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一种针对碳纤维玻璃纤维的气流展纱装置
专利名称：一种针对碳纤维玻璃纤维的气流展纱装置，申请号：CN201922460178.5，授权公告号：CN211872207U，2020年11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LFT长纤维增强热塑性复合材料工业化生产流程当中，碳纤维、玻璃纤维丝束的展纱处理是浸渍成型前的核心前置工序，展纱效果直接决定树脂浸渍浸润程度，进一步影响复合材料成品的拉伸、抗冲击等力学性能。传统机械辊式展纱装置大多依靠辊体物理挤压撑开丝束，单工位处理能力有限，同一时间仅能处理单组纤维丝束，展纱效率偏低；同时辊面与纤维直接硬性摩擦，大丝束碳纤维、粗号玻璃纤维容易出现毛丝、断纱现象。普通气流展纱设备内部为单一开放式腔体，缺少分区隔离结构，多股纱束在腔体内互相干扰，气流紊乱，丝束摆动偏移，很难实现多通道同步稳定展纱。南京科锐挤出机械有限公司针对长纤维生产线展纱效率不足、多丝束容易互相干涉的行业痛点，研发本款气流展纱装置专利，创新性采用隔板分区设计，在有限箱体空间内部增加独立纤维展平工位，实现多组纤维并行同步展纱，大幅提升整体展纱效率，降低纤维损伤，为后续浸渍工序提供状态稳定的纤维带，适配长纤维改性造粒设备连续高速生产需求。
传统展纱设备在实际项目应用中存在诸多现实短板。常规单工位气流展纱箱体内部无分隔，只能单束纤维依次完成展纱处理，如果生产线需要多股丝束并行进料，只能多台设备并排布置，设备占地大，整体设备成本高，各台设备之间工艺参数一致性很难统一。当多股纤维同时通入无隔板的展纱箱，各股丝束之间气流互相串扰，气流场紊乱，纱束发生横向漂移、碰撞缠绕，出现局部展不开、宽窄波动大的情况，严重时引发断纱停机。部分设备进气没有过滤净化，压缩空气内部的粉尘、颗粒杂质直接吹向纤维表面，杂质附着在纤维丝束上带入浸渍模头，造成制品内部出现杂质缺陷，影响成品品质。同时老式气流展纱缺少振动辅助松解结构，丝束内部上浆剂粘结的单丝很难彻底分开，仅仅依靠气流吹散，展纱均匀度不足，部分区域依旧存在丝束抱团，后续树脂渗透困难，产生干丝缺陷，降低长纤粒子力学性能的稳定性。本专利打破传统单腔单工位的设计思路，在展纱箱体内部增设多组分隔隔板，通过隔板将箱体内部空间分隔成为多个相互独立的展纱腔室，每一个腔室形成独立的展平工位，各工位气流互不干扰，多组碳纤维或者玻璃纤维丝束可以同时分别在各自腔室内完成热气流展纱作业，在不显著增大整机外形尺寸的前提下，成倍提升设备的展纱处理效率。
该专利装置主要由放纱机构、展纱箱外壳、分隔隔板组件、加热装置、进气过滤单元、振动辅助机构、排风过滤回收组件、输送机构与控制箱共同组成。放纱机构输出多组纤维丝束，丝束分别送入由隔板分割形成的独立展纱工位内部；外部空气经过进气管过滤网过滤之后，由排气扇送入加热装置完成升温，洁净热气流进入各个独立腔室对纤维丝束进行吹扫，热气流可以软化纤维表面浸润剂，降低单丝之间粘结力；箱体外侧配置振动器，带动丝束小幅振动，进一步打散抱团丝束，配合热气流实现纤维充分舒展展开。隔板将各个工位进行物理隔离，各个工位的气流场相互独立，不会发生气流串扰，每一束纤维的展纱状态互不影响，保障多通道同步加工时的稳定性。展纱完成之后的纤维由传送带平稳送出展纱箱体，进入后续浸渍工序；箱体内部的废气经由排风管排出，排风管路同样配置过滤器，阻挡纤维短屑向外飘散，改善车间生产环境。设备可以根据生产需要灵活调整进气风量、气流温度、振动频率，适配不同tex规格大丝束碳纤维、多股玻璃纤维，兼顾小批量试验与工业化大产能生产场景。整套装置既可以实现多工位并行作业提升产能，又能够保证每一股纤维展纱宽度均匀，减少抱团、毛丝问题，降低断纱故障概率。
该专利技术已经完成产业化落地，可与公司“一种针对碳纤维玻璃纤维的张力展纱装置”专利相互配套，组合应用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。张力展纱装置负责纱线张力调控，本气流展纱装置完成多通道高效展平，二者前后配合，形成“放卷‑张力调节‑多工位气流展纱‑浸渍”完整的长纤维预处理工艺单元。在汽车轻量化零部件、新能源配件、高端装备改性原料的生产项目当中，多工位并行结构可以匹配生产线高产能需求，相比单工位设备，同等占地面积条件下处理能力得到明显提升；经过过滤的洁净热气流处理纤维，减少杂质引入，纤维单丝展开充分，后续树脂浸渍更加充分，长纤维粒子批次性能更加稳定。设备所有零部件加工、风道密封性检测、过滤组件性能校验、多工位同步运行耐久测试全部纳入ISO9001:2015质量管理体系，保障隔板分隔工位气流稳定，长期连续生产不出现串风漏风问题。
作为公司长纤维复合材料装备板块重要的实用新型知识产权成果，本专利进一步完善企业LFT长纤装备专利矩阵，和张力展纱装置、三螺杆高扭矩传动箱、水下系列切粒专利、特种高能材料挤出专利形成技术互补，覆盖纤维预处理、混炼挤出、成型造粒全流程。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、出口产品检验备案等全套资质，搭载本专利装置的长纤维成套设备既服务国内新材料企业，也支持海外项目成套交付。南京科锐挤出机械有限公司立足于长纤维生产现场的真实痛点，持续对纤维预处理单元迭代创新，通过隔板分区多工位创新设计解决传统设备产能瓶颈，把专利技术转化为设备实际生产价值，致力于为复合材料行业客户提供高产能、低断纱、浸渍效果优异的长纤维增强热塑性成套挤出整体解决方案。
