CN102080302A - 一种极低膨胀高模量张力索及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种极低膨胀高模量张力索及其制作方法,张力索由碳纤维和胶黏剂制成,所述碳纤维采用T系列(T300、T700或T1000)、M系列(M35或M40)和P系列(P100)碳纤维,所述胶黏剂选用SY-53M胶作为胶黏剂。张力索的制作方法为:1、配胶;2、涂覆;3、浸胶;4、表面处理调整均匀;5、编织;6、表面处理调整均匀;7、预紧;8、固化。最终的张力索强度在1000MPa以上,弹性模量在200GPa以上,纵向膨胀系数小于1×10-6/℃,耐温范围为±120℃,具有一定的柔性和耐磨性,可以适应大温差,高强度等复杂环境。
Description
技术领域
本发明涉及一种低膨胀高模量张力索及其制作方法。
背景技术
在载人航天、登陆月球、深空探测中需要使用一种固定、定位以及动力传输的绳索。目前常用的绳索主要材料为钢丝或尼龙。但钢丝和尼龙各有其缺陷:钢丝的膨胀系数较大(膨胀系数为12%--13%),导致绳的长度易受温度影响,不易精确定位和固定,而且钢丝的弹性模量较小(弹性模量为172-202GPa);尼龙虽然耐腐蚀,但却容易老化且不耐辐照。
碳纤维是纤维状的碳材料,其化学组成中碳元素占总质量的90%以上。碳纤维及其复合材料具有高强度σt=3250MPa(离散系数为4.62%),高模量Et=236GPa(离散系数1.69%),低平均断裂伸长率ε=1.53%(离散系数为4.58%),耐高温,耐腐蚀,耐疲劳,抗蠕变,能导电,可传热和热膨胀系数小(2.36×10-6)等一系列优异性能。它们既可以作为结构材料承载负荷,又可以作为功能材料发挥作用。同时碳纤维具有纺织纤维的柔软可编性。根据碳纤维的这一特性,可以研制新型高性能的碳纤维复合材料绳索。它将具有传统绳索(天然纤维、有机纤维、无机纤维和钢丝绳等)和金属杆件无可比拟的优越性。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有钢丝制作的绳索在载人航天、登陆月球、深空探测中不易精确定位和固定的问题,进而提供一种极低膨胀高模量张力索及其制作方法。
本发明的一种极低膨胀率高模量张力索,包括碳纤维和胶黏剂,所述碳纤维采用T系列(T300、T700或T1000)、M系列(M35或M40)和P系列(P100)碳纤维,所述胶黏剂选用SY-53M胶作为胶黏剂,SY-53M胶中主剂和固化剂的配比为4∶0.5~1.5。
本发明所述张力索制作方法的步骤为:1、配胶,胶中主剂和固化剂的配比为4∶0.5~1.5,均匀混合;2、涂覆,用微型画刷将混合好的胶水均匀涂在碳纤维上;3、浸胶,静置5~10分钟,使胶水充分浸入碳纤维;4、表边处理,用微型画刷将碳纤维上的胶水调整均匀;5、编织,用螺旋交互法进行编织;6、表面处理,用微型画刷将碳纤维上多余的胶水除去并将余下的碳纤维调整均匀;7、预紧,在已编织好的碳纤维下系上质量大于10千克的重物,以减少张力所造成碳纤维间的空隙;8、固化,在50~70℃恒温、通风条件下固化12~18小时即可;所述碳纤维与胶的重量比为110∶0.6~1.8。
本发明利用高性能的碳纤维,通过借鉴日常生活中绳索的编织方法,配合优选的胶粘剂的使用(通过多种胶粘剂对比试验优选),制造出张力索的样品,并对其进行强度、应变、柔性、热膨胀等性能检测,最终的张力索达到了强度在1000MPa以上,弹性模量在200GPa以上,纵向膨胀系数小于1×10-6/℃,耐温范围为±120℃,并且具有一定的柔性(允许弯折半径小于48mm),且具有一定的耐磨性,可以适应大温差,高强度等复杂的环境。
碳纤维张力索能够克服传统钢丝索膨胀系数高以及尼龙绳模量低、不耐辐照等缺点,可以取代普通金属钢丝绳,广泛应用于宇航空间机构中。
附图说明
图1是八股螺旋交互法编织示意图。
具体实施方式
具体实施方式一:本实施方式的一种极低膨胀高模量张力索,由碳纤维和胶黏剂制成,所述碳纤维采用T系列(T300、T700或T1000)、M系列(M35或M40)和P系列(P100)碳纤维,所述胶黏剂选用SY-53M胶作为胶黏剂,SY-53M胶中主剂和固化剂的配比(按重量)为4∶0.5~1.5。
