Устройство для разделения углеродных жгутов
Владельцы патента RU 2437970:
Областное государственное учреждение "Агентство по инновациям и развитию" (RU)
Заявленное изобретение относится к устройствам для разделения углеродных жгутов. Устройство включает кювету, в которую подается поток жидкости, вальцы для подачи углеродного жгута в кювету, ролики, испытывающие осевые вибрации с ультразвуковой частотой от первого вибратора. Устройство содержит блок углеродного жгута, включающий канал с потоком жидкости, содержащей ПАВ, и металлические расчески, расположенные на дне канала по направлению движения потока жидкости. Также устройство оснащено блоком разделения уплощенного расчесанного углеродного жгута, включающим канал с потоком жидкости, содержащей ПАВ, вертикальные металлические пластины, установленные на дне канала. Блок расчесывания уплощенного в потоке жидкости в кювете углеродного жгута и блок разделения уплощенного расчесанного углеродного жгута, содержат вальцы для подачи углеродного жгута в канал с жидкостью. Кювета содержит на дне, по меньшей мере, одно дополнительное отверстие для подачи газа. Изобретение позволяет сохранить механические показатели углеродных жгутов с одновременным увеличением точности разделения углеродных жгутов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к устройствам для разделения углеродных жгутов и может быть использовано в процессе разделения углеродных жгутов на более тонкие жгуты.
Уровень техники
Известно устройство для разделения полностью раскрученного жгута, состоящего из большого количества волокон, например текстильных, углеродных, на несколько жгутов, описанное в GB 2340136. В данном устройстве жгут протягивается с пониженной скоростью и расправляется поперечным потоком воздуха. Далее расправленный жгут протягивается с нормальной скоростью и разделяется на несколько жгутов путем протягивания через отдельные проушины.
Недостатком данного устройства является недостаточность сохранения механических показателей углеродных жгутов.
Известно устройство для расправления жгутов, раскрытое в US 6049956, в котором жгут из 1000-144000 углеродных волокон протягивается через несколько последовательных расширителей, натянутых параллельно друг другу между двумя дисками. Каждый расширитель представляет собой растяжимую ленту или трубку. Плоскости дисков располагаются под некоторым углом друг к другу. Меняя угол между дисками можно регулировать процесс разделения жгута.
Недостатком данного устройства является снижение показателей прочности и модуля упругости углеродных волокон после расправления.
Из US 3704485 известно устройство для расправления жгута графитовых волокон в ленту графитовых волокон, позволяющее расправить жгуты волокон в большое количество практически отдельных графитовых волокон. Расправление волокон достигается путем воздействия вибрации на графитовый жгут в воздухе с частотой, достаточной для разделения жгута на волокна.
Недостатком данного устройства является недостаточность сохранения механических показателей углеродных жгутов.
Известно устройство расправления углеродной ткани, имеющее свободно вращающуюся бесконечную ленту, раскрытое в US 5511395, в котором ткань из углеродного волокна приводится в контакт с нижней поверхностью бесконечной свободновращающейся ленты, помещенной в воду. Ткань подается от горячего валка. Нижняя поверхность бесконечной свободно вращающейся ленты с тканью облучается в воде ультразвуком от излучателя, расположенного на дне ванны.
Недостатком данного устройства является то, что не обеспечивается сохранение внешнего вида углеродных волокон.
Из JP 01-282362 известно устройство раскрытия углеродного жгута, в котором жгут углеродных волокон протягивается, последовательно контактируя с несколькими параллельными стержнями. При этом стержни вибрируют в осевом направлении с частотой 20 кГц.
Недостатком данного устройства является недостаточность сохранения механических показателей углеродных жгутов.
Известно также устройство для разделения жгута углеродных волокон, движущегося в потоке воды при воздействии на него дополнительного встречного потока текучей среды, раскрытое в DE 102004036414, в котором жгут углеродных волокон движется по каналу в потоке воды. В направлении, противоположном потоку воды и движению жгута, подается дополнительный поток воздуха. Разделение жгута на несколько волокон может производиться одновременно или последовательно.
Недостатком данного устройства является снижение показателей прочности и модуля упругости углеродных волокон после разделения.
Наиболее близким устройством к заявленному техническому решению является устройство расправления жгута в потоке текучей среды, описанное в WO 02/31242. Устройство содержит подготовительное ультразвуковое устройство расправления жгута и основное устройство расправления жгута в потоке. В ультразвуковом устройстве жгут зигзагообразно протягивается между несколькими роликами, которые помещены в жидкость и испытывают осевые вибрации с ультразвуковой частотой.
Недостатком данного устройства является недостаточная точность разделения углеродных жгутов, выражающаяся в том, что разброс по количеству филаментов в углеродных жгутах, полученных в процессе разделения, превышает 0,5% от заданного количества филаментов.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание более технологичного устройства, обеспечивающего эффективное разделение углеродных жгутов с сохранением их внешнего вида и не допущение увеличения ворсистости жгутов.
Техническим результатом, достигаемым в результате использования настоящего изобретения, является сохранение механических показателей углеродных жгутов с одновременным увеличением точности разделения углеродных жгутов за счет уменьшения разброса по количеству филаментов в углеродных жгутах после разделения до 0,5% от заданного количества филаментов.
