CN107438561A - 由复合材料形成的绑扎杆及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及既轻，又可承受高的拉伸载荷的、将复合材料通过细丝缠绕施工法成形的绑扎杆及其制造方法。在本发明中，在具有中心部的芯和槽的嵌环外部缠绕拉伸强度高的连续纤维来包围复合材料，载荷所集中的特定部位由金属部件构成。因此，本发明对用于集装箱捆绑的绑扎杆进行轻量化来使搬运、设置作业的效率最大化。

Description

由复合材料形成的绑扎杆及其制造方法
技术领域
本发明涉及用于集装箱捆绑(lashing)的设备，尤其，涉及轻且可承受高的拉伸载荷的、将复合材料(composite)通过细丝缠绕施工法成形的绑扎杆及其制造方法。
背景技术
通常，甲板部集装箱是以有效率且经济性地收容货物来搬运的箱子形容器。
近来，以节减集装箱的输送费用为目的，出现了超大型集装箱船舶，其在甲板部上以6层以上层叠集装箱来装载并运输数千个的集装箱的情况频繁出现。
图1为示出目前通常所使用的集装箱捆绑设备的图。
如图1所示，为了上下结合，以往的集装箱10将扭锁(Twistlock)11连接于所装运的每个集装箱10之间，之后，为了加强对倾斜载荷及水平载荷的刚性，利用绑扎杆(LashingBar)13和螺丝扣(Turnbuckle)15来以“X”字形态固定于甲板部。
通常，当在集装箱船舶中进行海上运输时，以防止集装箱的倾斜或坍塌事故的目的，需要集装箱的角件(corner fitting)和螺丝扣相连接时，使用绑扎杆。
如图2a及2b所示，以往所使用的绑扎杆根据其形状分为眼型(eye type)和旋钮式(knob type)。
图2a的眼型绑扎杆，包括：钩(Hook)形状的连接部，可将杆的一侧末端部固定于集装箱；以及椭圆形状的连接部，形成于另一侧。
图2b的旋钮式绑扎杆，包括：钩形状的连接部，可将杆的一侧末端部固定于集装箱；以及多个连接塞杆(stopper)，在另一侧以能够调节长度的方式形成。
另一方面，船在行驶途中进行旋转(rolling)、纵摇(pitching)、垂荡(heaving)等多种运动，根据上述运动，接收x、y、z方向的加速度。上述加速度最终作用于集装箱，作为冲击力(lashing force)来起作用。
因此，为了充分承受当船舶行驶时所产生的旋转和纵摇及风力，根据船级等安全管理规定而被严格的管理绑扎杆，由此确保设计的标准值以上的牢固固定。为了满足上述要求，只使用从监督机关认证其性能的产品。
为了满足上述规定，通常使用SCR4、SCM4、SNCM8等的高张力合金钢材，在长度长达5m的产品的情况下，每单位产品的重量达到20～25kg，长度为2.5～3m的产品的重量也达到10～15kg，因此，在搬运、设置及拆卸的工作过程中，由于工作人员的疲劳度和安全事故的危险，诱发作业效率降低、且逃避作业等的问题。
发明内容
发明要解决的技术问题
因此，本发明为了解决上述问题而提出，其目的在于，提供如下的由复合材料形成的绑扎杆及其制造方法，即，将利用与高张力特殊钢相比拉伸强度高且比重低的连续纤维的复合材料，由细丝缠绕施工法制造绑扎杆，从而减少绑扎杆过多的重量。
解决技术问题的手段
用于实现如上所述的目的的本发明的由复合材料形成的绑扎杆，包括：缠绕有复合材料的杆形态的中心部，在形成中心部的芯的金属材料的圆筒形芯的外周面周围，缠绕连续纤维；椭圆形态的连接部，形成于上述杆形态中心部的一侧，在由金属材料形成的环状嵌环的槽缠绕有连续纤维；以及钩形态的连接部，形成于上述杆形态中心部的另一侧，在由金属材料形成的两个孔状嵌环的槽缠绕有连续纤维。
用于实现本发明目的的由复合材料形成的绑扎杆制造方法，包括：步骤(1)，组装上述绑扎杆成形框架，并装入细丝缠绕装备；步骤(2)，根据细丝缠绕方法，向所装入的上述绑扎杆成形框架的外周面缠绕连续纤维；以及步骤(3)，对所缠绕的连续纤维进行固化处理来形成绑扎杆。
发明的效果
