CN111531975A - 一种碳纤维棒材及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纤维棒材及其制造方法，包括以下步骤：将两张碳纤维布按一定角度裁减后贴合，保持两张单一角度方向排列的碳纤维布上的碳纤维呈一定角度交叉，得到基础碳纤维布，在此基础上使用气囊芯棒进行卷制，有效提高碳纤维棒材的抗扭强度，既不需要增加碳纤维棒材尺寸，也不影响透射性，工艺简单，成本低，具有较强的实用性。

Description

一种碳纤维棒材及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种碳纤维棒材，特别涉及一种用于医疗影像设备领域中的碳纤维棒材。
背景技术
在医疗设备领域中，根据材料的特性，在一般情况下会选择金属材料。但当该医疗设备涉及影像领域时，由于金属材料无法满足透视需求，主要被用在无透视需求的设备部分，而碳纤维具有高强度，低密度的特点，同样具有满足透视的特点，被广泛用于医疗影像设备领域中。
但是现有碳纤维棒材具有诸多优点，但是其抗扭强度一般，对于同时需要满足抗扭强度，又需要满足的透视需求时，只能选择增大碳纤维的尺寸的方式，对于对空间尺寸没有较高要求的场合可以考虑采用这种方案。而在对空间要求较高的情况下，通过增大其几何尺寸的方案就不能满足要求，同时增大碳纤维的厚度对透视也是有一定限制的，随着厚度的增加，X射线的透视能力就会变差，对设备的测试结果造成一定影响。
鉴于此，克服上述现有技术所存在的碳纤维棒材抗扭强度较低的缺陷是本领域亟待解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术中碳纤维棒材抗扭强度较低的技术问题，本发明提供了一种一种碳纤维棒材及其制造方法。
为了实现上述目的，本发明公开了一种碳纤维棒材制造方法，包括以下步骤：
步骤1)将碳纤维为单一角度方向排列的碳纤维布，用固化剂进行预浸料处理；
步骤2)将两张单一角度方向排列的碳纤维布贴合在一起，贴合时保持两张单一角度方向排列的碳纤维布上的碳纤维呈一定角度交叉，得到基础碳纤维布；
步骤3)若直接用1层所述基础碳纤维布作为碳纤维布层进行卷制，则直接进入步骤4)；否则将至少2层基础碳纤维布平铺后堆叠作为碳纤维布层后进入步骤4)；
步骤4)将步骤3)得到的碳纤维布层绕芯棒进行卷制，得到棒状结构；
步骤5)将得到的上述棒状结构定型后得到碳纤维棒材。
进一步的，所述步骤2)中，将所述两张单一角度方向排列的碳纤维布贴合在一起之前，对所述两张碳纤维布进行了裁切，一张进行与碳纤维排列方向呈正α角度的裁切，另一张进行与碳纤维排列方向呈负α角度的裁切，得到的所述基础碳纤维布的两层碳纤维呈2α角度交叉。
进一步的，所述步骤2)中，将所述两张单一角度方向的碳纤维布贴合在一起之前，对所述两张碳纤维布均进行与碳纤维排列方向呈正α角度裁切或均进行与碳纤维排列方向呈负α角度裁切，将其中一张碳纤维布翻面后贴合在另一张碳纤维布上，得到的所述基础碳纤维布的两层碳纤维呈2α角度交叉。
进一步的，所述步骤2)中的裁切角度的取值范围为：30°≤α≤60°，A
进一步的，所述步骤2)中的裁切角度α＝45°。
进一步的，所述步骤2)中，裁切后的两张所述碳纤维布的厚度、长度、宽度均相同；
则在所述步骤2)中，将裁切后的两张所述碳纤维布对齐后贴合在一起并压紧。
进一步的，所述固化剂为环氧树脂。
进一步的，所述步骤4)中的所述芯棒为气囊芯棒，在卷制所述碳纤维布层时，所述芯棒的气囊未加压，在所述步骤5)中，对所述芯棒的气囊进行加压，以对所述棒状结构定型
进一步的，所述步骤5)具体包括:将所述棒状结构置于恒温模具中静置，成形后冷却脱模，得到所述碳纤维棒材。
