CN111877158A - 一种两端带螺旋树脂肋的碳纤维复合材料筋及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种两端带螺旋树脂肋的碳纤维复合材料筋及其制备方法,芯部为单向碳纤维增强环氧树脂基体复合材料,筋材的端部作为锚固段,锚固段的外表面具有连续的螺旋肋构造,筋材的中间段为光圆的外表面。筋材中碳纤维束的体积含量为65%‑78%。筋材表面的固化树脂按照不同区域的用途按需要可成型出螺旋肋或保持光圆状态。以作为桥梁拉索为例,筋材两端加工为螺旋肋结构,作为锚固段可提高锚固可靠性,在锚固段成型出树脂螺旋肋,两锚固段之间的中间段保持光圆状,有利于张拉应力的均匀分布。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域,主要涉及一种两端带螺旋树脂肋的碳纤维复合材料筋及其制备方法。
背景技术
碳纤维复合材料筋材具有轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳、减震性能好等特点,将其作为桥梁缆索中的拉索部件,已成为提高桥梁跨径与耐久性的一个发展方向。但是一般表面光圆的碳纤维复合材料筋锚固较为困难,这是制约其目前不能得到广泛应用的关键因素。目前,国内外已开发出四种表面存在凹凸结构的碳纤维复合材料筋,用于增加筋材表面与锚固料之间的机械咬合力,提高筋材的锚固效率。
第一种方法是先通过拉挤成型工艺生产光圆碳纤维复合材料筋材,在其表面缠绕浸渍环氧树脂的纤维束,环氧树脂固化粘结成肋。这种方法制成带肋筋材的缠绕纤维束与光圆筋材的粘结强度低,容易脱粘,并不能充分发挥碳纤维复合材料筋材的拉伸性能。
第二种方法是将F4带(四氟缠绕带)缠绕在浸渍环氧树脂未固化的预成型筋材,F4缠绕带和筋材一起牵引进入定型模具中固化,固化后将F4带退绕,在筋材表面形成螺旋形凹槽。这种方法存在两个问题:一是由于F4带缠绕,使内部连续碳纤维束沿筋材长度方向取向发生波动,导致筋材的拉伸强度与弹性模量均下降;二是缠绕了F4带后,筋材表面凹凸不平,牵引进入定型模具固化的过程中摩擦力非常大,容易发生堵模的问题。
第三种方法是通过机械法在筋材表面加工形成螺纹结构。这种方法会切断筋材表面碳纤维束,影响筋材的拉伸强度及刚度,造成一定的材料浪费。
第四种方法是浸渍环氧树脂的碳纤维束通过光圆模具后,在圆形纤维束表面缠绕尼龙带,控制缠绕张紧力,尼龙带只与筋材毛胚表面贴合而不勒紧筋材毛坯,筋材毛胚表面碳纤维束取向保持平直,经过多道烘箱固化,筋材毛胚内部的环氧树脂受热后发生膨胀并且流动性变得非常好,开始从筋材毛胚内部往外溢出,逐渐填充满尼龙带间的缝隙,最后发生固化。接着对缠绕带进行退绕,尼龙带间隙溢出的环氧树脂形成螺旋树脂肋,尼龙带退绕部位形成螺旋式凹槽。这种工艺方法生产出的筋材表面通长都带有螺旋树脂肋,而表面螺旋树脂肋主要是用于筋材两端锚固性能提升,除锚固部位以外的筋材的螺旋树脂肋并没有实际作用,且为了制造表面带螺旋树脂肋筋材,采用了模外多道烘箱固化工艺,存在传热效率低,生产效率低的缺点。
发明内容