本发明的由复合材料形成的绑扎杆及其制造方法，可制造如下的集装箱绑扎杆：将利用拉伸强度与高张力特殊钢相比达到4倍～6倍且比重与特殊钢相比为25％～30％水平的玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等的连续纤维的复合材料，通过细丝缠绕施工法成形，载荷集中的特定部位则由金属部件构成，从而既轻，又可承受高拉伸载荷。
因此，根据本发明而制造的绑扎杆，以以往的金属材料绑扎杆具有的重量的30％～50％水平，突破性的进行轻量化，使搬运、设置作业的效率最大化，并且，减少由此引起的安全事故并解决逃避作业问题，不仅如此，针对以往金属材料产品具有的腐蚀问题引起的受限的寿命，利用复合材料的耐腐蚀性特性能够半永久性地使用。
附图说明
图1为示出以往绑扎集装箱的方法的图。
图2a-2b为示出由以往所使用的金属材料形成的绑扎杆的形状的例示图。
图3为用于说明本发明的复合材料绑扎杆制造方法的工序图。
图4为使用于图3的制造方法中所使用的部件结构图。
图5a-5c为示出图3的制造方法中通过细丝缠绕施工法缠绕连续纤维的过程的图。
图6及图7为示出本发明的由复合材料形成的绑扎杆的图。
200：绑扎杆成形框架 210：圆筒形芯
220：环状嵌环 230：孔状嵌环
240：连续纤维 250：集装箱钩
260：螺栓 300：由复合材料形成的绑扎杆
310：中心部 320、330：连接部
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
图3为用于说明本发明的复合材料绑扎杆制造方法的工序图，图4为使用于图3的制造方法中所使用的部件结构图，图5a-5c为示出图3的制造方法中通过细丝缠绕施工法缠绕连续纤维的过程的图，图6及图7为示出本发明的由复合材料形成的绑扎杆的图。
首先，参照图3，对本发明的复合材料绑扎杆制造方法进行说明，将所准备的多个部件以如图4所示的杆的方式组装并装入细丝缠绕装备(步骤110)。
在本实施例中，所准备的部件包括圆筒形芯(core)210、环状嵌环(thimble)220及两个孔状嵌环230。
圆筒形芯210构成中间的芯部分，其由具有如下程度的厚度的金属材料管形成，即，当缠绕(winding)连续纤维时，施加张力时不弯曲的程度。
在圆筒形芯210的一侧组装有环状嵌环220，在另一侧以相互相向的状态组装有一个或两个孔状嵌环230。
其中，多个嵌环220、230由金属材质形成，在绑扎杆制造工序上起到用于缠绕连续纤维的框架作用，之后，可与集装箱的钩(Hook)相连接，构成可挂于其他环的绑扎杆的连接部。
将由如上所述的方式组装的部件作为绑扎杆成形框架200装入细丝缠绕装备后，根据细丝缠绕程序缠绕连续纤维240(步骤120)。
通常，细丝缠绕(Filiment winding)法为将FRP(纤维增强复合塑料)的连续细丝向芯轴(mandrel)表面施加张力的同时缠绕，进行加热固化后从芯轴脱离的成形法，使用于圆筒形或矩形压力容器、箱、管等旋转对称的结构物的制造。
如图5a至5c所示，本发明通过适用上述细丝缠绕施工法在中心部芯210和两侧组装有嵌环220、230的绑扎杆成形框架200上排列高拉伸强度和重量轻的复合材料的连续纤维。
连续纤维排列方法，当在平面上观察时，如图5b所示，将通过环状嵌环220的槽部位的连续纤维240沿着长度方向(0度)进行排列(①号)，使长度方向的拉伸强度以最有效的方式传递。
之后，为了在圆筒形芯210的长度方向均匀地分布纤维并使拉伸强度的损失最小化，将连续纤维240限制于±15度以下来进行排列(②)。
之后，为了承受在进行设置作业的过程中所产生的扭转(Torsion)载荷，沿着±40度～±50度方向排列连续纤维240(③)，从而有效且充分地抵抗扭转载荷。
按照上述①→②→③的排列顺序，在施加张力的同时将连续纤维240向绑扎杆成形框架(20)表面以规定次数反复缠绕。
图5c示出在正面观察的连续纤维排列方法。
在本发明中所要适用的连续纤维240的多个种类为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维及聚乙烯纤维。上述纤维的常规拉伸强度，如下述表1所示，高于高张力钢的拉伸强度。
