用于纤维展平的弧面辊、纤维展平装置及其应用
阅读说明：本技术 用于纤维展平的弧面辊、纤维展平装置及其应用 (Cambered surface roller for flattening fibers, fiber flattening device and application thereof ) 是由 张永毅 段满玉 汪细平 张亦弛 喻鹏 刘景� 于 2021-10-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于纤维展平的弧面辊、纤维展平装置及其应用。所述用于纤维展平的弧面辊所述弧面辊具有连续的弧形辊面,所述导辊两端部的直径相等,且所述弧面辊至少满足：其中,为弧面辊两端部之间部分的最大直径,为弧面辊两端部的直径,L为弧面辊的长度。本发明实施例提供的一种用于纤维表面连续金属化处理的系统,使得碳纤维等在连续金属化时呈展平状,以保证碳纤维丝束在电镀时与导电阴极以及电镀液的充分接触,且纤维在弧面导辊上传动时纤维丝束呈扁平状,有利于纤维与导电电极、电镀液的接触。(The invention discloses a cambered surface roller for flattening fibers, a fiber flattening device and application thereof. The cambered surface roller for flattening the fibers has a continuous cambered surface, the diameters of the two end parts of the guide roller are equal, and the cambered surface roller at least meets the following requirements: wherein the content of the first and second substances, is the maximum diameter of the part between the two end parts of the cambered surface roller, the diameters of the two end parts of the cambered surface roller are shown, and L is the length of the cambered surface roller. According to the system for continuous metallization treatment of the fiber surface, provided by the embodiment of the invention, the carbon fiber and the like are flattened during continuous metallization, so that the full contact between the carbon fiber tows and a conductive cathode and an electroplating solution during electroplating is ensured, and the flat fiber tows are in a transmission state on the cambered surface guide roller, so that the contact between the fiber and the conductive electrode and the electroplating solution is facilitated.)
技术领域
本发明涉及一种纤维表面金属化处理装置，特别涉及一种用于纤维展平的弧面辊、纤维展平装置及其应用，属于机械技术领域。
背景技术
随着电子信息技术的发展，电磁干扰影响人们的健康和及安全保密工作，因此电磁波屏蔽已成为研究的热点。一方面，目前机载标准化机箱大多以铝制拼接结构为主，虽有一些非金属乃至碳纤维复合材料的机箱产品，但大多数不具备电磁屏蔽功能。随着标准模块化机箱减重和电磁屏蔽需求，将金属化碳纤维作为机箱主材，制备的一种新型轻质屏蔽机箱将成为应用趋势；另一方面，航空电缆的线芯内层屏蔽层和外层屏蔽套，一般采用的是金属或金属合金的编织物或网状物，随着现代飞行器对整体机体轻量化的要求愈来愈高，对其减重需求也愈来愈迫切；采用金属化碳纤维编织成的内层导电屏蔽层和外层屏蔽套，可以在保持现有性能基础上，减轻线缆重量。
