CN109723924A - 一种用于船舶的碳纤维弯头及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于船舶的碳纤维弯头，包括弯头管身和设在弯头管身两端口内的螺纹套，螺纹套采用聚四氟乙烯制成，弯头管身由树脂基体固化制成。使用时，该种用于船舶的碳纤维弯头具有强度大、刚性好、自重轻、耐腐蚀及抗微生物附着，内表面光滑和不结垢等显著优点，同时具有良好的疲劳性能与抗冲击性能。

Description

一种用于船舶的碳纤维弯头及其制造方法

技术领域

本发明涉及船用配件的技术领域，尤其涉及一种用于船舶的碳纤维弯头及其制造方法，具体来说是一种设有聚四氟乙烯螺纹套的碳纤维复合材料弯头。

背景技术

海水管系是船舶动力系统及辅助系统等机电设备的重要组成部分，船舶管系腐蚀问题一直困扰着船舶，是引起船舶故障较突出的原因之一，严重影响了船舶的安全性。海水的腐蚀是无法避免的。船舶海水管系担负着消防、压载、冷却、冲洗等重要任务，根据功用的不同，海水管系被划分为不同功能的系统并分布于船舶的各个部位，大多数海水管系处于潮湿、高温的恶劣环境中，安装布置空间狭小，维修保养困难。由于弯头是带有曲率的连接件，水流、沙石冲击以及“空泡”腐蚀尤为严重，是船舶管系防腐的重中之重。

传统的复合材料弯头，由手糊成型工艺或缠绕工艺制造，生产的弯头过程对环境污染大、且弯头表面粗糙、强度低，其具有较多的弯曲点，不能抗较大的拉伸、压缩载荷。当其内部有液体压力时，弯头会受到内压产生的弯矩作用，从而在弯头的内侧产生拉应力，外侧产生压应力。当管道受到较高的内压或水锤时，弯头内侧拉应力超过传统弯头承受的范围，环向纤维束和织物搭接之间容易产生裂纹，复合结构破坏，从而导致渗漏或者破裂。

因此，市场上急需要一种抗拉能力强，不易渗漏和破裂的船用特殊弯头。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于船舶的碳纤维弯头及其制造方法，提高了弯头承受弯矩产生的拉压应力的能力，解决了复合材料管线中薄弱环节，提高了整条管线的稳定性。

本发明的目的可以通过下述技术方案来实现：一种用于船舶的碳纤维弯头，其特征在于，碳纤维弯头包括弯头管身和设在弯头管身两端口内的螺纹套，螺纹套采用聚四氟乙烯制成，弯头管身由树脂基体固化制成。

优选的，螺纹套嵌设与弯头管身，螺纹嵌套的长度占到弯头管身长度的1/10-1/4，弯头管身的壁厚为1-10mm。

一种用于船舶的碳纤维弯头的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：a、制作芯模及表面处理：将聚四氟乙烯螺纹套嵌入芯模成型模具中，将水溶性芯模材料放入芯模成型模具中并将可溶性芯模材料压实，在110-130℃的温度下热固成型，成型后将的芯模取出进行表面处理；b、制备弯头管身的预制体：按照弯头管身的尺寸，Gauge680三维编织机通过编织程序在芯模上编织弯头管身预制体；c、注胶固化得到弯头管身：将芯模与弯头管身预制体放入到弯头成型模具中，并用螺栓锁紧，待模具升温至30-50℃时开始注胶，注胶结束后给模具升温并结束固化；d、完成弯头管身的脱模和芯模回收：待模具冷却至60℃时，将芯模与弯头管身脱出，利用清水冲洗芯模，并回收可溶性芯模材料。

优选的，a步骤中，芯模在热固成型过程中，将芯模成型模具置于密封的真空袋内，并向真空袋内提供0-1bar的负压，保证芯模中气体排出，热固时间为1-3h。b步骤中，编制过程中，在弯头管身预制体上划分增强区，增强区设置在弯头中间区域，长度为弯头长度的1/5-1/2，厚度为弯头管身厚度的1/5-1/3。进一步，c步骤中，注胶过程前，需保证模具内部为0.85-1bar负压，使得于预制体中的气体排出，注胶结束后，将模具温度升温至70-90℃，保温1-3h，再将模具温度升至110-130℃，保温1-3h，待固化程序结束，冷却模具。

相对于现有技术，本发明的技术方案除了整体技术方案的改进，还包括很多细节方面的改进，具体而言，具有以下有益效果：

1、本发明所述的改进方案，本发明的碳纤维弯头包括弯头管身和设在弯头管身两端口内的螺纹套，螺纹套采用聚四氟乙烯制成，弯头管身由树脂基体固化制成，碳纤维复合材料弯头管身预制体采用2.5D编织技术制成，这样制成的碳纤维弯头具有耐腐蚀、抗生物附着、维修成本低、高强度、耐压力，结构紧凑等的特点；

