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一种针对碳纤维玻璃纤维的张力展纱装置
专利名称：一种针对碳纤维玻璃纤维的张力展纱装置，申请号：CN202020232559.8，授权公告号：CN212072555U，2020年12月正式获得国家实用新型专利授权，专利权人为南京科锐挤出机械有限公司。在长纤维增强热塑性复合材料LFT生产工艺流程中，碳纤维、玻璃纤维丝束的展纱与预热处理是浸渍成型前的关键前置工序，纤维展开是否均匀、张力是否稳定，直接决定树脂浸渍效果、纤维保留长度以及最终复合材料的力学性能。传统长纤维生产线的展纱机构结构简单，缺少配套预热单元，纤维丝束进入浸渍模头之前容易出现丝束聚拢、宽窄不均匀、局部张力忽大忽小的现象；张力过大容易造成碳纤维、玻璃纤维出现断纱、毛丝，直接导致生产线停机；张力过小又会出现纤维起皱、堆叠，树脂无法充分浸润每一根单丝，成品复合材料内部出现空隙、干丝缺陷，降低产品强度与批次稳定性。南京科锐挤出机械有限公司针对长纤维浸渍前展纱预热、张力控制、防断纱等行业痛点，自主研发本款张力展纱装置专利，可实现长纤维在浸渍之前充分预热展平，张力可连续调节，在高速连续生产工况下有效保障纱线不断纱，为后续浸渍工序提供状态稳定的纤维原料，提升长纤复合材料整体成品品质。
传统展纱机构在实际工业化生产中存在诸多短板，多数设备将展纱辊与预热单元相互分离，纤维直接从纱架引出后进入展纱辊，丝束表面浸润剂处于常温状态，丝束内部单丝之间相互粘结，很难充分舒展打开，容易出现局部丝束抱团，即便经过展纱辊，依旧存在宽窄波动，造成浸渍之后制品厚薄不均。普通设备张力机构多为固定配重结构，张力档位不可连续微调，面对不同规格碳纤维、不同tex克重的玻璃纤维，以及生产线牵引速度变化时，无法动态匹配纱线受力。生产提速瞬间张力骤增，极易发生批量断纱，一旦出现断纱，需要停机重新穿纱引丝，严重打断产线连续生产节奏，降低设备稼动率；张力调得过小，纤维运行松弛、摆动起皱，浸渍模头内部出现纤维堆叠，树脂渗透困难，产出大量不合格粒子。同时纤维运行过程中摩擦产生静电，进一步加剧单丝缠绕、毛丝现象，给长纤维连续化生产带来诸多困扰。本专利将预热模块、多组展纱辊组、可调节张力机构进行一体化集成设计，纤维丝束首先经过预热区域，对丝束表面浸润剂进行适度加温软化，降低单丝之间粘结力，再进入多级交错展纱辊，把聚拢的丝束横向充分拉开展平，让每一根单丝处于分离舒展状态；搭配可连续调节的张力机构，根据纤维材质、丝束规格、生产线牵引速度灵活设定纱线运行张力，使整束纤维全程受力均匀，避免局部应力集中，从结构层面减少断纱、毛丝故障的发生。
该专利装置整体由机架、进料导纱组件、预热模块、多级交错展纱辊组、张力调节机构、出线导向组件等核心部分组成。纱线从放卷纱架引出之后，首先穿过进料导纱组件完成初步定位，再进入预热模块，通过温度可控的加热辊对碳纤维或者玻璃纤维丝束进行均匀预热，软化纤维表面浸润剂，消除丝束内部单丝粘结抱团现象，为后续展纱做好预处理。经过预热的丝束进入多级交错布置的展纱辊组，依靠辊筒交错排布把聚拢的丝束横向撑开，实现丝束充分展平，得到宽度均匀、单丝平行排布的纤维带。张力调节机构采用可微调浮动辊结构，可以根据工艺需求连续改变纱线运行张力，适配大束碳纤维、多股玻璃纤维等不同原料，在生产线提速、降速的动态工况下维持纱线张力稳定，避免瞬时冲击应力造成纤维断裂。整套装置可以根据实际生产需要调整预热温度、展纱宽度、张力大小，保证进入浸渍模头之前的纤维平整舒展，张力均衡稳定，大幅降低断纱概率。展平之后的纤维带再送入浸渍模头，熔融树脂能够充分渗透进入每一根单丝缝隙，显著提升树脂浸渍浸润率，减少干丝、空隙等制品缺陷，保障长玻纤、碳纤复合材料的强度、抗冲击性能。
该专利技术已经完成产业化落地，批量装配在南京科锐挤出机械有限公司LFT长纤维增强热塑性成套生产线上，适配一步法长玻纤、长碳纤改性造粒设备，可匹配PP、PA、PPS等多种基体树脂的长纤生产工艺。在汽车轻量化、新能源配件、高端装备零部件原料生产项目中，该张力展纱装置发挥出显著工艺优势，经过预热展平、张力稳定控制之后，纤维断纱故障率明显下降，生产线连续运行时间得到延长，减少重新穿纱引丝的停机频次；纤维展开均匀，树脂浸渍充分，长纤维有效保留长度得到保障，成品粒子力学性能更加稳定，批次之间性能波动小。装置适配不同规格丝束，方便工厂切换不同牌号碳纤维、玻璃纤维原料，设备调试简单，降低操作人员工艺调试难度。整套装置零部件加工、加热温度校验、张力机构反复耐久测试全部纳入ISO9001:2015质量管理体系管控，保障展纱辊、浮动张力机构长期高速运行下动作灵敏可靠。
作为公司长纤维复合材料装备板块的核心实用新型专利，本专利与企业水下切粒系列专利、特种热敏材料挤出专利形成互补，完善从纤维预处理、浸渍混炼、挤出成型到水下切粒造粒完整工艺知识产权矩阵。结合企业机电成套设备电气控制系统生产备案、粉尘处理负压输送辅机环保生产备案、CE欧盟安全认证、出口产品检验备案、自营进出口配套能力，搭载本专利装置的LFT长纤维生产线既服务国内众多新材料、汽车零部件企业，也可以完成海外项目成套设备交付。南京科锐挤出机械有限公司深耕高分子改性与长纤维复合材料装备领域，聚焦生产现场真实工艺难点，针对纤维预热、展纱、张力控制等前置关键工序进行专项技术创新，把专利成果转化为设备实际工艺能力，致力于为客户提供纤维浸润充分、断纱少、运行稳定的长纤维增强热塑性成套挤出整体解决方案。
