CN103629515A - 可温控的复合材料管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可温控的复合材料管及其制作方法，包括复合材料管件、电热装置和供电模块，所述的电热装置内置于复合材料管件的管壁中，电热装置与供电模块之间通过导线形成供电回路。本发明的可温控的复合材料管结构简单可靠，高效环保，工艺操作方便，不需要引入过多的加工工序，在传统复合材料管件制作的基础上进行改进即可，有效的解决了复合材料管件在恶劣低温下性能降低的问题，并且可以有效避免由温度变化导致的变形问题。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其是一种可温控的复合材料管及其制作方法。
背景技术
复合材料由于其优良的综合性能被广泛应用于航空航天、国防、交通、体育等领域。波音和空中客车近年来研发制造的大型客机中，复合材料使用的比例超过百分之五十，大大提高了客机的经济性。随着各行业对材料性能要求的不断提高，复合材料在未来将会更大规模的使用。复合材料管件在桁架结构中应用广泛，然而对于常用的树脂基复合材料，在低温下使用，会引起树脂韧性下降，导致管件性能下降。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中复合材料管在低温下，树脂韧性下降，导致管件性能下降的技术问题，提供一种可温控的复合材料管及其制作方法，具有普通复合材料管件高强轻质的优点，同时温控功能使其能在较苛刻的低温下保持树脂韧性，维持较好性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可温控的复合材料管，包括复合材料管件、电热装置和供电模块，所述的电热装置内置于复合材料管件的管壁中，电热装置与供电模块之间通过导线形成供电回路。通过电热装置在管件需要加热时，开启加热，使管件保持适合的温度，使其能在较苛刻的低温下保持树脂韧性，维持较好性能。
作为优选，所述的复合材料管件由树脂为基体、碳纤维编织布为增强材料加工固化而成。
为了实现自动温度控制，所述的复合材料管件上还安装有温度传感器和根据温度传感器采集的温度数据控制电热装置工作的温控开关。
作为优选，所述的电热装置包括电热丝，所述的电热丝的表面涂覆有绝缘材料层。电热丝可方便的布置在复合材料管件内，操作方便，绝缘材料层避免漏电的发生、安全可靠。
进一步的，为减小不必要的热量耗散，所述的复合材料管件的表面涂覆有保温涂层。
一种制作上述可温控的复合材料管的方法，具有如下步骤：
步骤一、根据管件使用工况和载荷要求，进行碳纤维编织布铺层方向设计，确定各个方向碳纤维编织布的数量和排列方式；
步骤二、根据管件使用环境的温度，结合管件的尺寸，确定所需电热装置的功率和数量，并在电热装置中的电热丝表面涂覆绝缘材料层；
步骤三、将电热丝放入碳纤维编织布的铺层间，将碳纤维编织布卷铺成所需的管件尺寸，加入树脂材料后固化；
步骤四、对固化的管件进行打磨、清洗和干燥，注意不要损坏电热丝接头；
步骤五、在管件表面涂覆保温涂层；
步骤六、在管件上安装温度传感器，将温度传感器、温控开关、电热丝和供电装置通过导线形成供电控制回路，完成后对加热功能进行调试。
本发明的有益效果是，本发明的结构简单可靠，高效环保，工艺操作方便，不需要引入过多的加工工序，在传统复合材料管件制作的基础上进行改进即可，有效的解决了复合材料管件在恶劣低温下性能降低的问题，并且可以有效避免由温度变化导致的变形问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的可温控的复合材料管的结构示意图；
图2是本发明的可温控的复合材料管的剖视图。
图中：1. 复合材料管件，11. 电热装置，12. 碳纤维编织布，13. 保温涂层，2. 供电模块，3. 温度传感器，4. 温控开关。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1和图2所示，本发明的一种可温控的复合材料管，包括复合材料管件1、电热装置11和供电模块2，所述的电热装置11内置于复合材料管件1的管壁中，电热装置11与供电模块2之间通过导线形成供电回路。通过电热装置11在管件需要加热时，开启加热，使管件保持适合的温度，使其能在较苛刻的低温下保持树脂韧性，维持较好性能。
作为优选，所述的复合材料管件1由树脂为基体、碳纤维编织布12为增强材料加工固化而成。
为了实现自动温度控制，所述的复合材料管件1上还安装有温度传感器3和根据温度传感器3采集的温度数据控制电热装置11工作的温控开关4。
作为优选，所述的电热装置11包括电热丝，所述的电热丝的表面涂覆有绝缘材料层。电热丝可方便的布置在复合材料管件1内，操作方便，绝缘材料层避免漏电的发生、安全可靠。
进一步的，为减小不必要的热量耗散，所述的复合材料管件1的表面涂覆有保温涂层13。
实施例：某卫星用管件，当运行到受光面时，管件表面温度达到200℃以上，而运行到背光面时，管件表面温度降至-270℃。
步骤一、根据管件使用工况和载荷要求，采用碳纤维编织布作为增强材料，环氧树脂作为基体，管件外径40mm、薄厚2mm，碳纤维编织布的铺层数为10层；
步骤二、根据管件使用环境的温度（-270℃～200℃），结合管件的尺寸（外径40mm、薄厚2mm），确定所需电热装置的功率和数量，并在电热装置中的电热丝表面涂覆绝缘材料层；
步骤三、先卷铺5层碳纤维编织布，将电热丝放入碳纤维编织布的铺层间，再卷铺外5层，加入环氧树脂材料后固化成所需尺寸的管件；
步骤四、对固化后的管件进行打磨、清洗和干燥，注意不要损坏电热丝接头；
步骤五、在管件表面涂覆保温涂层；
步骤六、在管件上安装温度传感器，将温度传感器、温控开关、电热丝和供电装置通过导线形成供电控制回路，完成后对加热功能进行调试。
需要注意的是，和管件连接的金属零件需要进行阳极化表面处理后，再与管件进行连接。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (6)
1.一种可温控的复合材料管，其特征是：包括复合材料管件、电热装置和供电模块，所述的电热装置内置于复合材料管件的管壁中，电热装置与供电模块之间通过导线形成供电回路。
2.如权利要求1所述的可温控的复合材料管，其特征是：所述的复合材料管件由树脂为基体、碳纤维编织布为增强材料加工固化而成。
3.如权利要求1所述的可温控的复合材料管，其特征是：所述的复合材料管件上还安装有温度传感器和根据温度传感器采集的温度数据控制电热装置工作的温控开关。
4.如权利要求1所述的可温控的复合材料管，其特征是：所述的电热装置包括沿轴向布置或螺旋布置的电热丝，所述电热丝的表面涂覆有绝缘材料层。
5.如权利要求1所述的可温控的复合材料管，其特征是：所述的复合材料管件的表面涂覆有保温涂层。
6.一种制作上述可温控的复合材料管的方法，其特征是具有如下步骤：
步骤一、根据管件使用工况和载荷要求，进行碳纤维编织布铺层方向设计，确定各个方向碳纤维编织布的数量和排列方式；
步骤二、根据管件使用环境的温度，结合管件的尺寸，确定所需电热装置的功率和数量，并在电热装置中的电热丝表面涂覆绝缘材料层；
步骤三、将电热丝放入碳纤维编织布的铺层间，将碳纤维编织布卷铺成所需的管件尺寸，加入树脂材料后固化；
步骤四、对固化的管件进行打磨、清洗和干燥，注意不要损坏电热丝接头；
步骤五、在管件表面涂覆保温涂层；
步骤六、在管件上安装温度传感器，将温度传感器、温控开关、电热丝和供电装置通过导线形成供电控制回路，完成后对加热功能进行调试。
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