CN109572023A - 一种碳纤维辊轴的制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳纤维辊轴的制备方法，其步骤包括：碳纤维纱布/干布→根据尺寸裁剪→预浸树脂→烘干→收卷→得到碳纤维预浸布→根据碳纤维管壁厚将碳纤维预浸湿布缠绕在模具上→利用聚丙烯膜收紧→加热固化定型→自然冷却→脱模后得到碳纤维管材→剪裁→利用AB胶将金属轴承座固定在碳纤维管材两端→粗磨→一次喷漆→表面精加工→二次喷漆→金属轴承座精车→表面精磨→轴跳动和表面粗糙度检测→得到碳纤维辊轴。通过本申请公开的制备方法获得的碳纤维辊轴，由于其拥有在转速达1200rpm时，轴跳动≤0.02mm，且表面粗糙度达到Ra≤0.8μm，因此能够满足锂电池石墨烯膜设备用辊筒的性能需求。

Description

一种碳纤维辊轴的制备方法及其应用

技术领域

本发明属于碳纤维复合材料技术领域，具体涉及一种碳纤维工业机械用辊轴的制备方法及其应用。

背景技术

碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐磨、耐腐蚀、抗疲劳、抗蠕变、导电、导热和远红外辐射等诸多优异性能，它与钢材、铝材等金属相比，具有下述优点：自重轻：碳纤维材质的密度是1.6g/cm³，铝的密度是的2.7g/cm³， 钢的密度是7.8g/cm³。碳纤维材质自量轻，便于搬运、安装及操作。强度高：碳纤维复合材料的抗拉强度：4900MPa，铝：700-1200MPa左右，钢：780-1200MPa。高强度材质加上精密的卷绕型结构，使断面模量达到最优比例。刚性好：碳纤维的管子相对金属管刚性好，碳纤维的弹性模量为240GPa，钢是110GPa，不仅结实耐用，能承受较重的载荷，而且相比而言更不易变形。惯性小：不论是启动、降速还是停止的速度都很快，方便速度控制，在卷芯高速运转下还能有效减震，更加适合高速运转的机械设备使用。效率高：碳纤维的重量轻，辊子的阻力小，临界转速表现好，比钢辊提高一倍以上的转速可以使设备的转速提高50%左右，由此提高了整个生产线的生产速度，提高产量，降低成本和能耗。

碳纤维管材可用于纺织机械、铝箔机械、塑料薄膜机械、造纸机械、印刷/印染机械行业、包装机械、游艇、游轮、风力发电机、风机传动、工业泵系统及冷却塔等多种行业。具体的应用形式有：高速铺网机导辊、造纸设备复卷机/分切机专用导辊、包装设备气胀导辊、印刷/印染设备包胶辊、纸巾/尿不湿涂层不沾辊、锂电池石墨烯膜设备用辊筒、辊风机传动轴、铝箔分切机导辊、印刷用压制辊、冷却塔用传动轴等。

现有技术中申请号为201510646272.3的中国发明专利公开了一种高刚度碳纤维辊轴及其制备方法，包括内碳纤维层、外碳纤维层和碳纤维管材料，其制备方法不破坏纤维丝束，能更大限度的使碳纤维缠绕角度0度，可以值得高刚度的碳纤维管束。

在现有技术中制备的碳纤维辊轴，主要提高碳纤维辊轴的刚度，未提供能更好的适应工作的高同心度和高表面光洁度的碳纤维辊轴的制备方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种强度高、轴跳动小、表面粗糙度低的碳纤维工业机械用辊轴的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种碳纤维辊轴的制备方法，其步骤包括：碳纤维纱布/干布→根据尺寸裁剪→预浸树脂→烘干→收卷→得到碳纤维预浸布→根据碳纤维管壁厚将碳纤维预浸湿布缠绕在模具上→利用聚丙烯膜收紧→加热固化定型→自然冷却→脱模后得到碳纤维管材→剪裁→利用AB胶将金属轴承座固定在碳纤维管材两端→粗磨→一次喷漆→表面精加工→二次喷漆→金属轴承座精车→表面精磨→轴跳动和表面粗糙度检测→得到碳纤维辊轴。