2、本发明的技术方案中，先将聚四氟乙烯螺纹套嵌入芯模成型模具中制作芯模，然后制备弯头管身的预制体，最后注胶固化得到弯头管身，整个工艺过程为为闭模工艺，对环境没有污染，同时制得的碳纤维弯头具有轮廓度精度高，表面粗糙度低，变形量小等特点；

3、本发明的技术方案中，制作用的芯模材料可以回收再利用，绿色环保；

4、本发明的结构设计合理，适用性更广，利于推广和应用。

附图说明

图1是本发明所述的碳纤维弯头的剖视图。

图2是本发明所述的带有加强区的碳纤维弯头剖视图。

附图标记：

1 弯头管身、2螺纹套、3增强区。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。

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”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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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。

本发明提供了一种用于船舶的碳纤维弯头，参考图1中，其与现有技术的区别在于，碳纤维弯头包括弯头管身和设在弯头管身两端口内的螺纹套，螺纹套采用聚四氟乙烯制成，弯头管身由树脂基体固化制成。

具体来说，螺纹套嵌设与弯头管身，螺纹嵌套的长度占到弯头管身长度的1/10-1/4，弯头管身的壁厚为1-10mm。同时，树脂基体采用以下树脂中的一种或者两种以上的组合：不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂或环氧树脂。树脂基体采用以下树脂中的一种或者两种以上的组合：不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂或环氧树脂。具体来说可以采用不饱和聚酯树脂TM182，酚醛树脂220，环氧树脂E51；操作时采用不饱和聚酯30和改性环氧树脂E51，按比例3：7混合，大大的降低了环氧树脂的脆性，提高了船用碳纤维弯头的力学性能。又或者采用不饱和聚酯树脂TM182和改性环氧树脂E51，按比例3：16混合，会大大的改善环氧树脂固化后撞击分层风险。

本发明的碳纤维弯头既满足管道防腐与抗生物附着的要求，同时也克服了玻璃钢复合材料管道弯头力学性能差的缺陷，并可以批量化生产。

本发明所述的一种用于船舶的碳纤维弯头的制造方法，其与现有技术的区别在于，包括如下步骤：a、制作芯模及表面处理：将聚四氟乙烯螺纹套嵌入芯模成型模具中，将型号为PS200的水溶性芯模材料放入芯模成型模具中并将可溶性芯模材料压实，在110-130℃的温度下热固成型，成型后将的芯模取出进行表面处理；b、制备弯头管身的预制体：按照弯头管身的尺寸，Gauge680三维编织机通过编织程序在芯模上编织弯头管身预制体；c、注胶固化得到弯头管身：将芯模与弯头管身预制体放入到弯头成型模具中，并用螺栓锁紧，待模具升温至30-50℃时开始注胶，注胶结束后给模具升温并结束固化；d、完成弯头管身的脱模和芯模回收：待模具冷却至60℃时，将芯模与弯头管身脱出，利用清水冲洗芯模，并回收可溶性芯模材料。

在一个实施例中，首先对芯模定型及表面处理：将聚四氟乙烯螺纹套嵌入芯模成型模具中，将水溶性芯模材料放入芯模成型模具中并利用外力将可溶性芯模材料压实，在125℃的温度下热固成型，将成型后的芯模取出进行表面处理。芯模在热固成型过程中，将芯模成型模具置于密封的真空袋内，并向真空袋内提供0.9bar的负压，保证芯模中气体排出，使芯模更致密，热固时间为1.5h。

接着，弯头管身预制体制备：按照预先设定好的编织程序在芯模上编织弯头管身预制体，在机器编织过程中根据实际编织情况调节机器程序中的节距，编织角等参数。同时，在弯头管身预制体上划分增强区，同时增加纵向和横向的纱线根数来保证弯头强度，增加的数量为35-55%。增强区设置在弯头中间区域，长度占为弯头长度的1/3，厚度为弯头管身厚度的1/3。

然后进行弯头管身注胶固化：将芯模与弯管管身预制体放入到弯头成型模具中，并利用螺栓锁紧，待模具升温至30-50℃时开始注胶，注胶结束按树脂固化制度给模具升温。具体来说，注胶过程前，需保证模具内部为0.95bar负压，使得于预制体中的气体排出，注胶结束后，将模具温度升温至85℃，保温2.5h，再将模具温度升至130℃，保温3h，待固化程序结束，冷却模具。注胶采用的树脂基体采用以下树脂中的一种或者两种以上的组合：不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂或环氧树脂。树脂基体采用以下树脂中的一种或者两种以上的组合：不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂或环氧树脂。具体来说可以采用不饱和聚酯树脂TM182，酚醛树脂220，环氧树脂E51；操作时采用不饱和聚酯30和改性环氧树脂E51，按比例3：7混合，大大的降低了环氧树脂的脆性，提高了船用碳纤维弯头的力学性能。又或者采用不饱和聚酯树脂TM182和改性环氧树脂E51，按比例3：16混合，会大大的改善环氧树脂固化后撞击分层风险。