金属化碳纤维的制备方法主要可以概括为电镀、化学镀、pvd、cvd，大量的实践经验表明制备金属化碳纤维最佳经济有效的方式为电镀。但是碳纤维材料导电性远低于普通金属材料，并且丝束较多，通常每一束碳纤维中包含至少1000根直径约7μm的碳纤维丝，多者可达50000根，如何在碳纤维束丝间实现金属的均匀沉积，避免“黑心”现象的产生成为金属化碳纤维制备的难点。
现有技术中公开了一种碳纤维表面连续金属化的装置或方法，但在如何解决碳纤维电镀时丝束团簇而导致的“黑心”问题时未有涉及或简言略过，并未从根本上解决碳纤维金属化时因为与导电阴极的局部接触、在镀液中不分散等问题而导致的“黑心”难题。本案发明人还提供了一种摇摆装置，用于多丝束纤维电镀时的充分清洗及与电镀液的充分接触，但受制于该装置的工作原理，使得碳纤维的张力难以控制、纤维摆动频繁易增加纤维的断裂风险，从而影响产品品质。
另外，现有技术中还公开了一种碳纤维丝束连续电镀金属的工艺及装置，该装置采用了多个导辊分别作为传动导辊、固定导辊、导电性导辊等，并且这些导辊上下错位分布，碳纤维经过这些导辊时，产生多次弯折，不仅使整条碳纤维张力难以控制，而且使得抗剪切能力极差的碳纤维受损严重，特别的，受制于非圆形导辊的工作原理，碳纤维在整个传动过程中，处于收紧与松弛的循环往复中，极易产生断丝，影响产品品质。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于纤维展平的弧面辊、纤维展平装置及其应用，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种用于纤维展平的弧面辊，所述弧面辊具有连续的弧形辊面，所述弧面辊两端部的直径相等，且所述弧面辊至少满足：L＝(4～12)：(6～9)：(16～24)，其中，为弧面辊两端部之间中间部分的最大直径，为弧面辊两端部的直径，L为弧面辊的长度。
本发明实施例还提供了一种用于纤维表面连续金属化的纤维展平装置，包括至少一组导辊，每组导辊包括多个导辊，该多个导辊之间具有可供纤维通过的间隙，其中，所述导辊为所述的弧面辊。
本发明实施例还提供了一种用于纤维表面连续金属化处理的系统，包括第一纤维展平装置、金属化反应装置、第二纤维展平装置和第三纤维展平装置，
所述金属化反应装置包括用于容置电镀液的反应槽体，所述第一纤维展平装置和第三纤维展平装置沿纤维输送的方向设置在所述反应槽体的两侧，所述第二纤维展平装置设置在所述反应槽体内，
其中，所述第一纤维展平装置、第二纤维展平装置和第三纤维展平装置为所述的纤维展平装置，所述第一纤维展平装置和第三纤维展平装置所包含的导辊为导电导辊，所述第二纤维展平装置所包含的导辊为绝缘导辊。
本发明实施例还提供了一种纤维表面连续金属化处理的方法，所述的方法是基于所述的系统实施的，并且，所述的方法包括：
使纤维连续通过第一纤维展平装置、第二纤维展平装置和第三纤维展平装置，且使所述纤维与所述金属化反应装置中的电镀液接触。
与现有技术相比，本发明的优点包括：
1)本发明实施例提供的一种用于纤维表面连续金属化处理的系统，使得碳纤维等纤维丝束在连续金属化时呈展平状，以保证碳纤维丝束在电镀时与导电阴极以及电镀液的充分接触，且纤维在弧面导辊上传动时纤维丝束呈扁平状，有利于纤维与导电电极、电镀液的接触；
2)本发明实施例提供的一种用于纤维表面连续金属化处理的系统，纤维输送平铺过程中，只有径向方向上的运动，从而可以保证纤维不受损伤；
3)本发明实施例提供的一种用于纤维表面连续金属化处理的系统，具有与导辊相配合的活水喷淋装置，活水喷淋装置提供的喷淋液可以缓解纤维通电时与导电辊的接触点的局部高温，同时淋湿的纤维之间多了水的润滑效果，有助于提升铺丝效果。
附图说明
图1是本发明一典型实施案例中提供的一种用于纤维展平的弧面辊的剖面结构示意图；
图2是本发明一典型实施案例中提供的一种用于纤维表面连续金属化处理的系统的结构示意图；
图3是本发明一典型实施案例中提供的一种用于纤维表面连续金属化处理的系统的俯视图；
图4是本发明一典型实施案例中提供的一种用于纤维表面连续金属化处理的系统的侧视图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明的主要目的在于提供一种碳纤维表面连续金属化过程中纤维展平装置，使得碳纤维等在连续金属化时呈展平状，以保证碳纤维丝束在电镀时与导电阴极以及电镀液的充分接触，从而解决碳纤维电镀时丝束团簇而导致的“黑心”问题。由于生产中碳纤维原丝丝束规格从1k至50k型号不一，为了满足各规格碳纤维展平效果，本发明实施例提供的纤维展平装置的导辊均为主动传动，每个导辊位置均可根据实际生产需求进行上下微调，在控制碳纤维张力的同时，还保持了较好的展平效果。