碳纤维辊轴的制备步骤还包括：在表面精磨之后，将碳纤维辊轴表面喷涂消光或亮光漆（厚度为0.01-0.02mm）→轴跳动和表面粗糙度检测→得到碳纤维辊轴。

所述的碳纤维辊轴，包括碳纤维管材主体，以及设置于碳纤维管材主体两端的金属轴承座。

所述的碳纤维纱布/干布，其厚度为0.2±0.005mm。

所述的烘干，该过程中，烘干温度为100~120℃，烘干时间为120~150秒。

所述的加热固化定型，该过程中，加热温度为150±5℃，定型时间为2±0.5h。

所述的轴跳动和表面粗糙度检测，碳纤维辊轴在转速达1200rpm时，轴跳动要求≤0.02mm，表面粗糙度要求Ra≤0.8μm，若检测不合格，重新表面精磨。

所述的粗磨，其粗磨过程中，采用的砂轮为60目~70目。

所述的表面精磨，其精磨过程中，采用的砂轮为60目~80目，光度达到：可辨加工痕迹的方向或者微辨加工痕迹的方向。

本申请还提供一种碳纤维辊轴的制备方法的在制备的碳纤维辊轴中的应用。

本发明有益效果：利用该方法生产的碳纤维辊轴具有以下优点：

1）蠕变小、性能稳定：碳纤维辊在-50℃~150℃之间均不变形，膨胀系数为0.2×10^-6/℃，尺寸稳定；几乎不产生变形记忆，使用时间再长也不会变弯。

2）抗疲劳性好：碳纤维复合材料的耐疲劳强度高于高强度钢丝。因为金属材料在交变应力作用下，疲劳极限仅为静荷强度的30%～40%，由于纤维与基体复合可缓和裂纹扩展，以及存在纤维内力再分配的可能性，复合材料的疲劳极限较高，约为静荷强度的70%～80%，并在破坏前有变形的显著征兆，可有效降低损坏率和维修成本。

3）动平衡精度高：碳纤维辊体均匀度好，比传统辊件的动平衡要求更高。采用精密的动平衡仪校准，转速达1200rpm时，辊体轴跳动≤0.02mm。

4）表面光度高：表面粗糙度达到Ra≤0.8μm，表面光度高，实现可辨加工痕迹的方向或者微辨加工痕迹的方向，更利于碳纤维辊的应用。

通过本申请公开的制备方法获得的碳纤维辊轴，由于其拥有在转速达1200rpm时，轴跳动≤0.02mm，且表面粗糙度达到Ra≤0.8μm，因此能够满足锂电池石墨烯膜设备用辊筒的性能需求。

具体实施方式

实施例1

一种碳纤维辊轴的制备方法，其步骤为：厚度为0.2±0.005mm的碳纤维干布→根据尺寸裁剪→预浸树脂→在110~120℃烘干140~150秒→收卷→得到碳纤维预浸布→根据碳纤维管壁厚将碳纤维预浸湿布缠绕在模具上→利用聚丙烯膜收紧→150±5℃加热固化定型2h→自然冷却→脱模后得到碳纤维管材→剪裁→利用AB胶将金属轴承座固定在碳纤维管材两端→60目的砂轮粗磨→一次喷漆→表面精加工→二次喷漆→金属轴承座精车→70目的砂轮表面精磨→轴跳动和表面粗糙度检测→碳纤维辊轴。

所述的轴和表面粗糙度检测，碳纤维辊轴在转速达1200rpm时，轴跳动≤0.02mm，表面粗糙度Ra≤0.8μm。

所述的表面精磨，其精磨后光度达到：可辨加工痕迹的方向。

实施例2

一种碳纤维辊轴的制备方法，其步骤为：厚度为0.2±0.005mm的碳纤维纱布→根据尺寸裁剪→预浸树脂→在115~120℃烘干120~130秒→收卷→得到碳纤维预浸布→根据碳纤维管壁厚将碳纤维预浸湿布缠绕在模具上→利用聚丙烯膜收紧→150±5℃加热固化定型2.5h→自然冷却→脱模后得到碳纤维管材→剪裁→利用AB胶将金属轴承座固定在碳纤维管材两端→60目的砂轮粗磨→一次喷漆→表面精加工→二次喷漆→金属轴承座精车→80目的砂轮表面精磨→轴跳动和表面粗糙度检测→碳纤维辊轴。

