CN103707561B - 一种夹芯层复合材料灯杆及其快速成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种夹芯复合材料管件及其快速成型方法，主要应用于电力支撑结构工程中。它包括内蒙皮、外蒙皮和夹设在内蒙皮和外蒙皮之间的夹芯层，其特点为：夹芯层由竹帘和不饱和聚酯树脂胶液复合而成。其快速成型方法，包括在涂有脱模剂的模具上成型内蒙皮的步骤，以及在夹芯层表面成型外蒙皮的步骤；还包括步骤如下：1)在内蒙皮上表面铺设竹帘；2)竹帘长向相邻2根竹条之间的缝隙用不饱和聚酯树脂胶液填实；3)在竹帘上缠绕经不饱和聚酯树脂胶液浸润的玄武岩纤维纱成型外蒙皮；4)在外蒙皮表面再缠绕脱模布；固化后脱模；一次成型为夹芯复合材料灯杆。其具耐酸、耐碱性能，质轻，变形量小，成本低，成型速度快易于推广应用。

Description

一种夹芯层复合材料灯杆及其快速成型方法

技术领域

本发明涉及一种灯杆及其成型方法；具体讲是一种夹芯层复合材料灯杆及其快速成型方法。

背景技术

现有技术中，灯杆制品多以金属材质制作灯杆为主，金属灯杆具有强度高、成型周期短、生产制造与组装工艺成熟等特点；但是，金属灯杆的耐酸性差，实际使用时，经常会因气候变化和环境等因素受到腐蚀而导致灯杆的强度降低；为了解决灯杆耐腐蚀及强度低的缺陷，近年来，玻璃纤维增强复合材料灯杆以其质轻、抗拉伸强度高且耐酸性腐蚀等优异特性逐渐为市场认可；而玻璃纤维增强复合材料灯杆的成型过程要经过繁琐的工序步骤，尤其在固化制度上要经过2-3次或者更多的旋转固化工序方可成型，由此造成玻璃纤维增强复合材料灯杆成型周期较长；其次，由于旋转固化装置复杂使得单位时间内固化的数量有限，最终导致其固化效率低；再次，由于成型玻璃纤维增强复合材料灯杆所用的玻璃纤维和树脂等原材料成本较高而促使其总成本较金属灯杆制品的总成本要高出1-2倍；同时，玻璃纤维增强复合材料灯杆的耐碱性能差，在碱性环境中易被腐蚀，而玻璃纤维增强复合材料灯杆一旦被腐蚀破坏，其强度也将大大降低，导致其灯杆断裂甚至造成通电故障；以上缺陷的存在阻碍了复合材料灯杆的研制与发展。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种可同时具有耐酸耐碱性能的夹芯复合材料灯杆，同时还提供了一种可一次固化成型的夹芯复合材料灯杆的快速成型方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种夹芯复合材料灯杆，包括内蒙皮、外蒙皮和夹设在内蒙皮和外蒙皮之间的夹芯层；夹芯层由竹帘和不饱和聚酯树脂胶液复合而成；其特点为：内蒙皮和外蒙皮均由玄武岩纤维增强材料铺覆而成；所述夹芯复合材料灯杆为上小下大的圆锥筒体，其筒壁厚度为5-16mm；沿该圆锥筒体长向的大端和小端均为直筒状；中间为锥段；其中，大端直段的内径为150-350mm，长度为30-100mm；小端直段的内径为50-150mm，长度为30-100mm；中间锥段的长度为8000-9000mm；中间锥段一端的内径与大端直段内径相同，另一端的内径与小端直段内径相同；小端、中段和大端以缠绕方式一体成型为所述夹芯复合材料灯杆。

上述内蒙皮的厚度为1-2mm，夹芯层的厚度为2-10mm，外蒙皮的厚度为2-4mm。

上述的竹帘为线绳编织竹条构成；其中，竹条的厚度为2-10mm，宽度为2-3mm，长度为8060-9200mm。

本发明另一个目的是提供一种上述夹芯复合材料灯杆的快速成型方法，包括步骤如下：1)由玄武岩纤维增强材料在涂有脱模剂的灯杆模具上缠绕成型内蒙皮；2)在内蒙皮表面上铺覆由竹帘和不饱和聚酯树脂胶液复合而成的夹芯层；3)在该夹芯层表面铺覆由玄武岩纤维增强材料复合成型的外蒙皮；4)在外蒙皮外表面再缠绕一层脱模布；5)将步骤4)缠绕有脱模布的预成型体连同所述模具置于起支撑作用的型托上在规定的固化温度和时间内将其固化；最后将该脱模布由所述外蒙皮表面撕掉，一次成型为所述夹芯复合材料灯杆；该夹芯复合材料灯杆为由小端直段、中间锥段和大端直段构成的圆锥筒体，其筒壁厚度为5-16mm。

