玻璃纤维短切机理及设备优化研究

• 作 者: 彭新源
• 出 处: 浙江大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 玻璃纤维 短切机理 短切刀具 设备优化

玻璃纤维增强型复合材料由于其良好的性能、日益降低的成本在建筑、生活用品、汽车、船舶等领域的应用越来越广泛。短切玻璃纤维是增强复合材料的重要原材料。随着生产规模的扩大,玻璃纤维短切生产设备所曝露出的缺陷日益明显,如生产效率低下、短切率低、短切刀具磨损过快、短切原丝质量提高遇到瓶颈等,解决当前短切玻璃纤维生产企业的难题对浙江省乃至我国玻璃纤维产业的发展具有重要意义。本文以压轮式切断机为研究对象,以E玻璃纤维(E玻璃纤维,无碱玻璃纤维)为例,详细阐述了纤维短切机理等相关理论,进行短切实验的设计,对比了传统切断模型与弯折模型在短切加工分析上的适用性,同时以ANSYS软件为平台,进行了短切加工的数值模拟,对两种数学模型进行了进一步的验证,并研究了短切刀具的最佳结构参数,为短切设备的优化设计提供指导。本文的主要结论包括两大部分,玻璃纤维短切机理和短切设备优化方案,具体为：玻璃纤维短切机理的主要结论：对于断裂伸长率为3%的玻璃纤维,切断刀具的刃口圆弧半径与纤维半径之比应小于32.3。传统纤维切断模型并不适用于玻璃纤维的短切加工分析,玻璃纤维短切设备的设计应以弯折模型为基础。压轮式切断机压辊聚氨酯层全新时适宜采用传统的切断模型分析；当聚氨酯缓冲层产生凹槽状刀痕时,弯折模型能够有效解释短切刀具刀口圆弧半径增大短切率却不下降的现象。玻璃纤维短切设备优化方案：1)在短切设备上采用纤维丝束主动导向装置能够提高短切刀具的利用率,延长刀具使用寿命；2)指出了玻璃纤维短切刀具的刃口楔角β0、刃口高度H、初始刃口圆弧半径rε0的相互关系,为刀具的优化设计提供了理论基础；3)垂直于刀具刃口的磨削损伤降低了刀具刃口交线的直线度,使刀具刃口各区域磨损不均匀,降低了刀具的使用寿命；4)首次提出了基于图像处理的短切率计算方案,并分析了其可行性。