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碳纤维片材复合材料骨架的开发和研制

陈炜

  碳纤维复合材料,经过40年的发展,在技术上已趋成熟,它具有耐高温、质轻、抗拉强度高和弹性模量高的特性,现在广泛应用于体育器械、医学领域、宇航及工业领域。碳纤维片是将碳纤维浸渍树脂,用特殊工艺制成的纤维定向排列的复合片材,主要应用于高层建筑、桥梁的修复和补强等,它的骨架材料是正方形或菱形的非织造网格纱。本课题就是尝试使用纺织工艺实现对片材骨架材料的开发及研制,设计该网格的成型设备。本文借鉴经编技术的平行衬纬原理,设计了一个带有纱线导向杆的衬纬滑架,在一对平行放置且连续运转的输纬链之间往复运动,并在两侧压下装置和移位耙的动作配合下,使衬纬滑架携带的纬纱带喂入输纬链上有固定间隔的纬纱钩内,形成相互平行的纬纱层,随输纬链继续向前运动。在与输纬保持同速的驱动辊的传送下,平行经纱从机器的上方铺在有一定张力的纬纱层的上面,形成的经纱纬纱交叉的网格。该网格经喷胶将经纬纱的交点粘结在一起,通过烘干、由卷取装置卷取后即形成了碳纤维片材的骨架材料。本设计方案的传动机构采用先进的控制方式,即对输纬、衬纬、卷取三部分分别用三套独立的伺服驱动系统进行控制,并将输纬的驱动轴作为主轴,形成速度和位置闭环,使衬纬和卷取的速度时刻与主轴保持同步。因此衬纬机构的运动规律不再依赖传统的正弦形式,往复运动速度采用分段为匀加速、匀速和匀减速规律,其中加减速运动时间按照工艺要求由伺服控制器设置。输纬链两侧的移位耙、压下纬纱装置和衬纬滑架上的纱线导向杆都采用气动控制,由此组成一个气动回路。气缸的动作由先导式电磁方向控制阀、接近开关和传感器分别进行方向、时间控制,而所有这些控制信号都经过PLC控制器统一控制,从而实现了机械一体化。本课题设计内容给出了牵拉卷取的数学模型,为了使成形纱网在卷取时线速度始终保持恒定不变,还给出了纱线张力补偿的数学模型。本课题所设计的方案利用德国Malimo缝编机完成衬纬部分的实验,并取得成功。由于衬纬部分是该成形机的关键部分,因此这一实验对机器整体设计进行了检验,说明了设计的可行性。由于我国碳纤维的研究刚刚起步,技术力量不足,设备也很缺乏,因此本课题片材骨架成形机的开发和研制对发展我国的碳纤维事业有着重要意义。……   
[关键词]:碳纤维片材复合材料;骨架;经编技术;衬纬工艺;交流伺服驱动系统;卷取控制系统;纱线张力补偿控制系统;MALIMO缝编机
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:天津工业大学2003年
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