具体实施方式二:本实施方式所述SY-53M胶中主剂和固化剂的配比为4∶0.5。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式所述SY-53M胶中主剂和固化剂的配比为4∶1.5。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四:本实施方式所述SY-53M胶中主剂和固化剂的配比为4∶1。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五:本实施方式张力索制作方法的步骤为:1、配胶,胶中主剂和固化剂的配比为4∶0.5~1.5,均匀混合;2、涂覆,用微型画刷将混合好的胶水均匀涂在碳纤维上;3、浸胶,静置5~10分钟,使胶水充分浸入碳纤维;4、表面处理调整均匀;5、编织,用螺旋交互法进行编织;6、表面处理调整均匀;7、预紧,在已编织好的碳纤维下系上质量大于10千克的重物,以减少张力所造成碳纤维间的空隙;8、固化,在50~70℃恒温、通风条件下固化12~18小时即可,所述碳纤维与胶的重量比为110∶0.6~1.8,所述螺旋交互法为四股至二十股(股数均为偶数)螺旋交互法。
具体实施方式六:本实施方式所述的碳纤维是T300碳纤维,所述的胶中主剂和固化剂的配比为4∶1,所述螺旋交互法为四股螺旋交互法(见图1)。其它与具体实施方式五相同。
具体实施方式七:本实施方式所述的碳纤维是T1000碳纤维,所述的胶中主剂和固化剂的配比为4∶1.5,所述螺旋交互法为八股股螺旋交互法。其它与具体实施方式五相同。
具体实施方式八:本实施方式所述的碳纤维是T700碳纤维,所述的胶中主剂和固化剂的配比为4∶0.5,所述螺旋交互法为十二股螺旋交互法。其它与具体实施方式五相同。
具体实施方式九:本实施方式所述的碳纤维是M40碳纤维,所述的胶中主剂和固化剂的配比为4∶0.8,所述螺旋交互法为十六股螺旋交互法(见图1)。其它与具体实施方式五相同。
具体实施方式十:本实施方式所述的碳纤维是M35碳纤维,所述的胶中主剂和固化剂的配比为4∶1.2,所述螺旋交互法为二十股螺旋交互法。其它与具体实施方式五相同。
具体实施方式十一:本实施方式所述的碳纤维是P100碳纤维,所述的胶中主剂和固化剂的配比为4∶1,所述螺旋交互法为八股螺旋交互法。其它与具体实施方式五相同。
Claims (12)
1.一种极低膨胀高模量张力索,由碳纤维和胶黏剂制成,其特征在于,所述碳纤维采用T系列即T300、T700或T1000、M系列即M35或M40和P系列即P100碳纤维,所述胶黏剂选用SY-53M胶作为胶黏剂,SY-53M胶中主剂和固化剂的配比为4∶0.5~1.5。
2.根据权利要求1所述的极低膨胀高模量张力索,其特征在于,所述SY-53M胶中主剂和固化剂的配比为4∶0.5。
3.根据权利要求1所述的极低膨胀高模量张力索,其特征在于,所述SY-53M胶中主剂和固化剂的配比为4∶1.5。
4.根据权利要求1所述的极低膨胀高模量张力索,其特征在于,所述SY-53M胶中主剂和固化剂的配比为4∶1。
5.一种权利要求1所述张力索的制作方法:其特征在于,制作方法的步骤为:1、配胶,胶中主剂和固化剂的配比为4∶0.5~1.5,均匀混合;2、涂覆,用微型画刷将混合好的胶水均匀涂在碳纤维上;3、浸胶,静置5~10分钟,使胶水充分浸入碳纤维;4、表面处理,用微型画刷将碳纤维上的胶水调整均匀;5、编织,用螺旋交互法进行编织;6、表面处理,用微型画刷将碳纤维上多余的胶水除去并将余下的碳纤维调整均匀;7、预紧,给已编织好的碳纤维施加10至100千克力,以减少张力所造成碳纤维间的空隙;8、固化,在50~70℃恒温、通风条件下固化12~18小时即可;所述碳纤维与胶的重量比为110∶0.6~1.8。
6.根据权利要求5所述的张力索的制作方法,其特征在于,所述螺旋交互法为八股至二十股螺旋交互法。
7.根据权利要求5或6所述的张力索的制作方法,其特征在于,所述的碳纤维是T300碳纤维,所述的胶中主剂和固化剂的配比为4∶1,所述螺旋交互法为四股螺旋交互法。
8.根据权利要求5或6所述的张力索的制作方法,其特征在于,所述的碳纤维是T1000碳纤维,所述的胶中主剂和固化剂的配比为4∶1.5,所述螺旋交互法为八股螺旋交互法。
9.根据权利要求5或6所述的张力索的制作方法,其特征在于,所述的碳纤维是T700碳纤维,所述的胶中主剂和固化剂的配比为4∶0.5,所述螺旋交互法为十二股螺旋交互法。
10.根据权利要求5或6所述的张力索的制作方法,其特征在于,所述的碳纤维是M40碳纤维,所述的胶中主剂和固化剂的配比为4∶0.8,所述螺旋交互法为十六股螺旋交互法。
11.根据权利要求5或6所述的张力索的制作方法,其特征在于,所述的碳纤维是M35碳纤维,所述的胶中主剂和固化剂的配比为4∶1.2,所述螺旋交互法为二十股螺旋交互法。
12.根据权利要求5或6所述的张力索的制作方法,其特征在于,所述的碳纤维是P100碳纤维,所述的胶中主剂和固化剂的配比为4∶1,所述螺旋交互法为八股螺旋交互法。
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