本发明实施例提供了一种用于纤维展平的弧面辊，所述弧面辊具有连续的弧形辊面，所述弧面辊两端部的直径相等，且所述弧面辊至少满足：L＝(4～12)：(6～9)：(16～24)，其中，为弧面辊两端部之间中间部分的最大直径，为弧面辊两端部的直径，L为弧面辊的长度。
在一具体实施方式中，所述弧形辊面是光滑的。
在一具体实施方式中，所述弧面辊为镜像对称结构，为弧面辊于长度方向上中心线处的直径。
本发明实施例还提供了一种用于纤维表面连续金属化的纤维展平装置，包括至少一组导辊，每组导辊包括多个导辊，该多个导辊之间具有可供纤维通过的间隙，其中，所述导辊为所述的弧面辊。
在一具体实施方式中，每组导辊中的一个导辊的轴心与该组导辊中的两个导辊的轴心连线呈角度设置。
在一具体实施方式中，所述的纤维展平装置还包括：第一驱动机构和第二驱动机构，所述第一驱动机构和第二驱动机构与所述导辊传动连接，所述第一驱动机构至少用于驱使所述导辊以自身轴线为轴转动，所述第二驱动机构至少用于驱使所述导辊沿径向方向运动，其中，每组导辊中的多个导辊能够被独立的驱动。
本发明实施例还提供了一种用于纤维表面连续金属化处理的系统，包括第一纤维展平装置、金属化反应装置、第二纤维展平装置和第三纤维展平装置，
所述金属化反应装置包括用于容置电镀液的反应槽体，所述第一纤维展平装置和第三纤维展平装置沿纤维输送的方向设置在所述反应槽体的两侧，所述第二纤维展平装置设置在所述反应槽体内，
其中，所述第一纤维展平装置、第二纤维展平装置和第三纤维展平装置为所述的纤维展平装置，所述第一纤维展平装置和第三纤维展平装置所包含的导辊为导电导辊，所述第二纤维展平装置所包含的导辊为绝缘导辊。
在一具体实施方式中，所述第一纤维展平装置、第三纤维展平装置与反应槽体的间距在15cm以内。
在一具体实施方式中，所述的系统还包括：喷淋装置，所述喷淋装置至少用于向所述第一纤维展平装置和/或第三纤维展平装置与纤维接触区域喷淋导电的喷淋液。
本发明实施例还提供了一种纤维表面连续金属化处理的方法，所述的方法是基于所述的系统实施的，并且，所述的方法包括：
使纤维连续通过第一纤维展平装置、第二纤维展平装置和第三纤维展平装置，且使所述纤维与所述金属化反应装置中的电镀液接触。
如下将结合附图以及具体实施案例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
请参阅图1，一种用于纤维展平的弧面辊，所述弧面辊具有连续的弧形辊面，所述弧面辊两端部的直径相等，且所述弧面辊至少满足：L＝(4～12)：(6～9)：(16～24)，其中，为弧面辊两端部之间部分的最大直径，为弧面辊两端部的直径，L为弧面辊的长度。
具体的，所述弧面辊两端部的直径相等，所述弧面辊中间部分的直径最大，且所述弧面辊为镜像对称结构，可以理解的，所述中间部分是位于两端部之间的部分，该中间部分可以视为靠近弧面辊几何中心的部分，具体的，所述弧面辊为镜像对称结构，所述弧面辊无论是以自身中心轴线作为对称中心，还是以自身长度方向上的几何中心为对称中心，其均为镜像对称结构，例如，所述弧面辊的两端部相相对于中间部分是呈对称设置的，所述中间部分也是镜像对称结构。
具体的，所述弧面辊的弧形辊面可以为椭球面，且所述弧形辊面是光滑的。
请参阅图2-图4，一种用于纤维表面连续金属化处理的系统，包括第一纤维展平装置2、金属化反应装置6、第二纤维展平装置3和第三纤维展平装置5，
所述金属化反应装置6包括用于容置电镀液的反应槽体，所述第一纤维展平装置2和第三纤维展平装置5沿纤维输送的方向设置在所述反应槽体的两侧，所述第二纤维展平装置2设置在所述反应槽体内，纤维丝束7可以连续穿过第一纤维展平装置2、第二纤维展平装置3和第三纤维展平装置5，且能够与反应槽体内的电镀液充分接触反应，所述第一纤维展平装置2、第二纤维展平装置3和第三纤维展平装置5主要用于对通过的纤维丝束提供预定的张力，以及，对通过的纤维丝束进行展平处理等。
在本实施例中，所述的电镀液可以采用本领域技术人员已知的，在此不做具体的限定。
在本实施例中，所述第一纤维展平装置2、第二纤维展平装置3和第三纤维展平装置5的结构可以是相同或相近的，所述第一纤维展平装置2、第二纤维展平装置3和第三纤维展平装置5均包括一组导辊，该一组导辊包括三个呈角度设置的导辊，该三个导辊之间具有可供纤维丝束7通过的间隙，其中，所述导辊为图1所示的弧面辊。
在本实施例中，每组导辊中的多个导辊呈角度设置，具体是指每组导辊中的一个导辊的轴心与该组导辊中的其余两个导辊的轴心连线呈角度设置。
