CN107571570B - 一种高强度碳纤维方管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及碳纤维管材技术领域，具体为一种高强度碳纤维方管，所述碳纤维方管的管体包括相互平行的两块腹板和相互平行的两块翼板组成，所述腹板与翼板均由多层单向碳纤维布层叠压合而成，所述腹板和翼板的各层单向碳纤维布边缘相互搭接并压合，所述翼板由47层单向碳纤维布压合而成，所述腹板由30层单向碳纤维布压合而成，所使用的材料涉及T700±45°、T700 90°、T700±60°、M40 0°。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维管材技术领域，具体为一种高强度碳纤维方管。
背景技术
对于当代军用方舱的制造，材料的轻量化越来越被重视，在追求极致轻量化的同时，材料的极限强度要求标准也被不断提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度碳纤维方管，该碳纤维方管的翼板面纵向碳管抗弯刚度模量>200GPa、腹板面纵向碳管抗弯刚度模量>160GPa。
为实现这一目的，本发明采用如下技术方案：一种高强度碳纤维方管，所述碳纤维方管的管体包括相互平行的两块腹板和相互平行的两块翼板组成，所述腹板与翼板均由多层单向碳纤维布层叠胶粘压合而成，所述腹板和翼板的各层单向碳纤维布边缘相互搭接并压合，其特征在于，
所述翼板由48层单向碳纤维布层叠浸胶压合而成，各层单向碳纤维布按照从上至下统计，以所述碳纤维方管长度方向为O°方向，各层材料分别是：
T700 45°：第10层、第14层，第20层，第24层、第28层、第34层、第38层；
T700 -45°：第11层、第15层、第21层、第25层、第29层、第35层、第39层；
M40 0°：第1层、第2层、第3层、第4层、第6层、第7层、第8层、第9层、第12层、第13层、第16层、第17层、第22层、第23层、第26层、第27层、第32层、第33层、第36层、第37层、第40层、第41层、第42层、第43层、第45层、第46层、第47层、第48层；
T700 90°：第5层、第44层；
T700 60°：第18层、第30层；
T700 -60°：第19层、第31层；
所述腹板由30层单向碳纤维布层叠浸胶压合而成，各层单向碳纤维布按照从里至外统计，以所述碳纤维方管长度方向为O°方向，各层材料分别是：
T700 45°：第1层、第5层、第11层、第15层、第19层、第25层、第29层；
T700 -45°：第2层、第6层、第12层、第16层、第20层、第26层、第30层；
M40 0°：第3层、第4层、第7层、第8层、第23层、第24层、第27层、第28层；
T700 60°：第9层、第13层、第17层、第21层；
T700 -60°：第10层、第14层、第18层、第22层。
优选的，所述T700单向碳纤维布单层厚度0.15mm；所述M40单向碳纤维布单层厚度0.2mm。
优选的，所述腹板的高度为200mm，所述翼板宽度为100mm。
本发明所提供的高强度碳纤维方管的翼板面纵向碳管抗弯刚度模量>200GPa、腹板面纵向碳管抗弯刚度模量>160GPa，管材长度方向的抗拉强度>1000MPa，是现有碳纤维管的抗弯刚度模量2倍以上，密度为钢材1/5，强度是普通钢材的4~5倍；其刚度与钢材相当。
附图说明
图1为本发明实施例的整体示意图。
图2为本发明实施例的翼板层叠结构示意图。
图3为本发明实施例的腹板层叠结构示意图。
图4为本发明实施例的翼板和腹板边缘搭接示意图。
图中：
1-翼板 2-腹板。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语 “内”、 “外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解所述术语的具体含义。
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
如图1-3所示，一种高强度碳纤维方管，所述碳纤维方管的管体包括相互平行的两块腹板2和相互平行的两块翼板1组成，所述腹板2与翼板1均由多层单向碳纤维布层叠浸胶压合而成，所述腹板2和翼板1的各层单向碳纤维布边缘相互搭接并压合， 所述翼板由48层单向碳纤维布浸胶压合而成，各层单向碳纤维布按照从上至下顺序计数，以所述碳纤维方管长度方向为O°方向，各层材料分别是：
T700 45°：第10层、第14层，第20层，第24层、第28层、第34层、第38层；