表1
在将上述复合材料的连续纤维240向绑扎杆成形框架200表面施加张力的同时缠绕的状态下，安装于旋转型固化烘箱来进行固化处理后(步骤130)，在具有集尘设备的丝状工作现场进行去除表面的尖锐部位的脱模/丝状工序(步骤140)。
之后，对进行脱模/丝状的产品进行拉伸及扭转载荷试验后(步骤150)，包装/运送符合要求条件的产品(步骤160)。
经过上述多个工序制造完成的本发明的由复合材料形成的绑扎杆具有如图6及图7所示的形状。
如图6及图7所示，本发明的由复合材料形成的绑扎杆300为眼型(eye type)，包括杆形态的中心部310、其一侧的椭圆形态的连接部320及其另一侧的钩形态的连接部330。
其中，如放大示出的那样，椭圆形态的连接部320呈金属材料环状嵌环220和其槽的连续纤维复合材料240形成为一体的形态。
在杆形态的中心部310中，金属材料圆筒形芯210位于中央，呈在其外周面的周围和连续纤维复合材料240形成为一体的形态。
在钩形态的连接部330中，在由金属材料形成的两个孔状嵌环230相向的状态下，其之间与集装箱钩250相连接，螺栓260贯通嵌环230上的孔来使其相结合。此时，孔状嵌环230的槽呈与连续纤维复合材料240形成为一体的形态。
因此，根据本发明制造的由复合材料形成的绑扎杆300，既轻，又可承受高拉伸载荷。
在本发明中以眼型绑扎杆的制造为实施例进行了说明，但是，若使用沿着长度方向以规定间隔形成有塞杆的圆筒形芯210来组装绑扎杆成形框架200并以如上所述的工序排列连续纤维，则可制造由复合材料形成分的旋钮式绑扎杆，对此，对于普通技术人员来说，不进行具体说明也是显而易见的。
另一方面，本发明并不限定于所记载的实施例，对于本技术领域普通技术人员来说，在不超过本发明的技术思想及范围内，能够进行多种修改及变形是显而易见的。
因此，这种变形例或修改均属于本发明的请求保护范围内。

Claims (6)

1.一种由复合材料形成的绑扎杆的制造方法，其特征在于，包括：
步骤(1)，以圆筒形芯为中心，在一侧末端部组装环状嵌环，在另一侧末端部组装孔状嵌环，形成上述绑扎杆成形框架，之后装入细丝缠绕装备；
步骤(2)，通过细丝缠绕方法，向装入的上述绑扎杆成形框架的外周面缠绕连续纤维；以及
步骤(3)，对所缠绕的连续纤维进行固化处理来形成绑扎杆，
上述步骤(2)包括：
步骤(2a)，将通过上述环状嵌环的槽部位的连续纤维沿着长度方向(0度)进行排列；
步骤(2b)，在上述圆筒形芯的长度方向上，以限制在±15度以下的方式排列上述连续纤维；以及
步骤(2c)，通过反复执行沿着±40度至±50度之间的方向排列连续纤维的步骤来进行缠绕。
2.根据权利要求1所述的由复合材料形成的绑扎杆的制造方法，其特征在于，在上述步骤(1b)中，将两个孔状嵌环以相向的状态组装在上述圆筒形芯的另一侧末端部。
3.根据权利要求1所述的由复合材料形成的绑扎杆的制造方法，其特征在于，在上述步骤(2)中，在向绑扎杆成形框架表面施加张力的情况下，以步骤(2a)至步骤(2c)的排列顺序反复执行规定次数来进行缠绕。
4.根据权利要求1所述的由复合材料形成的绑扎杆的制造方法，其特征在于，能够根据上述绑扎杆成形框架的形状来选择性地制造眼型绑扎杆或旋钮式绑扎杆。
5.根据权利要求1所述的由复合材料形成的绑扎杆的制造方法，其特征在于，上述连续纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维及聚乙烯纤维中的一种。
6.一种根据权利要求1至5中任一项所述的方法制造的由复合材料形成的绑扎杆，其特征在于，
以金属材质圆筒形态的芯为中心在两侧末端组装有金属材质椭圆形嵌环和孔状嵌环而形成框架，使连续纤维在上述框架中沿着芯的外表面和嵌环的槽以经过轴的中心部的方式进行细丝缠绕而成。
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