上述步骤4)所用的脱模布，其厚度为0.05mm-0.1mm。

2个上述型托分别位于距该模具的两端部100mm-200mm处；所用的型托为V型托或U型托；型托可以采用木托或金属托。

上述规定的固化温度为10℃-35℃；固化时间为1-2小时。

本发明所用的不饱和聚酯树脂胶液内含有不饱和聚酯树脂90-100重量份，还加入有固化剂1-3重量份，促进剂0.5-1.5重量份。

本发明所用的玄武岩纤维纱选用纱密度为1.2g/m的玄武岩纤维纱。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果如下：1)通过使用玄武岩纤维作为增强材料与竹帘构成的夹芯复合材料成型的复合材料灯杆，即解决了金属制灯杆耐酸性差的问题，又解决了玻璃纤维作为增强材料制成的复合材料灯杆耐碱性差的问题，扩大了其应用范围。2)通过使用竹帘夹芯材料，降低了复合材料灯杆制品的重量、缩小了复合材料灯杆制品的变形量，提高了其力学性能，同时又对天然竹木类植物纤维进行了有效利用，有效的降低了原材料成本，增强了其竞争优势。3)由于内蒙皮、夹芯层与外蒙皮的铺覆过程可连续进行，中间不需要分次进行固化，且外蒙皮外层缠绕脱模布后无需旋转固化装置即可完成固化过程，相比现有玻璃纤维增强复合材料灯杆制造技术中的成型时间节省了1-2次的固化时间，同时还提高了单位时间内固化产品的数量，可降低1/2-2/3的固化时间，从而缩短了生产周期，提高了生产效率，降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明玄武岩纤维增强竹帘夹芯复合材料灯杆的整体结构示意图。

图2为图1A－A向横截面的结构示意图。

图3为沿其夹芯复合材料灯杆长向结构展开的竹帘夹芯层结构示意图。

图4为图1中竹帘夹芯层的卷曲结构示意图。

具体实施方式

本发明中的夹芯复合材料灯杆，包括内蒙皮、外蒙皮和夹设在内蒙皮和外蒙皮之间的夹芯层；其中，夹芯层由竹帘和不饱和聚酯树脂胶液复合而成。

上述的夹芯复合材料灯杆为上小下大的圆锥筒体，其筒壁厚度为5-16mm；沿该圆锥筒体的长向分设为三段，大端和小端均为直筒状；中段为锥段；其中，大端直段的内径为150-350mm，长度为30-100mm；小端直段的内径为50-150mm，长度为30-100mm；中间锥段的长度为8000-9000mm，中间锥段一端的内径与大端直段内径相同，另一端的内径与小端直段内径相同；由大端直段的内端口至小端直段的内端口之间的连接段为中间锥段；三段以缠绕方式一体成型为本发明的夹芯复合材料灯杆。

上述内蒙皮的厚度为1-2mm,夹芯层的厚度为2-10mm，外蒙皮的厚度为2-4mm。

上述的竹帘为线绳编织竹条构成；其中，竹条的厚度为2-10mm，宽度为2-3mm，长度为8060-9200mm。

本发明还包括一上述夹芯复合材料灯杆的快速成型方法，包括步骤如下：1)由玄武岩纤维增强材料在涂有脱模剂的灯杆模具上缠绕成型内蒙皮；2)在内蒙皮表面上铺覆由竹帘和不饱和聚酯树脂胶液复合而成的夹芯层；3)在该夹芯层表面铺覆由玄武岩纤维增强材料复合成型的外蒙皮；4)在外蒙皮外表面再缠绕一层脱模布；5)将步骤4)缠绕有脱模布的预成型体连同所述模具置于起支撑作用的型托上在规定的固化温度和时间内将其固化，再将该脱模布由该外蒙皮表面撕掉；一次成型为所述夹芯复合材料灯杆；该夹芯复合材料灯杆为由小端直段、中间锥段和大端直段构成的圆锥筒体，其筒壁厚度为5-16mm。