本发明提供了一种碳纤维棒材，该碳纤维棒材由以上碳纤维棒材制造方法制成。
本发明提供的技术方案的优点是：通过调整碳纤维交叉角度，在不需要增大碳纤维棒材尺寸的前提下，有效提高碳纤维棒材抗扭强度，增强了碳纤维棒材的空间适应性；同时在较小厚度的情况下碳纤维棒材即可满足抗扭强度，因而对透射性不会造成影响。此外整个制造方法流程简单，工艺难度低，气囊芯棒的使用更是在方便脱模的基础上降低了工艺成本，具有较强的实用性。
附图说明
包含在本说明书中并构成本说明书一部分的附图示出了符合本发明的装置和方法的实施方案，并与详细描述一起用于解释符合本发明的优点和原理。在附图中：
图1是单一角度方向排列的碳纤维布的结构示意图；
图2是单一角度方向排列的碳纤维布正α角度裁切后的示意图；
图3是单一角度方向排列的碳纤维布负α角度裁切后的示意图；
图4是基础碳纤维布结构示意图。
附图标记说明：1-单一角度方向排列的碳纤维布；2-第一碳纤维布；3-第二碳纤维布；4-基础碳纤维布。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。然而，本发明并不局限于以下描述的实施方式。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合，且本发明的技术理念可以与其他公知技术或与那些公知技术相同的其他技术组合实施。
通过常规工艺获得的碳纤维为单一角度方向排列的碳纤维布1结构如图1所示，在制造本发明提供的碳纤维棒材时，先将该单一角度方向排列的碳纤维布1用固化剂进行预浸料处理，方便后期两张碳纤维布贴合压紧。所选用的固化剂用于碳纤维材料固化定型，较常使用的固化剂材料为环氧树脂。
预浸料处理后对所述两张单一角度方向排列的碳纤维布1进行了裁切，如图2所示，其中一张进行与碳纤维排列方向呈正α角度的裁切，得到的第一碳纤维布2；如图3所示，另一张进行与碳纤维排列方向呈负α角度的裁切，得到的第二碳纤维布3，第一碳纤维布2和第二碳纤维布3厚度、长度、宽度均相同，然后把这两张碳纤维布对齐后贴合在一起并压合紧密，形成如图4所示正α角度与负α角度交叉排列的基础碳纤维布4，其两层碳纤维呈2α角度交叉。
在裁切时，也可对所述两张单一角度方向排列的碳纤维布1均进行与碳纤维排列方向呈正α角度裁切，或是均进行与碳纤维排列方向呈负α角度裁切，将其中一张碳纤维布翻面后对齐贴合在另一张碳纤维布上并压合紧密，同样可以得到如图4所示的基础碳纤维布4。
所述裁切角度范围为：30°≤α≤60°，最优角度选择为45°，在选取30°、40°、50°、60°时也能达到较高的抗扭效果。
所得到的基础碳纤维布4可直接作为碳纤维布层进行卷制，也可将至少2层基础碳纤维布平铺后堆叠作为碳纤维布层后再进行卷制，以减少卷制圈数。
卷制时，将碳纤维布层黏在芯棒上进行卷制，得到棒状结构。所述芯棒为气囊芯棒，在卷制所述碳纤维布层时，所述芯棒的气囊未加压。
得到的棒状结构还需定型，将所述棒状结构置于恒温模具中静置，定型过程中，需对所述芯棒气囊进行加压，对棒状结构内圈进行定型。成形后冷却，并对芯棒气囊降压脱模，得到所需碳纤维棒材。
经过实验检测，外径D＝32mm，内径d＝10mm，长h＝1600mm的碳纤维棒材，一端固定，另一端施加相同系列的扭矩，结果表明在相同扭矩下，常规工艺生产得到的碳纤维棒材的扭转角是本工艺以45°裁切角度生产得到的碳纤维棒材的2～4倍，本工艺对抗扭性能的改善效果明显。
与现有技术相比较，本发明所提供的一种碳纤维棒材及其制造方法的优点是：
1、通过调整碳纤维交叉角度，有效提高碳纤维棒材抗扭强度；
2、增加抗扭强度的同时不需要增大碳纤维棒材尺寸，增强了碳纤维棒材的空间适应性；