所述的轴和表面粗糙度检测，碳纤维辊轴在转速达1200rpm时，轴跳动≤0.02mm，表面粗糙度Ra≤0.8μm。

所述的表面精磨，其精磨后光度达到：微辨加工痕迹的方向。

实施例3

一种碳纤维辊轴的制备方法，其步骤为：厚度为0.2±0.005mm的碳纤维干布→根据尺寸裁剪→预浸树脂→在115~120℃烘干120~130秒→收卷→得到碳纤维预浸布→根据碳纤维管壁厚将碳纤维预浸湿布缠绕在模具上→利用聚丙烯膜收紧→150±3℃加热固化定型1.5h→自然冷却→脱模后得到碳纤维管材→剪裁→利用AB胶将金属轴承座固定在碳纤维管材两端→60目的砂轮粗磨→一次喷漆→表面精加工→二次喷漆→金属轴承座精车→80目的砂轮表面精磨→将管材两端贴胶纸保护好，在碳纤维管表面喷一层消光漆（厚度为0.01-0.02mm）→轴跳动和表面粗糙度检测→碳纤维辊轴。

所述的轴和表面粗糙度检测，碳纤维辊轴在转速达1200rpm时，轴跳动≤0.02mm，表面粗糙度Ra≤0.8μm。

所述的表面精磨，其精磨后光度达到：微辨加工痕迹的方向。

实施例4

一种碳纤维辊轴的制备方法，其步骤包括：厚度为0.2±0.005mm碳纤维纱布→根据尺寸裁剪→预浸树脂→100~120℃烘干120~140秒→收卷→得到碳纤维预浸布→根据碳纤维管壁厚将碳纤维预浸湿布缠绕在模具上→利用聚丙烯膜收紧→150±5℃加热固化定型2±0.5h→自然冷却→脱模后得到碳纤维管材→剪裁→利用AB胶将金属轴承座固定在碳纤维管材两端→采用60目~70目砂轮粗磨→一次喷漆→表面精加工→二次喷漆→金属轴承座精车→采用70目~80目砂轮表面精磨→将碳纤维辊轴表面喷涂亮光漆（厚度为0.01-0.02mm）→轴跳动和表面粗糙度检测→得到碳纤维辊轴。

所述的轴跳动和表面粗糙度检测，碳纤维辊轴在转速达1200rpm时，轴跳动要求≤0.02mm，表面粗糙度要求Ra≤0.8μm，若检测不合格，重新表面精磨。

所述的表面精磨，其精磨后光度达到：微辨加工痕迹的方向。

Claims (9)

1.一种碳纤维辊轴的制备方法，其步骤包括：碳纤维纱布/干布→根据尺寸裁剪→预浸树脂→烘干→收卷→得到碳纤维预浸布→根据碳纤维管壁厚将碳纤维预浸湿布缠绕在模具上→利用聚丙烯膜收紧→加热固化定型→自然冷却→脱模后得到碳纤维管材→剪裁→利用AB胶将金属轴承座固定在碳纤维管材两端→粗磨→一次喷漆→表面精加工→二次喷漆→金属轴承座精车→表面精磨→轴跳动和表面粗糙度检测→得到碳纤维辊轴。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维辊轴的制备方法，其特征在于：碳纤维辊轴的制备步骤还包括：表面精磨后，在碳纤维辊轴表面喷涂消光或亮光漆→轴跳动和表面粗糙度检测→得到碳纤维辊轴。

3.根据权利要求1或2所述的一种碳纤维辊轴的制备方法，其特征在于：所述的碳纤维纱布/干布，其厚度为0.2±0.005mm。

4.根据权利要求1或2所述的一种碳纤维辊轴的制备方法，其特征在于：所述的烘干，该过程中，烘干温度为100~120℃，烘干时间为120~150秒。

5.根据权利要求1或2所述的一种碳纤维辊轴的制备方法，其特征在于：所述的加热固化定型，该过程中，加热温度为150±5℃，定型时间为2±0.5h。

6.根据权利要求1或2所述的一种碳纤维辊轴的制备方法，其特征在于：所述的轴跳动和表面粗糙度检测，碳纤维辊轴在转速达1200rpm时，轴跳动要求≤0.02mm，表面粗糙度要求Ra≤0.8μm。

7.根据权利要求1或2所述的一种碳纤维辊轴的制备方法，其特征在于：所述的粗磨，其粗磨过程中，采用的砂轮为60目~70目。

8.根据权利要求1或2所述的一种碳纤维辊轴的制备方法，其特征在于：所述的表面精磨，其精磨过程中，采用的砂轮为60目~80目，光度达到：可辨加工痕迹的方向或者微辨加工痕迹的方向。

9.权利要求1至8任一项所述的一种碳纤维辊轴的制备方法在制备碳纤维辊轴中的应用。