Заявляемый технический результат достигается тем, что устройство для разделения углеродных жгутов включает кювету, в которую подается поток жидкости, имеющую отверстия для подачи и отвода подаваемой жидкости, вальцы для подачи углеродного жгута в кювету, ролики, расположенные на дне кюветы и испытывающие осевые вибрации с ультразвуковой частотой от первого вибратора, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит блок расчесывания уплощенного в потоке жидкости в кювете углеродного жгута, включающий канал с потоком жидкости, содержащей ПАВ, стекающей в отверстие в конце канала, металлические расчески, расположенные на дне канала по направлению движения потока жидкости, испытывающие вибрации в направлении движения жгута с ультразвуковой частотой от второго вибратора и колебания в направлении, поперечном движению жгута с ультразвуковой частотой от третьего вибратора, блок разделения уплощенного расчесанного углеродного жгута, включающий канал с потоком жидкости, содержащей ПАВ, стекающей в отверстие в конце канала, вертикальные металлические пластины, установленные на дне канала, причем кювета, блок расчесывания уплощенного в потоке жидкости в кювете углеродного жгута и блок разделения уплощенного расчесанного углеродного жгута расположены последовательно, блок расчесывания уплощенного в потоке жидкости в кювете углеродного жгута и блок разделения уплощенного расчесанного углеродного жгута содержат вальцы для подачи углеродного жгута в канал с жидкостью, а кювета содержит на дне по меньшей мере одно дополнительное отверстие для подачи газа. В частном случае реализации изобретения возможен вариант, согласно которому расчески дополнительно испытывают вибрации от четвертого вибратора в направлении движения жгута с частотой в 15000-40000 Гц, обеспечивающей волнообразные движения жидкости.
Осуществление изобретения
Процесс разделения жгута состоит из трех этапов: его уплощения, расчесывания и разделения, содержащих соответствующие устройства (точнее блоки).
На первом этапе для уплощения углеродного жгута используется блок, схема которого показана на фиг.1. В кювету подается поток жидкости 1 (вода, ацетон и т.п.), которая барботируется газом 2 (воздух, азот и т.п.) и содержит поверхностно-активные вещества. Поток жидкости выходит из кюветы через отверстие 3. Также в кювету через вальцы 7 подается углеродный жгут 4, который зигзагообразно протягивается через ролики 6, которые помещены в жидкость и испытывают осевые вибрации, создаваемые вибратором с ультразвуковой частотой (не показан). Углеродный жгут 4 всплывает под действием архимедовой силы пузырьков барботируемого газа. Под действием ультразвука и потока барботируемой газом жидкости углеродный жгут расправляется и подается через вальцы в уплощенном виде 5 на следующий этап разделения.
Схема блока расчесывания уплощенного углеродного жгута показана на фиг.2. Уплощенный углеродный жгут 5 подается через вальцы 8 в канал с потоком жидкости (воды, ацетона и т.п.), содержащей поверхностно активные вещества, которая стекает через отверстие 9. По мере поступления в канал с потоком жидкости, уплощенный углеродный жгут подвергается продольному расчесыванию металлическими расческами 10, которые испытывают вибрации в направлении движения жгута с ультразвуковой частотой от второго вибратора (не показан) и колебания в направлении, поперечном движению жгута с ультразвуковой частотой от третьего вибратора (не показан). Данный блок также содержит разделительные секции 12, выполненные в виде вертикальных металлических пластин, которые выполняют в данном блоке предварительную функцию разделения расчесанного углеродного жгута. Основная функция разделения расчесанного углеродного жгута осуществляется в следующем блоке (см. ниже по тексту описания).
В частном случае реализации изобретения возможен вариант, согласно которому расчески дополнительно испытывают вибрации от четвертого вибратора (не показан) в направлении движения жгута с частотой в 15000-40000 Гц, обеспечивающей волнообразные движения жидкости.
Следующий этап состоит в разделении расчесанного уплощенного углеродного жгута. Для этих целей предусмотрен блок, показанный на фиг.3. Уплощенный расчесанный углеродный жгут подается через вальцы 8 в канал с потоком жидкости 1 (воды, ацетона и т.п.), которая содержит поверхностно активные вещества и стекает через отверстие 11. Путем цельного движения агрегата из подающих вальцов 8 с целью равномерной подачи концов уплощенного расчесанного углеродного жгута на разделительные секции 12, представляющие собой вертикальные металлические пластины, после чего разделенный углеродный жгут 5 через вальцы подается на сушку, аппретируется и поступает на намоточные шпули.
1. Устройство для разделения углеродных жгутов, включающее кювету, в которую подается поток жидкости, имеющую отверстия для подачи и отвода подаваемой жидкости, вальцы для подачи углеродного жгута в кювету, ролики, расположенные на дне кюветы и испытывающие осевые вибрации с ультразвуковой частотой от первого вибратора, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит блок расчесывания уплощенного в потоке жидкости в кювете углеродного жгута, включающий канал с потоком жидкости, содержащей ПАВ, стекающим в отверстие в конце канала, металлические расчески, расположенные на дне канала по направлению движения потока жидкости, испытывающие вибрации в направлении движения жгута с ультразвуковой частотой от второго вибратора и колебания в направлении, поперечном движению жгута, с ультразвуковой частотой от третьего вибратора, блок разделения уплощенного расчесанного углеродного жгута, включающий канал с потоком жидкости, содержащей ПАВ, стекающей в отверстие в конце канала, вертикальные металлические пластины, установленные на дне канала, причем кювета, блок расчесывания уплощенного в потоке жидкости в кювете углеродного жгута и блок разделения уплощенного расчесанного углеродного жгута расположены последовательно, а блок расчесывания уплощенного в потоке жидкости в кювете углеродного жгута и блок разделения уплощенного расчесанного углеродного жгута содержат вальцы для подачи углеродного жгута в канал с жидкостью, а кювета содержит на дне по меньшей мере одно дополнительное отверстие для подачи газа.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит четвертый вибратор, обеспечивающий вибрации расчесок в направлении движения жгута с частотой в 15000-40000 Гц для создания волнообразного движения жидкости.