其中，步骤4)的脱模布经手动环向缠绕，其厚度为0.05mm-0.1mm；

步骤5)中2个起支撑作用的型托可以用金属托或木托，型托形状可以选用V型托或U型托；固化温度通常在10℃-35℃的环境内，最佳为室温；固化时间为1-2小时。

在外蒙皮上缠绕脱模布，可免去传统工艺中，夹芯层复合材料灯杆的成型必须要用旋转固化装置慢速固化成型的繁琐工序；采用2个起支撑作用的V型或U型托支撑于缠绕模具两端部100mm-200mm的范围内代替旋转固化装置一次性固化成型；省去了旋转固化设备，简化了固化工序，缩短了成型周期，增加了单位时间内固化产品的数量，显著提高了本发明夹芯层复合材料灯杆的固化效率。

上述所用的不饱和聚酯树脂胶液内含有不饱和聚酯树脂90-100重量份，固化剂1-3重量份，促进剂0.5-1.5重量份。

所用的脱模布为聚酯类脱模布；所用的玄武岩纤维纱的纱密度为1.2g/m的玄武岩纤维纱。

以下通过附图对本发明的技术方案做进一步说明。

如图1、图2、图3、图4所示，本发明的玄武岩纤维增强竹帘夹芯复合材料灯杆为不规则的圆锥筒体，沿其长度方向分为大端直段1、中间锥段2、小端直段3；筒壁厚由内蒙皮4、外蒙皮5和竹帘夹芯层6复合而成；竹帘夹芯层6夹设于内蒙皮4与外蒙皮5之间。

其中，大端直段1的内径为150-350mm，长度为30-100mm，小端直段3的内径为50-150mm，长度为30-100mm，中间锥段2的长度为8000-9000mm，其两端内径分别与大端直段1的内径与小端直段3的内径相同；该夹芯层复合材料灯杆的杆壁厚度相同，均为5-16mm；杆壁中的内蒙皮4厚度为1-2mm,夹芯层5厚度为2-10mm，外蒙皮6厚度为2-4mm。大端直段1、中间锥段2与小端直段3以缠绕方式一体成型。

本发明中的夹芯层5选用由四川广安竹帘制造厂生产的型号为GZ-01的竹帘编织物，其中，竹条的厚度为该夹芯层的厚度为2-10mm；竹条的宽度为2-3mm，竹条的长度为本发明夹芯复合材料灯杆的长度，其长度为8060-9200mm；由多根竹条并排铺放，用普通棉线绳将其缝合；除此之外，还可以选用与本发明夹芯复合材料灯杆厚度、宽度和长度相同或形状相同的竹帘产品；在竹帘夹芯层展开的结构中，大端矩形段7为大端直段1的展开结构；等腰梯形段8为中间锥段2的展开结构；小端矩形段9为小端直段3的展开结构；其中，大端直段1的内径为150-350mm，长度为30-100mm，小端直段3的内径为50-150mm，长度为30-100mm，中间锥段2的长度为8000-9000mm，其两端内径分别与大端直段1的内径以及小端直段3的内径相同，夹芯层复合材料灯杆的杆壁厚度为5-16mm，各段的宽度与该夹芯复合材料灯杆杆壁相对截面的周长相同。

整个成型工艺中，内蒙皮4采用现有的缠绕技术将浸润不饱和聚酯树脂胶液的玄武岩纤维纱缠绕于预制的模具表面，竹帘夹芯层5直接铺覆于内蒙皮表面，免去用不饱和聚酯树脂浸润的过程；用毛刷将竹帘夹芯层上若干竹条之间的缝隙用不饱和聚酯树脂胶液填实充满即可；然后在其上再用浸润不饱和聚酯树脂胶液的玄武岩纤维纱缠绕铺覆形成外蒙皮6。

在上述成型后的玄武岩纤维增强竹帘夹芯复合材料灯杆的外表面缠绕一层脱模布，然后将其随同缠绕模具一起置于2个起支撑作用的V型或U型托上，在10℃下室温或至少的固化装置固化1-2小时后脱模；最后撕掉外蒙皮表面的脱模布即成型所述玄武岩纤维增强竹帘夹芯复合材料灯杆。

上述实例中，夹芯复合材料灯杆所用的缠绕成型模具可以是玻璃钢制模具，也可以是钢制模具。

本实例中，内蒙皮4和外蒙皮6的成型均采用玄武岩纤维增强材料以常规的纤维缠绕方式成型，竹帘夹芯层5由直接铺于内蒙皮4之上的竹帘和不饱和聚酯树脂胶液复合而成；具体操作为：

