CN109130264A - 一种复合碳纤维管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合碳纤维管及其制备方法，包括有相互可拆卸连接的第一碳纤维管和第二碳纤维管，第一碳纤维管的右侧设置有若干个呈环状排列的卡块，相邻卡块之间设置有卡槽，第二碳纤维管包括有从外向内依次设置的第三碳纤维层、第二钢丝网层和第四碳纤维层，第二碳纤维管的左端的外壁上设置有呈环状排列的凸起块，通过在碳纤维层中间添加一层钢丝网层，可以大幅提高整个管体的强度和韧性；安装时只需要将第二碳纤维管上的凸起块卡入到第一碳纤维管内的卡槽内，再旋转一定角度，使卡块对凸起块的位置进行限位，这样就可以实现两根碳纤维管的组合，安装拆卸更方便；采用本发明中公开的制备方法进行生产，制造成本更低，生产效率更高。

Description

一种复合碳纤维管及其制备方法
技术领域
本发明涉及化工新材料技术领域，尤其是涉及一种复合碳纤维管及其制备方法。
背景技术
碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热等特性，属典型的高新技术产品。已广泛应用于宇航、体育用品领域、工业领域、交通运输领域及土木建筑领域。碳纤维管又称碳素纤维管，也称碳管，碳纤管，是采用碳纤维复合材料经加热固化拉挤(缠挠)而成。在制过程中，可以通过不同的模具生产出各种型材，如：不同规格的碳纤维圆管，不同规格的方管，不同规格的片材，以及其它型材。在制作过程中也可以进行表面包装美化等等，但是现有市场上的碳纤维管强度不够大，管与管之间安装起来也不是很方便，并且现有的碳纤维管工艺复杂，制造成本高，不能满足大规模生产的需求。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种结构简单、设计合理、强度高、安装拆卸方便、制造成本低和可以大规模产生的复合碳纤维管。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种复合碳纤维管，包括有相互可拆卸连接的第一碳纤维管和第二碳纤维管，所述第一碳纤维管包括有从外向内依次设置的第一碳纤维层、第一钢丝网层和第二碳纤维层，所述第一碳纤维管的右侧设置有若干个呈环状排列的卡块，相邻所述卡块之间设置有卡槽，所述第二碳纤维管包括有从外向内依次设置的第三碳纤维层、第二钢丝网层和第四碳纤维层，所述第二碳纤维管的左端的外壁上设置有呈环状排列的凸起块。
优选地，上述的一种复合碳纤维管及其制备方法，其中所述第一碳纤维层、第二碳纤维层、第三碳纤维层、第四碳纤维层的厚度均为1-5mm。
优选地，上述的一种复合碳纤维管及其制备方法，其中所述第一碳纤维管和所述第二碳纤维管的连接处设置有弹性垫圈，所述弹性垫圈的内部设置有气囊。
优选地，上述的一种复合碳纤维管及其制备方法，其中所述第一钢丝网层、第二钢丝网层均由不锈钢钢丝作为经线和纬线以纵横交错的方式编织而成。。
本发明还公开了一种复合碳纤维管的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)制备聚丙烯晴纶纺丝液：将2000ml的丙烷和2000ml丙烯晴装入到反应釜内，再加入100ml的水溶液和200ml的油剂聚氧化乙烯，在500-600℃下反应120-180min,得到聚丙烯晴纶纺丝液；
(2)制备PAN原丝：将步骤(1)中得到的聚丙烯晴纶纺丝液加入到纺丝机上，以湿法纺丝的方式制得制备PAN原丝，并在常温下晾干；
(3)制造内芯模具：使用耐高温的氧化铝陶瓷制成内芯模具，长度一般在2-3米，并通过抛光机将内芯模具的表面打磨光滑；
(4)编织：将步骤(2)中得到的PAN原丝先在内芯模具上以纵横交错的方式进行编织，得到第一原丝层，厚度为1-5mm，之后使用不锈钢钢丝在第一原丝层的表面上编制钢丝网层，厚度为1-5mm，最后再次使用PAN原丝在钢丝网层的表面上编织第二原丝层，厚度为1-5mm；
(5)低温氧化：将步骤(4)中的得到内芯模具放置在烤炉内，控制温度在250-280℃下反应30-60min；