3、在较小厚度的情况下碳纤维棒材即可满足抗扭强度，对透射性不会造成影响；
4、整个制造方法流程简单，工艺难度低；
5、气囊芯棒成本低，脱模方便，具有较强的实用性。
如无特别说明，本文中出现的类似于“第一”、“第二”的限定语并非是指对时间顺序、数量、或者重要性的限定，而仅仅是为了将本技术方案中的一个技术特征与另一个技术特征相区分。同样地，本文中在数词前出现的类似于“大约”、“近似地”的修饰语通常包含本数，并且其具体的含义应当结合上下文意理解。同样地，除非是有特定的数量量词修饰的名词，否则在本文中应当视作即包含单数形式又包含复数形式，在该技术方案中既可以包括单数个该技术特征，也可以包括复数个该技术特征。
在以上具体实施例的说明中，方位术语“上”、“下”、”左”、“右”、“顶”、“底”、“竖向”、“横向”和“侧向”等的使用仅仅出于便于描述的目的，而不应视为是限制性的。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种碳纤维棒材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)将碳纤维为单一角度方向排列的碳纤维布，用固化剂进行预浸料处理；
步骤2)将两张单一角度方向排列的碳纤维布贴合在一起，贴合时保持两张单一角度方向排列的碳纤维布上的碳纤维呈一定角度交叉，得到基础碳纤维布；
步骤3)若直接用1层所述基础碳纤维布作为碳纤维布层进行卷制，则直接进入步骤4)；否则将至少2层基础碳纤维布平铺后堆叠作为碳纤维布层后进入步骤4)；
步骤4)将步骤3)得到的碳纤维布层绕芯棒进行卷制，得到棒状结构；
步骤5)将得到的上述棒状结构定型后得到碳纤维棒材。
2.如权利要求1所述的碳纤维棒材制造方法，其特征在于，所述步骤2)中，将两张单一角度方向排列的所述碳纤维布贴合在一起之前，对两张所述碳纤维布进行了裁切，一张进行与碳纤维排列方向呈正α角度的裁切，另一张进行与碳纤维排列方向呈负α角度的裁切，得到的所述基础碳纤维布的两层碳纤维呈2α角度交叉。
3.如权利要求1所述的碳纤维棒材制造方法，其特征在于，所述步骤2)中，将两张单一角度方向的所述碳纤维布贴合在一起之前，对两张所述碳纤维布均进行与碳纤维排列方向呈正α角度裁切或均进行与碳纤维排列方向呈负α角度裁切，将其中一张碳纤维布翻面后贴合在另一张碳纤维布上，得到的所述基础碳纤维布的两层碳纤维呈2α角度交叉。
4.如权利要求2或3所述的碳纤维棒材制造方法，其特征在于，所述步骤2)中的裁切角度α的取值范围为：30°≤α≤60°。
5.如权利要求2或3所述的碳纤维棒材制造方法，其特征在于，所述步骤2)中的裁切角度α＝45°。
6.如权利要求2或3所述的碳纤维棒材制造方法，其特征在于，所述步骤2)中，裁切后的两张所述碳纤维布的厚度、长度、宽度均相同；
则在所述步骤2)中，将裁切后的两张所述碳纤维布对齐后贴合在一起并压紧。
7.如权利要求1所述的碳纤维棒材制造方法，其特征在于，所述固化剂为环氧树脂。
8.如权利要求1所述的碳纤维棒材制造方法，其特征在于，所述步骤4)中的所述芯棒为气囊芯棒，在卷制所述碳纤维布层时，所述芯棒的气囊未加压，在所述步骤5)中，对所述芯棒的气囊进行加压，以对所述棒状结构定型。
9.如权利要求1所述的碳纤维棒材制造方法，其特征在于，所述步骤5)具体包括:将所述棒状结构置于恒温模具中静置，成形后冷却脱模，得到所述碳纤维棒材。
10.一种碳纤维棒材，其特征在于，采用权利要求1-9中任一权利要求所述的碳纤维棒材制造方法制成。
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