1)在预制的模具上涂覆脱模剂；用玻璃钢模具时，脱模剂可选用市售的有机硅脱模剂，在该脱模剂上缠绕一层聚酯塑料薄膜，将模具表面覆盖住，聚酯塑料薄膜的两端搭接，搭接宽度为15～25mm；用钢制模具时，涂覆的脱模剂选用市售的任一种高效脱模剂；然后在其上缠绕成型内蒙皮4；

树脂体系选用常温固化的不饱和聚酯树脂胶液。该不饱和聚酯树脂胶液由不饱和聚酯树脂90-100重量份，固化剂1-3重量份，促进剂0.5-1.5重量份混合搅拌均匀而成，然后将其不饱和聚酯树脂胶液放入预置的浸胶槽内备用；

纤维增强材料选用玄武岩纤维无捻粗纱，将该玄武岩纤维无捻粗纱先经不饱和聚酯树脂胶液浸渍后利用缠绕设备机械缠绕在预制的缠绕模具上，形成厚度为1-2mm的内蒙皮。

2)竹帘夹芯层5的成型

将按夹芯复合材料灯杆规格编织好的竹帘铺覆在内蒙皮的表面上，再用毛刷将竹帘上若干竹条之间的缝隙用不饱和聚酯树脂胶液填实充满，构成厚度为2-10mm的竹帘夹芯层。

3)铺覆外蒙皮6

树脂体系选用与内蒙皮4成型所用相同的不饱和聚酯树脂胶液，所用的纤维增强材料与内蒙皮4所用的纤维增强材料相同，成型方式方法与内蒙皮4相同，形成厚度为2-4mm的外蒙皮。

4)在步骤3)所述外蒙皮表面再手动环向缠绕一层脱模布，脱模布厚度为0.05mm-0.1mm。

5)固化成型

将经步骤5)缠绕成的夹芯复合材料灯杆连同其缠绕模具一起置于2个起支撑作用的V型或U型托上，在10℃-35℃环境下固化1-2小时；最佳为室温；固化完全后，再对两端进行修整加工，保证其长度的准确；然后，将加工好的夹芯复合材料灯杆连同缠绕模具一起运到脱模机处，采用常规的脱模工装脱模，再撕掉外蒙皮6表面的脱模布后成型为本发明的夹芯复合材料灯杆。

Claims (7)

1.一种夹芯复合材料灯杆的快速成型方法，包括步骤如下：1)由玄武岩纤维增强材料在涂有脱模剂的灯杆模具上缠绕成型内蒙皮；2)在内蒙皮表面上铺覆由竹帘和不饱和聚酯树脂胶液复合而成的夹芯层；3)在该夹芯层表面铺覆由玄武岩纤维增强材料复合成型的外蒙皮；4)在外蒙皮外表面再缠绕一层脱模布；5)将步骤4)缠绕有脱模布的预成型体连同所述模具置于起支撑作用的型托上在规定的固化温度和时间内将其固化，最后将该脱模布由所述外蒙皮表面撕掉，一次成型为所述夹芯复合材料灯杆；该夹芯复合材料灯杆为由小端直段、中间锥段和大端直段构成的圆锥筒体，其筒壁厚度为5-16mm。

2.根据权利要求1所述夹芯复合材料灯杆的快速成型方法，其特征在于：步骤4)所述脱模布的厚度为0.05mm-0.1mm。

3.根据权利要求2所述夹芯复合材料灯杆的快速成型方法，其特征在于：所述型托设有2个，2个型托分别位于距所述模具的两端部100mm-200mm处。

4.根据权利要求3所述夹芯复合材料灯杆的快速成型方法，其特征在于：所述型托为V型托或U型托。

5.根据权利要求1－4任一项所述夹芯复合材料灯杆的快速成型方法，其特征在于：所述规定的固化温度为10℃-35℃；固化时间为1-2小时。

6.根据权利要求5所述夹芯复合材料灯杆的快速成型方法，其特征在于：所述不饱和聚酯树脂胶液内含有不饱和聚酯树脂90-100重量份，固化剂1-3重量份，促进剂0.5-1.5重量份。

7.根据权利要求6所述的快速成型方法，其特征在于：所述玄武岩纤维增强材料采用纱密度为1.2g/m的玄武岩纤维纱。