CN108000905A - 一种pbo纤维复合材料镗杆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种PBO纤维复合材料镗杆及其制备方法。该PBO纤维复合材料镗杆包括杆芯和包覆在杆芯上的PBO纤维复合材料层，所述PBO纤维复合材料层包括树脂基体和PBO纤维，PBO纤维的质量为复合材料质量的45～65％。本发明提供的PBO纤维复合材料镗杆，以有机PBO纤维复合材料和杆芯复合作为镗杆的主体材料，其在高强度、高模量的基础上，同时具有优良的抗冲击性和尺寸稳定性，经试验证明，其在增加镗杆刚度、抗震性的基础上，可有效提高镗杆的转速，延长镗杆的使用寿命，实现了镗杆品质的全面提升，提高了镗削加工效率和质量。

Description

一种PBO纤维复合材料镗杆及其制备方法
技术领域
本发明属于镗杆领域，具体涉及一种PBO纤维复合材料镗杆及其制备方法。
背景技术
镗杆是深孔加工镗削工艺中的主要承载部件之一，多用于工件内孔的成型加工。在镗削加工中，切削力多为不均匀力，而镗杆的刚度有限，使得加工过程中镗杆很容易产生振动，导致工件的加工质量和精度难以得到保证。
传统的全金属制备的镗杆，其质量较重，而且抗震性能不能满足现阶段镗削工艺的加工要求。公布号为CN104923814A的专利申请公开了一种带支撑分段复合结构阻尼减震镗杆，该镗杆的减震部分主要采用碳纤维增强复合材料。碳纤维复合材料具有弹性模量大、受力变形小的特点，能够很好的减小振动。然而，镗削加工过程中，振动和不均匀受力不可避免，在该种工况下，碳纤维复合材料脆性较大的不足得以放大，导致以碳纤维复合材料为主体制备镗杆的转速难以得到有效提升，镗杆的使用寿命也无法得到保障。
发明内容
本发明的目的在于提供一种PBO纤维复合材料镗杆，从而解决现有碳纤维复合材料镗杆存在的转速受限、使用寿命短的问题。
本发明的第二个目的在于提供上述PBO纤维复合材料镗杆的制备方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种PBO纤维复合材料镗杆，包括杆芯和包覆在杆芯上的PBO纤维复合材料层，所述PBO纤维复合材料层包括树脂基体和PBO纤维，PBO纤维的质量为复合材料质量的45～65％。
PBO纤维为聚对苯撑苯并二噁唑纤维，属于有机纤维中的一种。
本发明提供的PBO纤维复合材料镗杆，以有机PBO纤维复合材料和杆芯复合作为镗杆的主体材料，其在高强度、高模量的基础上，同时具有优良的抗冲击性和尺寸稳定性，经试验证明，其在增加镗杆刚度、抗震性的基础上，可有效提高镗杆的转速，延长镗杆的使用寿命，实现了镗杆品质的全面提升，提高了镗削加工效率和质量。
所述树脂基体可采用环氧树脂，其具有优良的粘结性和耐热性。
所述PBO纤维复合材料镗杆还包括通过粘结剂层固定粘结在所述PBO纤维复合材料层外表面上的金属套筒。通过该种复合镗杆结构的设置，可以利用最外层的金属套筒增加装卡刚度，有利于进一步消除振动。
所述杆芯为不锈钢材料。所述粘结剂层为环氧胶粘剂。所述金属套筒可选择硬质合金或不锈钢材料。所述金属套筒、PBO纤维复合材料层、杆芯的厚度比例为1：(3-4)：10。进一步采用上述优选方案制备的镗杆，各层之间相互支持，可使PBO纤维复合材料的特性得以充分发挥，使镗杆具有转速高、寿命寿命长、安全系数高、刚度大、抗震性高、耐热耐腐蚀等特性，实现镗杆性能的全面提升。
本发明的PBO纤维复合材料镗杆的制备方法所采用的技术方案是：
一种PBO纤维复合材料镗杆的制备方法，包括：将浸有基体树脂的PBO纤维缠绕在杆芯上，固化，即在杆芯的表面上形成PBO纤维复合材料层。
缠绕时，对PBO纤维施加张力，张力的大小为PBO纤维拉伸强度的7％～9％。利用粘结剂将金属套筒粘结在PBO纤维复合材料层的外表面上，即得所述镗杆。
所述杆芯的外表面粗糙度为6～7，所述金属套筒的内表面粗糙度为6～7。通过以上粗糙度的设计，可增强PBO纤维复合材料层与杆芯、金属套筒的界面性能，提高镗杆整体结构的稳定性。
本发明的PBO纤维复合材料镗杆的制备方法，利用缠绕成型工艺在杆芯上制备PBO纤维复合材料，工艺简单易行，适合大规模工业化生产，所得镗杆的品质高，具有广阔的市场潜力。
附图说明
图1为本发明的PBO纤维复合材料镗杆的结构示意图；
图2为图1的镗杆的截面图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。以下实施例中，PBO纤维的密度为1.56g/cm3，拉伸强度为5.8GPa，弹性模量为280～380GPa，分解温度为650℃；树脂基体为三官能度环氧树脂TDE-85：AFG-90＝80-90：10:20，芳香胺固化剂DDS：DET-DA＝80-90：10-20，低粘度脂肪族环氧化合物为活性稀释剂。镗杆的结构示意图如图1～图2所示，包括由内到外依次设置的空心不锈钢杆芯3、PBO纤维复合材料层4、粘结剂层2及金属套筒1。
实施例1
本实施例的PBO纤维复合材料镗杆，包括由内到外依次设置的空心不锈钢杆芯、PBO纤维复合材料层、粘结剂层及金属套筒，空心不锈钢杆芯的外径为20mm，金属套筒、PBO纤维复合材料层、杆芯的厚度比例为1：3.5：10，PBO纤维复合材料层由PBO纤维和树脂基体组成，PBO纤维的质量为PBO纤维复合材料质量的55％。
本实施例的PBO纤维复合材料镗杆的制备方法，包括以下步骤：
1)将PBO纤维丝束通过盛装有基体树脂的浸胶槽浸胶，形成胶纱，胶槽温度为60℃；
2)采用环向缠绕方式将胶纱缠绕在杆芯上，缠绕时，对PBO纤维施加张力，张力的大小为PBO纤维拉伸强度的8％，缠绕后得到PBO纤维预成型体；
3)将PBO纤维预成型体放入热压罐中，在75℃固化1h，升温到130℃固化2h，再升温到175℃固化2h，再升温到195℃固化2h，形成PBO纤维复合材料层；
4)在PBO纤维复合材料层的表面上使用环氧胶粘剂粘结金属套筒，即得。
步骤4)中，外层金属套筒的厚度可比规定尺寸多0.5mm，方便镗杆各层装配完，再对其磨削达到要求厚度，确保镗杆精度。不锈钢钢芯的外表面粗糙度为6.4，不锈钢金属套筒的内表面粗糙度为6.4，以增强与PBO纤维复合材料层的界面性能。不锈钢金属套筒的内表面粗糙度为0.8。
实施例2
本实施例的PBO纤维复合材料镗杆，包括由内到外依次设置的空心不锈钢杆芯、PBO纤维复合材料层、粘结剂层及金属套筒，规格同实施例1，PBO纤维复合材料层由PBO纤维和树脂基体组成，PBO纤维的质量为PBO纤维复合材料质量的45％。
本实施例的PBO纤维复合材料镗杆可参考实施例1的制备方法进行制备。
实施例3
本实施例的PBO纤维复合材料镗杆，包括由内到外依次设置的空心不锈钢杆芯、PBO纤维复合材料层、粘结剂层及金属套筒，规格同实施例1，PBO纤维复合材料层由PBO纤维和树脂基体组成，PBO纤维的质量为PBO纤维复合材料质量的65％。
本实施例的PBO纤维复合材料镗杆可参考实施例1的制备方法进行制备。
在本发明的其他实施例中，步骤2)的缠绕成型工艺可选择其他缠绕线型，如螺旋缠绕、平面缠绕，相关的缠绕方法可采用现有技术。
本发明的镗杆的转速、使用寿命远优于碳纤维复合材料镗杆，且镗杆的刚度大、抗震性高、耐热耐腐蚀，各项性能较碳纤维复合材料镗杆有了全面提升，极大程度提高了镗杆的品质，进而有利于提高镗削工艺的加工质量和加工效率。