最后进行弯头管身脱模及芯模回收：待模具冷却至60℃时，将芯模与弯头脱出，利用清水冲洗芯模，并用容器回收可溶性芯模材料。将回收的可溶性芯模材料，放入到圆辊下粉碎，筛去杂质，回收利用。

在一个具体实施例中，首先进行芯模定型及表面处理：将聚四氟乙烯螺纹套嵌入芯模成型模具中，将水溶性芯模材料放入芯模成型模具中并利用外力将可溶性芯模材料压实，将芯模成型模具置于密封的真空袋内，连接真空系统，检测真空度不得小于0.85bar，将芯模成型模具运至加热设备里，设置加热设备温度为130℃，保温时间为2h，将成型后的芯模从芯模成型模具中取出，在表面涂抹封孔剂、脱模剂并在洁净间内静置0.5h，然后密封待用。

其次弯头管身预制体制备：按照预先设定好的编织程序在芯模上编织弯头管身预制体，在机器编织过程中根据实际编织情况调节机器程序中的节距，编织角等参数，编织过程中需要在增强区增加纱线根数。具体来说，采用Gauge680三维编织机通过编织程序在芯模上编织弯头管身预制体，其中纤维采用T300-12K，控制三维编织织物编织角为25±2°，控制纤维体积含量为55±3）％。由于这里所说的三维编织机是现有技术，这里就不再赘述其具体的工作原理和效果了。

接着弯头管身注胶固化：将芯模与弯头管身预制体放入到弯头成型模具中，并利用螺栓锁紧模具，检测模具的气密性不得小于0.92bar，将模具运至加热设备中，设置加热设备温度为50℃，待模具升温至35℃时开始注胶，注胶过程中不断地调节注胶压力，保证树脂充分浸润弯头管身预制体，注胶结束后，将模具温度升温至70-90℃，保温1-3h，再将模具温度升至110-130℃，保温1-3h，待固化程序结束，冷却模具。

最后弯头管身脱模及芯模回收：待模具冷却至60℃时，将弯头成型模具运至脱模区，拆卸螺栓，并移除模具上模，将芯模与弯头脱出，利用清水冲洗芯模，并用容器回收可溶性芯模材料，将块状可溶性芯模材料放入到圆辊下粉碎，将粉碎的可溶性芯模材料放到筛子里，筛去杂质，回收无杂质的可溶性芯模材料。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种用于船舶的碳纤维弯头，其特征在于，碳纤维弯头包括弯头管身和设在弯头管身两端口内的螺纹套，螺纹套采用聚四氟乙烯制成，弯头管身由树脂基体固化制成。

2.根据权利要求1所述的一种用于船舶的碳纤维弯头，其特征在于，螺纹套嵌设与弯头管身，螺纹嵌套的长度占到弯头管身长度的1/10-1/4，弯头管身的壁厚为1-10mm。

3.根据权利要求1所述的一种用于船舶的碳纤维弯头，其特征在于，树脂基体采用以下树脂中的一种或者两种以上的组合：不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂或环氧树脂。

4.根据权利要求1所述的一种用于船舶的碳纤维弯头的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：a、制作芯模及表面处理：将聚四氟乙烯螺纹套嵌入芯模成型模具中，水溶性芯模材料放入芯模成型模具中并将可溶性芯模材料压实，在110-130℃的温度下热固成型，成型后将的芯模取出进行表面处理；b、制备弯头管身的预制体：按照弯头管身的尺寸，采用Gauge680三维编织机通过编织程序在芯模上编织弯头管身预制体；c、注胶固化得到弯头管身：将芯模与弯头管身预制体放入到弯头成型模具中，并用螺栓锁紧，待模具升温至30-50℃时开始注胶，注胶结束后给模具升温并结束固化；d、完成弯头管身的脱模和芯模回收：待模具冷却至60℃时，将芯模与弯头管身脱出，利用清水冲洗芯模，并回收可溶性芯模材料。

5.根据权利要求4所述的一种用于船舶的碳纤维弯头的制造方法，其特征在于， a步骤中，芯模在热固成型过程中，将芯模成型模具置于密封的真空袋内，并向真空袋内提供0-1bar的负压，保证芯模中气体排出，热固时间为1-3h。

6.根据权利要求4所述的一种用于船舶的碳纤维弯头的制造方法，其特征在于， b步骤中，编制过程中，在弯头管身预制体上划分增强区，增强区设置在弯头中间区域，长度为弯头长度的1/5-1/2，厚度为弯头管身厚度的1/5-1/3。

7.根据权利要求4所述的一种用于船舶的碳纤维弯头的制造方法，其特征在于， c步骤中，注胶过程前，需保证模具内部为0.85-1bar负压，使得于预制体中的气体排出，注胶结束后，将模具温度升温至70-90℃，保温1-3h，再将模具温度升至110-130℃，保温1-3h，待固化程序结束，冷却模具。

8.根据权利要求4所述的一种用于船舶的碳纤维弯头的制造方法，其特征在于， d步骤中，将回收的可溶性芯模材料，放入到圆辊下粉碎，筛去杂质，回收利用。