spreading width and uniformity of carbon fiber. This ensures a lower spreading fracture rate up to 0.036 % compared to the traditional mechanical spreading process.

Key words: vibration blowing fiber tow, carbon fiber, process parameter

中图分类号:

TQ320.66

王明欢, 刘袁媛, 徐然, 何亚东, 信春玲, 任峰. 振动喷吹展纤工艺参数对碳纤维展纤效果影响的研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(12): 47-53.

WANG Minghuan, LIU Yuanyuan, XU Ran, HE Yadong, XIN Chunling, REN Feng. Effect of vibration blow spreading process parameters on spreading effectivness of carbon fiber[J]. China Plastics, 2023, 37(12): 47-53.

图/表 15

图1 振动喷吹展纤工艺流程

Fig.1 Vibratory blowing spreading fiber process

图2 纤维束振动喷吹分析

Fig.2 Analysis of vibration blowing of fiber bundle

图3 纤维束受力分析

Fig.3 Force analysis of fiber bundles

图4 振动喷吹展纤装置

Fig.4 Vibration⁃blowing fiber⁃spreading device

图5 样品宽度测量

Fig.5 Measurement of the sample width

图6 样品均匀度图像拍摄装置

Fig.6 Sample image capture device

图7 展纤断裂率测量

Fig.7 Spreading fiber breakage rate measurement

图8 气流速度对展宽的影响

Fig.8 Effect of air velocity on spreading

图9 振动参数对展宽的影响

Fig.9 Effect of vibration parameters on fiber spreading width

图10 展纤宽度对比分析

Fig.10 Comparative analysis of spread fiber width

图11 气流速度对展纤均匀度的影响

Fig.11 Effect of air velocity on the uniformity of spreading fiber

图12 振动参数对展纤均匀度的影响

Fig.12 Effect of vibration parameters on the uniformity of spreading fiber

图13 不同展纤方式下的展纤均匀度对比

Fig.13 Comparison of fiber spreading uniformity under different fiber spreading methods

图14 振动参数对展纤断裂率的影响

Fig.14 Effect of vibration parameters on the breakage rate of spreading fibers

图15 放纤张力对展纤断裂率的影响

Fig.15 The effect of release tension on the breakage rate of spreading fiber

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