(6)高温碳化：将步骤(5)中的得到内芯模具放置在烤炉内，先控制温度在400-900℃下反应30-60min，进行低温碳化，之后将温度升至1000-1300℃下反应30-60min，进行高温碳化，这时候第一原丝层和第二原丝层就会高度碳化，与钢丝网层之间进行叠合，得到复合碳纤维管；
(7)回收成品：将将步骤(6)中得到复合碳纤维管冷却至常温，再取取内芯模具，将复合碳纤维管的表面根据使用需求进行抛光处理。
本发明具有的优点和有益效果是：包括有相互可拆卸连接的第一碳纤维管和第二碳纤维管，第一碳纤维管包括有从外向内依次设置的第一碳纤维层、第一钢丝网层和第二碳纤维层，第一碳纤维管的右侧设置有若干个呈环状排列的卡块，相邻卡块之间设置有卡槽，第二碳纤维管包括有从外向内依次设置的第三碳纤维层、第二钢丝网层和第四碳纤维层，第二碳纤维管的左端的外壁上设置有呈环状排列的凸起块，通过在碳纤维层中间添加一层钢丝网层，这可以大幅提高整个管体的强度和韧性；安装时只需要将第二碳纤维管上的凸起块卡入到第一碳纤维管内的卡槽内，再旋转一定角度，使卡块对凸起块的位置进行限位，这样就可以实现两根碳纤维管的组合，安装拆卸更方便；采用本发明中公开的制备方法进行生产碳纤维管，制造成本更低，生产效率更高。
附图说明
图1是本发明中的整体结构示意图；
图2是本发明的纵向截面结构示意图；
图3是图2中A处的局部放大图；
图4是本发明中第一碳纤维管的纵向截面结构示意图；
图5是本发明中第二碳纤维管的纵向截面结构示意图；
图6是本发明中第一碳纤维管的右视图；
图7是本发明中第二碳纤维管的左视图。
图中：2、第一碳纤维管；21、第一碳纤维层；22、第一钢丝网层；23、第二碳纤维层；24、卡块；25、卡槽；3、第二碳纤维管；31、第三碳纤维层；32、第二钢丝网层；33、第四碳纤维层；34、凸起块；4、弹簧性垫圈；5、气囊。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图4、图5、图6和图7所示，一种复合碳纤维管，包括有相互可拆卸连接的第一碳纤维管2和第二碳纤维管3，第一碳纤维管2包括有从外向内依次设置的第一碳纤维层21、第一钢丝网层22和第二碳纤维层23，第一碳纤维管2的右侧设置有若干个呈环状排列的卡块24，相邻卡块24之间设置有卡槽25，第二碳纤维管3包括有从外向内依次设置的第三碳纤维层31、第二钢丝网层32和第四碳纤维层33，第一钢丝网层22和第二钢丝网层32均由不锈钢钢丝作为经线和纬线以纵横交错的方式编织而成，第二碳纤维管3的左端的外壁上设置有呈环状排列的凸起块34，其中第一碳纤维层21、第二碳纤维层23、第三碳纤维层31、第四碳纤维层33的厚度均为1-5mm。
如图1、图2和图3所示，第一碳纤维管2和第二碳纤维管3的连接处设置有弹性垫圈4，弹性垫圈4的内部设置有气囊5，气囊5不仅可以为第一碳纤维管2和第二碳纤维管3之间提供一个缓冲，还可以将第一碳纤维管2和第二碳纤维管3顶住，防止第一碳纤维管2和第二碳纤维管3之间发生松动，通过在碳纤维层中间添加一层钢丝网层，这可以大幅提高整个管体的强度和韧性；安装时只需要将第二碳纤维管3上的凸起块34卡入到第一碳纤维管2内的卡槽25内，再旋转一定角度，使卡块24对凸起块34的位置进行限位，这样就可以实现两根碳纤维管的组合，安装拆卸更方便；采用本发明中公开的制备方法进行生产碳纤维管，制造成本更低，生产效率更高。
本发明还公开了一种复合碳纤维管的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)制备聚丙烯晴纶纺丝液：将2000ml的丙烷和2000ml丙烯晴装入到反应釜内，再加入100ml的水溶液和200ml的油剂聚氧化乙烯，在500-600℃下反应120-180min,得到聚丙烯晴纶纺丝液；
(2)制备PAN原丝：将步骤(1)中得到的聚丙烯晴纶纺丝液加入到纺丝机上，以湿法纺丝的方式制得制备PAN原丝，并在常温下晾干；
(3)制造内芯模具：使用耐高温的氧化铝陶瓷制成内芯模具，长度一般在2-3米，并通过抛光机将内芯模具的表面打磨光滑；
(4)编织：将步骤(2)中得到的PAN原丝先在内芯模具上以纵横交错的方式进行编织，得到第一原丝层，厚度为1-5mm，之后使用不锈钢钢丝在第一原丝层的表面上编制钢丝网层，厚度为1-5mm，最后再次使用PAN原丝在钢丝网层的表面上编织第二原丝层，厚度为1-5mm；