Claims (7)

1.一种PBO纤维复合材料镗杆，包括杆芯，其特征在于，还包括包覆在杆芯上的PBO纤维复合材料层，所述PBO纤维复合材料层包括树脂基体和PBO纤维，PBO纤维的质量为复合材料质量的45～65％。
2.如权利要求1所述的PBO纤维复合材料镗杆，其特征在于，所述PBO纤维复合材料镗杆还包括通过粘结剂层固定粘结在所述PBO纤维复合材料层外表面上的金属套筒。
3.如权利要求2所述的PBO纤维复合材料镗杆，其特征在于，所述金属套筒、PBO纤维复合材料层、杆芯的厚度比例为1：(3-4)：10。
4.一种如权利要求1所述的PBO纤维复合材料镗杆的制备方法，其特征在于，包括：将浸有基体树脂的PBO纤维缠绕在杆芯上，固化，即在杆芯的表面上形成PBO纤维复合材料层。
5.如权利要求4所述的PBO纤维复合材料镗杆的制备方法，其特征在于，缠绕时，对PBO纤维施加张力，张力的大小为PBO纤维拉伸强度的7％～9％。
6.如权利要求4或5所述的PBO纤维复合材料镗杆的制备方法，其特征在于，利用粘结剂将金属套筒粘结在PBO纤维复合材料层的外表面上，即得所述镗杆。
7.如权利要求6所述的PBO纤维复合材料镗杆的制备方法，其特征在于，所述杆芯的外表面粗糙度为6～7，所述金属套筒的内表面粗糙度为6～7。
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