T700 -45°：第11层、第15层、第21层、第25层、第29层、第35层、第39层；
M40 0°：第1层、第2层、第3层、第4层、第6层、第7层、第8层、第9层、第12层、第13层、第16层、第17层、第22层、第23层、第26层、第27层、第32层、第33层、第36层、第37层、第40层、第41层、第42层、第43层、第45层、第46层、第47层、第48层；
T700 90°：第5层、第44层；
T700 60°：第18层、第30层；
T700 -60°：第19层、第31层；
所述腹板由30层单向碳纤维布浸胶压合而成，各层单向碳纤维布按照从里至外的顺序计数，以所述碳纤维方管长度方向为O°方向，各层材料分别是：
T700 45°：第1层、第5层、第11层、第15层、第19层、第25层、第29层；
T700 -45°：第2层、第6层、第12层、第16层、第20层、第26层、第30层；
M40 0°：第3层、第4层、第7层、第8层、第23层、第24层、第27层、第28层；
T700 60°：第9层、第13层、第17层、第21层；
T700 -60°：第10层、第14层、第18层、第22层。
优选的，所述T700单向碳纤维布单层厚度0.15mm；所述M40单向碳纤维布单层厚度0.2mm。
优选的，所述腹板的高度为200mm，所述翼板宽度为100mm。
取4段200mm上述结构的碳纤维方管和一段采用常规层叠铺层压合的碳纤维方管进行测试，测得实验数据如下：
| 翼板纵向抗弯刚度 | 腹板纵向抗弯刚度 | 管材长度方向的抗拉强度 | |
| 试验方管1 | 201.3Gpa | 169.9Gpa | 1153Mpa |
| 试验方管2 | 212.9Gpa | 193.1Gpa | 1207Mpa |
| 试验方管3 | 200.7Gpa | 160.6Gpa | 1036Mpa |
| 试验方管4 | 207.1Gpa | 171.3Gpa | 1023Mpa |
| 普通碳纤维方管 | 130.7Gpa | 100.3Gpa | 849Mpa |
可见，本发明所提供的高强度碳纤维方管的无论是翼板面纵向碳管抗弯刚度模量、腹板面纵向碳管抗弯刚度模量还是管材长度方向的抗拉强度，其性能都大大超过按照现有铺层方法获得的碳纤维方管，特别是在克服现有技术的碳纤维方管抗弯刚度方面，本发明具有显著的性能优势。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。
Claims (3)
1.一种高强度碳纤维方管，所述碳纤维方管的管体包括相互平行的两块腹板和相互平行的两块翼板组成，所述腹板与翼板均由多层单向碳纤维布层叠胶粘压合而成，所述腹板和翼板的各层单向碳纤维布边缘相互搭接并胶粘压合，其特征在于，
所述翼板由48层单向碳纤维布浸胶压合而成，各层单向碳纤维布按照从上至下统计，以碳纤维方管长度方向为0°方向，各层材料分别是：
T700 45°：第10层、第14层，第20层，第24层、第28层、第34层、第38层；
T700 -45°：第11层、第15层、第21层、第25层、第29层、第35层、第39层；
M40 0°：第1层、第2层、第3层、第4层、第6层、第7层、第8层、第9层、第12层、第13层、第16层、第17层、第22层、第23层、第26层、第27层、第32层、第33层、第36层、第37层、第40层、第41层、第42层、第43层、第45层、第46层、第47层、第48层；
T700 90°：第5层、第44层；
T700 60°：第18层、第30层；
T700 -60°：第19层、第31层；
所述腹板由30层单向碳纤维布浸胶压合而成，各层单向碳纤维布按照从里至外统计，以所述碳纤维方管长度方向为0°方向，各层材料分别是：
T700 45°：第1层、第5层、第11层、第15层、第19层、第25层、第29层；
T700 -45°：第2层、第6层、第12层、第16层、第20层、第26层、第30层；
M40 0°：第3层、第4层、第7层、第8层、第23层、第24层、第27层、第28层；
T700 60°：第9层、第13层、第17层、第21层；
T700 -60°：第10层、第14层、第18层、第22层；
所述腹板的高度为200mm。
2.根据权利要求1所述的高强度碳纤维方管，其特征在于：所述T700单向碳纤维布单层厚度0.15mm；所述M40单向碳纤维布单层厚度0.2mm。
3.根据权利要求2所述的高强度碳纤维方管，其特征在于：所述翼板宽度为100mm。
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