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碳纤维材料在纺织机械中的几种应用形式

2018-07-10 18:52

  我国的纺织机械发展主要存在两个问题:一是纺机装备运转速度较低,二是设备平均能耗较高。为了进一步降低能耗、提高生产效率,纺织机械设备开始逐步在零部件中应用碳纤维材料。碳纤维质量轻,比强度却很大,是中高端机械设备轻量化的理想材料。下文就针对目前纺织机械中碳纤维应用的几种形式做一简单介绍。

  梭子和箭杆是碳纤维复合材料在纺织机械中应用较早的形式。木制的投梭棒每根重达1.2kg,而碳纤维杆的重量仅有0.1kg;木梭的频率约为120-130次/分,碳纤维复合材料杆的频率至少能提高一倍;木梭的使用寿命仅有6个月,而碳纤维复合材料杆的使用寿命长达6-8年。

  后来,随着织布机的无梭化,转数提高,织物的幅面变宽,生产效率显著提高。在喷水孔室,转数为1700rpm,杼宽达2m,为了抑制长大杼的变形,在综片框上采用了轻质、高刚性的碳纤维复合材料。织布机缠线器的卷芯通常是钢管,插入纸管后,加气压则产生小突起,成为固定纸管的结构,但是缺陷是重量大。用碳纤维复合材料管替代后,重量减轻很多,插到直管上,无论是织布机的安装作业还是从卷好的织物中取下的人力作业都轻松很多。

  传统的纺机设备用齿轮主要是纯尼龙齿轮,由于强度低、抗疲劳性差、使用周期短,维护费用高,但是采用碳纤维增强尼龙制作的传动齿轮导电性强,防静电效果好,不仅具有一般铸铁件的导电性能,还能有效防止静电的产生,降低火灾等事故的发生几率;强度大、韧性好,抗拉强度接近于屈服强度,对冲击、应力震动有较强的能量吸收能力;耐磨、自润滑效果好,减少油污,耐疲劳性好,使用寿命可以提高一倍;重量轻、噪声小,噪声比铸铁齿轮低30%,能耗降低20%,耐腐蚀,能抵御汽油、油脂、酒精、弱碱等的侵蚀。

  辊作为纺织机械中主要的运转部件之一,对纺织机械的整体设备性能影响很大,对产品的质量和稳定性都有着直接的作用力。据国内碳纤维辊的主要生产方无锡智上新材的负责人介绍,传统的纺织机用辊多数是钢制的,钢辊的重量大、设备能耗高,为了满足提速的需求还要不断增加壁厚,从而引发一系列的弊端。采用碳纤维辊则能同时满足重量轻、速度快、刚度好、变形小、能耗低等多种需求。

  一是自重轻、能耗低,大大缩短启动和停机时间。碳纤维复合材料制成的辊能减少35-70%的重量,因为自重变小,机器运转所需的能耗就得到了大幅度的降低,运转速度得到了成倍的提升,大大提高了生产效率。

  二是刚性好,允许扩展宽幅,使纺织机械能适应现代化生产的需要。过去,纺织机械设备的幅宽会受制于辊的长度,因为辊越长重量越重,当金属辊长度过长就会发生微小形变,然后逐渐演化成严重变形,而辊体重量过重时,又会影响到机械的运转速度。碳纤维复合材料的轻质化有效抵消了长度延长带来的负面影响,而良好的刚性又保证了辊体不易变形。

  以上几种仅仅是碳纤维材料在纺织机械中应用较多和较为成熟的几种形式,事实上,与众多的工业机械设备一样,碳纤维材料的应用还是冰山一角。随着重量轻、强度高的碳纤维材料的深入应用,其将有力地推动纺织机械设备向着低成本、低能耗、高效率的方向继续前进。