在本实施例中，每组导辊中的三个导辊还分别与第一驱动机构和第二驱动机构传动连接，所述第一驱动机构和第二驱动机构与每组导辊的三个导辊传动连接，所述第一驱动机构至少用于驱使所述导辊以自身轴线为轴转动，所述第二驱动机构至少用于驱使所述导辊沿径向方向运动，其中，每组导辊中的多个导辊能够被独立的驱动，在本实施例中，每组导辊中的三个导辊辊面的相对位置可根据纤维丝束张力及铺丝效果来进行上下微调，具体的调节可以通过第二驱动机构实现。
在本实施例中，所述第一纤维展平装置2和第三纤维展平装置5所包含的导辊为导电导辊，所述第二纤维展平装置3所包含的导辊为绝缘导辊，在本实施例中，所述第一纤维展平装置2和第三纤维展平装置5所包含的导辊为的辊面为金属辊面，例如，不锈钢辊面等；所述第二纤维展平装置3所包含的导辊的辊面为耐腐蚀的聚四氟乙烯辊面，所述第一纤维展平装置2和第三纤维展平装置5所包含的导辊的辊面均经过抛光处理形成光滑的表面。
在本实施例中，为了保证良好的导电性，所述第一纤维展平装置2、第三纤维展平装置5与反应槽体的间距在15cm以内。
在本实施例中，所述的系统还包括第一喷淋装置1和第二喷淋装置4，所述第一喷淋装置1和第二喷淋装置4分别与第一纤维展平装置2、第三纤维展平装置5相对应，所述第一喷淋装置1和第二喷淋装置4分别用于向所述第一纤维展平装置2、第三纤维展平装置5与纤维接触区域喷淋导电的喷淋液。
在本实施例中，由于碳纤维的导电性较差，第一喷淋装置1和第二喷淋装置4可以有效缓解纤维在与导辊接触点的局部温度，同时被淋湿的纤维之间多了水的润滑，有利于在铺丝过程中减少摩擦，从而避免过多断丝情况的产生，具体的，所述的喷淋液可以是水等。
一种纤维表面连续金属化处理的方法，所述的方法是基于图2-图4所示的系统实施的，并且，所述的方法包括：
使纤维连续通过第一纤维展平装置2、第二纤维展平装置3和第三纤维展平装置5，并使所述纤维丝束7与所述金属化反应装置中的电镀液接触，且在纤维丝束7通过第一纤维展平装置2和第三纤维展平装置5使，分别以第一喷淋装置1和第二喷淋装置4向所述第一纤维展平装置2、第三纤维展平装置5与纤维丝束7的接触区域喷淋活水，同时，调节第一纤维展平装置2、第二纤维展平装置3和第三纤维展平装置5中多个导辊的间隙，以改变纤维丝束的张力和铺丝效果。
当将导辊于径向方向对纤维丝束施加张力时，纤维丝束在受到张力后，其与导辊更加贴合，从而是纤维丝束与导辊的接触电阻变小，由公式U＝IR(U：电压；I：电流；R：电阻)可知，当施加在导辊两侧的直流电流一定时，在一定范围内，电阻降低，电压随之降低。
需要说明的是，每种规格的碳纤维丝束在输送过程中，可在保证展平效果的情况下，确定各规格纤维张力与电压的最优值，通过实时电压值对张力进行调控。
在本实施例中，所述的纤维可以是碳纤维、金属纤维(不锈钢纤维)、有机纤维等，所述有机纤维可以是涤纶、腈纶、锦纶、丙纶、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维、聚对苯撑苯并双噁唑纤维(PBO纤维)、聚对苯并咪唑纤维(PBI纤维)、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维(M5纤维)、聚酰亚胺纤维(PI纤维)等。
在本实施例中，相邻两个纤维展平装置之间的距离主要由进行纤维金属化时所需反应时间决定；以碳纤维金属化为例，由于碳纤维较差的导电性，往往需要设置多道金属化反应装置6，多道金属化反应装置6依次设置在所述第一纤维展平装置2和第三纤维展平装置5之间，且每一金属化反应装置6的上方都对应设置有一第二纤维展平装置3；多个金属化反应装置6的长度沿纤维的行进方向依次递增；例如，第一道金属化反应装置的长度为20～40cm，第二道金属化反应装置的长度为40～60cm，第三道金属化反应装置的长度为60～80cm，第四道金属化反应装置的长度为80～100cm，依此类推，直到产品满足需求为止。
本发明实施例提供的一种用于纤维表面连续金属化处理的系统，使得碳纤维等在连续金属化时呈展平状，以保证碳纤维丝束在电镀时与导电阴极以及电镀液的充分接触，且纤维在弧面导辊上传动时纤维丝束呈扁平状，有利于纤维与导电电极、电镀液的接触。
本发明实施例提供的一种用于纤维表面连续金属化处理的系统，纤维输送平铺过程中，只有径向方向上的运动，从而可以保证纤维不受损伤。
本发明实施例提供的一种用于纤维表面连续金属化处理的系统，具有与导辊相配合的活水喷淋装置，活水喷淋装置提供的喷淋液可以缓解纤维通电时与导电辊的接触点的局部高温，同时淋湿的纤维之间多了水的润滑效果，有助于提升铺丝效果。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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