(5)低温氧化：将步骤(4)中的得到内芯模具放置在烤炉内，控制温度在250-280℃下反应30-60min；
(6)高温碳化：将步骤(5)中的得到内芯模具放置在烤炉内，先控制温度在400-900℃下反应30-60min，进行低温碳化，之后将温度升至1000-1300℃下反应30-60min，进行高温碳化，这时候第一原丝层和第二原丝层就会高度碳化，与钢丝网层之间进行叠合，得到复合碳纤维管；
(7)回收成品：将将步骤(6)中得到复合碳纤维管冷却至常温，再取取内芯模具，将复合碳纤维管的表面根据使用需求进行抛光处理。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示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、以及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，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，本发明使用到的标准零部件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中常规的型号，发明人在此不再详述。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.一种复合碳纤维管，其特征在于：包括有相互可拆卸连接的第一碳纤维管和第二碳纤维管，所述第一碳纤维管包括有从外向内依次设置的第一碳纤维层、第一钢丝网层和第二碳纤维层，所述第一碳纤维管的右侧设置有若干个呈环状排列的卡块，相邻所述卡块之间设置有卡槽，所述第二碳纤维管包括有从外向内依次设置的第三碳纤维层、第二钢丝网层和第四碳纤维层，所述第二碳纤维管的左端的外壁上设置有呈环状排列的凸起块。
2.根据权利要求1所述的一种复合碳纤维管，其特征在于：所述第一碳纤维层、第二碳纤维层、第三碳纤维层、第四碳纤维层的厚度均为1-5mm。
3.根据权利要求1所述的一种复合碳纤维管，其特征在于：所述第一碳纤维管和所述第二碳纤维管的连接处设置有弹性垫圈，所述弹性垫圈的内部设置有气囊。
4.根据权利要求1所述的一种复合碳纤维管，其特征在于：所述第一钢丝网层、第二钢丝网层均由不锈钢钢丝作为经线和纬线以纵横交错的方式编织而成。
5.一种复合碳纤维管的制备方法，其特征在于：其特征在于：它包括以下步骤：
(1)制备聚丙烯晴纶纺丝液：将2000ml的丙烷和2000ml丙烯晴装入到反应釜内，再加入100ml的水溶液和200ml的油剂聚氧化乙烯，在500-600℃下反应120-180min,得到聚丙烯晴纶纺丝液；
(2)制备PAN原丝：将步骤(1)中得到的聚丙烯晴纶纺丝液加入到纺丝机上，以湿法纺丝的方式制得制备PAN原丝，并在常温下晾干；
(3)制造内芯模具：使用耐高温的氧化铝陶瓷制成内芯模具，长度一般在2-3米，并通过抛光机将内芯模具的表面打磨光滑；
(4)编织：将步骤(2)中得到的PAN原丝先在内芯模具上以纵横交错的方式进行编织，得到第一原丝层，厚度为1-5mm，之后使用不锈钢钢丝在第一原丝层的表面上编制钢丝网层，厚度为1-5mm，最后再次使用PAN原丝在钢丝网层的表面上编织第二原丝层，厚度为1-5mm；
(5)低温氧化：将步骤(4)中的得到内芯模具放置在烤炉内，控制温度在250-280℃下反应30-60min；
(6)高温碳化：将步骤(5)中的得到内芯模具放置在烤炉内，先控制温度在400-900℃下反应30-60min，进行低温碳化，之后将温度升至1000-1300℃下反应30-60min，进行高温碳化，这时候第一原丝层和第二原丝层就会高度碳化，与钢丝网层之间进行叠合，得到复合碳纤维管；
(7)回收成品：将将步骤(6)中得到复合碳纤维管冷却至常温，再取取内芯模具，将复合碳纤维管的表面根据使用需求进行抛光处理。
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