CN102080302B - 一种极低膨胀高模量张力索的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种极低膨胀高模量张力索的制作方法，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

一种极低膨胀高模量张力索的制作方法

技术领域

本发明涉及一种低膨胀高模量张力索的制作方法。

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172-202 GPa )；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（                                                

）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的制作方法。

本发明的一种极低膨胀率高模量张力索的制作方法的步骤为：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；所述碳纤维采用T系列中的T300 、T700或T1000、M系列中的M35或M40和P系列中的P100碳纤维。

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 (8)

1.一种极低膨胀高模量张力索的制作方法：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；所述碳纤维采用T系列中的T300 、T700或T1000、M系列中的M35或M40和P系列中的P100碳纤维。

2.根据权利要求1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，股数为偶数。

3.根据权利要求1所述的张力索的制作方法，其特征在于，所述的碳纤维替换为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。

4.根据权利要求1所述的张力索的制作方法，其特征在于，所述的碳纤维替换为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。

5.根据权利要求1所述的张力索的制作方法，其特征在于，所述的碳纤维替换为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。

6.根据权利要求1所述的张力索的制作方法，其特征在于，所述的碳纤维替换为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。

7.根据权利要求1所述的张力索的制作方法，其特征在于，所述的碳纤维替换为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。

8.根据权利要求1所述的张力索的制作方法，其特征在于，所述的碳纤维替换为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。

Images