碳纤维辊筒在机械设备中的应用

  非织造设备中辊类结构常采用金属材料,但随着设备幅宽的不断加大,辊体的挠度变形呈数倍增加,给设备的高速运转带来了困难。虽然理论上可以通过加大辊体直径来减少挠度,但由此带来的设备重量增加给零件的加工、安装和使用带来了一系列问题,同时由于原材料用量的增加也带来了设备成本的提高。碳纤维辊的应用不但解决了以上问题,同时为整体设备的进一步创新带来了可能性。目前非织造设备中采用碳纤维辊的有交叉铺网机、卷绕机、梳理机。

  非织造设备碳纤维辊体均采用由缠绕法制成的CFRP管,轴头采用金属材料,轴头与辊体的连接采用胶接,根据用途不同有的还在圆周对称位置加定位销,以提高扭矩传递的能力。碳纤维辊的直径和壁厚直接影响整个辊体的重量,在直径不变的情况下增加壁厚可使挠度值减小。但由于目前碳纤维价格还相对较高,在实际应用时要考虑价格成本和使用性能两个因素,根据不同的场合选用合适的壁厚。

  交叉铺网机是非织造设备中的一种专用设备,它将梳理机输出的薄网经交叉铺叠得到较厚的纤网,同时可以不受梳理机工作幅宽的限制使铺后的纤网宽度减小或加大。交叉铺网机采用了碳纤维辊。铺网过程是由几个水平移动的辊子带动铺网帘来回移动来完成的,辊子既有旋转运动又有水平往复运动,要想提高铺网速度,就要提高辊子的转速和往复速度,这样辊子的转动惯量和整体惯性随之加大,使铺网小车在两端转弯时减速和加速过程难以控制,从而使铺出的纤网两边比中间厚,改用碳纤维辊后辊体的重量只有原来的四分一。

  卷绕机作为非织造布生产流程的最后一个设备主要是对非织造布进行恒张力卷取。要想做到张力恒定,就要使布在进入卷轴前保持张力恒定,因此在卷绕机上设有张力辊装置,张力辊是浮动辊,靠辊体重量使布保持张力。由于非织造布的结构特点使其与传统织物相比布的强力较小,断裂伸长大(尤其是低面密度时),因此张力辊的重量一定要轻。

    目前非织造布的幅宽一再加大,从原来的2、2.5m发展到现在的3,3.5m以至4m。由于卷绕机张力辊在自重情况下对挠度要求不是很严格,因此其壁厚采用3~4mm即可达到设备要求。采用高强高模的碳纤维辊不但满足了生产工艺需要,而且也给操作人员减轻了劳动强度(直径140mm,幅宽2500mm时辊的重量为20kg多)。

  复合材料可以克服金属和合金材料发展中所遇到的许多限制,随着碳纤维生产工艺的日益完善,纤维强度的波动率(CV值)将会逐步降低,成型方法进一步改进,碳纤维复合材料产品的性能将会随之提高。虽然从材料成本的直接比较中,碳纤维的选用并不是更经济,但随着国内碳纤维及其复合材料产业发展进程的加快,其在非织造设备等领域的应用将会获得不可忽略的效益。

 

  阅读延伸:《碳纤维辊轴是如何生产的