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碳纖維材料在紡織機械中的幾種應用形式

發布時間:2019-05-29

我國的紡織機械發展主要存在兩個問題:一是紡機裝備運轉速度較低,二是設備平均能耗較高。為了進一步降低能耗、提高生產效率,紡織機械設備開始逐步在零部件中應用碳纖維材料。碳纖維質量輕,比強度卻很大,是中高端機械設備輕量化的理想材料。下文就針對目前紡織機械中碳纖維應用的幾種形式做一簡單介紹。

梭子和箭桿:

梭子和箭桿是碳纖維復合材料在紡織機械中應用較早的形式。木制的投梭棒每根重達1.2kg,而碳纖維桿的重量僅有0.1kg;木梭的頻率約為120-130次/分,碳纖維復合材料桿的頻率至少能提高一倍;木梭的使用壽命僅有6個月,而碳纖維復合材料桿的使用壽命長達6-8年。

碳纖維綜片框和纏線器卷芯:

后來,隨著織布機的無梭化,轉數提高,織物的幅面變寬,生產效率顯著提高。在噴水孔室,轉數為1700rpm,杼寬達2m,為了抑制長大杼的變形,在綜片框上采用了輕質、高剛性的碳纖維復合材料。織布機纏線器的卷芯通常是鋼管,插入紙管后,加氣壓則產生小突起,成為固定紙管的結構,但是缺陷是重量大。用碳纖維復合材料管替代后,重量減輕很多,插到直管上,無論是織布機的安裝作業還是從卷好的織物中取下的人力作業都輕松很多。

碳纖維增強尼龍齒輪:

傳統的紡機設備用齒輪主要是純尼龍齒輪,由于強度低、抗疲勞性差、使用周期短,維護費用高,但是采用碳纖維增強尼龍制作的傳動齒輪導電性強,防靜電效果好,不僅具有一般鑄鐵件的導電性能,還能有效防止靜電的產生,降低火災等事故的發生幾率;強度大、韌性好,抗拉強度接近于屈服強度,對沖擊、應力震動有較強的能量吸收能力;耐磨、自潤滑效果好,減少油污,耐疲勞性好,使用壽命可以提高一倍;重量輕、噪聲小,噪聲比鑄鐵齒輪低30%,能耗降低20%,耐腐蝕,能抵御汽油、油脂、酒精、弱堿等的侵蝕。

以上的碳纖維材料應用還只是局限于體積小或者數量少的零部件上,在這些部位碳纖維材料的價值并沒有得到凸顯,與此相比,碳纖維輥軸的應用則是近幾年來紡織機械輕量化應用最有潛力的方向之一。

碳纖維輥軸:

輥作為紡織機械中主要的運轉部件之一,對紡織機械的整體設備性能影響很大,對產品的質量和穩定性都有著直接的作用力。據國內碳纖維輥的主要生產方無錫智上新材的負責人介紹,傳統的紡織機用輥多數是鋼制的,鋼輥的重量大、設備能耗高,為了滿足提速的需求還要不斷增加壁厚,從而引發一系列的弊端。采用碳纖維輥則能同時滿足重量輕、速度快、剛度好、變形小、能耗低等多種需求。

在無錫智上新材提供的多個客戶應用案例中,碳纖維輥具體表現為以下優點:

一是自重輕、能耗低,大大縮短啟動和停機時間。碳纖維復合材料制成的輥能減少35-70%的重量,因為自重變小,機器運轉所需的能耗就得到了大幅度的降低,運轉速度得到了成倍的提升,大大提高了生產效率。

二是剛性好,允許擴展寬幅,使紡織機械能適應現代化生產的需要。過去,紡織機械設備的幅寬會受制于輥的長度,因為輥越長重量越重,當金屬輥長度過長就會發生微小形變,然后逐漸演化成嚴重變形,而輥體重量過重時,又會影響到機械的運轉速度。碳纖維復合材料的輕質化有效抵消了長度延長帶來的負面影響,而良好的剛性又保證了輥體不易變形。

三是彎曲模量大,在出現瞬間卷布等機器故障時可以憑借自身的沖擊力吸收能力并產生瞬間彈性形變,在故障排除后又迅速恢復原來的狀態,減少維修成本,延長了有效工作時間。

以上幾種僅僅是碳纖維材料在紡織機械中應用較多和較為成熟的幾種形式,事實上,與眾多的工業機械設備一樣,碳纖維材料的應用還是“冰山一角”。隨著重量輕、強度高的碳纖維材料的深入應用,其將有力地推動紡織機械設備向著低成本、低能耗、高效率的方向繼續前進。

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