本发明内容的目的在于克服上述不足,设计出一种两端带螺旋树脂肋的碳纤维复合材料筋及其制备方法,该筋材两端表面带有螺旋树脂肋结构,筋材中间表面为光圆结构。该制备方法具有一次加工成型,工艺简便,不易堵模的优点,本发明制成的两端带螺旋树脂肋的碳纤维复合材料筋具有高强度高模量的特点,同时解决了光圆碳纤维复合材料筋难锚固的难点。
本发明的技术方案为:一种两端带螺旋树脂肋的碳纤维复合材料筋,芯部为单向碳纤维增强环氧树脂基体复合材料,筋材的端部一般作为锚固段,锚固段的外表面具有连续的螺旋树脂肋构造,筋材的中间段为光圆的外表面。
优选地,所述螺旋树脂肋的厚度为0.1mm-0.5mm,宽度为4mm-10mm,相邻螺旋肋的间距为2mm-4mm。
具体地,所述锚固段和中间段之间为过渡段,所述过渡段的螺旋肋从锚固段向中间段的方向厚度逐渐减小。
优选地,筋材中碳纤维束的体积含量为65%-78%。
上述碳纤维复合材料筋的制备方法,包括如下步骤:
步骤一:将若干束碳纤维束从分纱板中牵引出来,牵引速度为200—800mm/min,牵引张力10N-100N,保证碳纤维束平直;
步骤二:将碳纤维束牵引进入树脂槽浸渍树脂混合物,出树脂槽后牵引穿过集束环并束,集束环的内孔内径范围为5mm-12mm,由集束环挤出多余的树脂;
步骤三:集束后的碳纤维束牵引依次通过腔体预成型模具和哈夫预成型模具,得到预定尺寸的筋材毛胚,腔体预成型模具和哈夫预成型模具的内孔尺寸一致,内孔内径为4mm-10mm,小于集束环的内孔内径,此时用于哈夫预成型模具加热的一对加热板11不加热,筋材毛胚出哈夫预成型模具后,给筋材毛胚表面缠绕尼龙带,尼龙带螺旋缠绕在筋材毛坯表面,控制缠绕张紧力,保证尼龙带只与筋材毛胚表面贴合而不勒紧筋材毛胚,缠绕过程中筋材毛坯表面碳纤维束取向保持平直,不发生波动;
步骤四:将表面缠绕有尼龙带的筋材毛胚牵引先后经过若干烘箱,若干烘箱的温度由低到高,温度范围为150℃-180℃,经过前面烘箱预热后,筋材毛胚内部的树脂受热后发生膨胀并且流动性变得非常好,开始从筋材毛胚内部往外溢出,逐渐填充满尼龙带间的缝隙,继续经过烘箱加热后,树脂发生凝胶,经过后面几个烘箱后,树脂发生预固化直至完成固化过程;
步骤五:固化完成后,将筋材表面的尼龙带进行退绕,尼龙带间隙中的树脂形成凸出的螺旋树脂肋,尼龙带退绕部位形成螺旋式凹槽;
步骤六:当筋材前端完成锚固区的螺旋肋成型后,控制哈夫预成型模具的加热板发热,对哈夫预成型模具加热,设置加热温度为树脂的固化温度Tg℃,在哈夫预成型模具升温过程中,筋材毛胚连续经过哈夫预成型模具,筋材毛胚实现提前预固化,形成过渡段,继续在过渡段缠绕尼龙带,过渡段经过若干烘箱中的一个或多个后,树脂的流动性和膨胀幅度减小,将在过渡段形成厚度越来越小的螺旋肋,直至哈夫预成型模具的温度达到树脂的固化温度Tg℃,此后筋材毛胚经过哈夫预成型模具后即完成固化,筋材表面直接为定型的光圆状,停止尼龙带缠绕,剪断筋材过渡段和中间段的尼龙带,停止尼龙带退绕动作,关闭若干个烘箱;
步骤七:在中间段生产长度达到设计要求后,拆除哈夫预成型模具的加热板,哈夫模具的温度逐渐降低,开启所述的若干个烘箱,当在哈夫预成型模具降温过程中,筋材毛胚连续经过哈夫预成型模具,筋材毛胚开始无法实现提前预固化,同时重新开启尼龙带缠绕动作和退绕动作,在筋材毛胚表面缠绕尼龙带,筋材毛胚经过若干烘箱中的一个或多个后,随着哈夫预成型模具温度越来越低,树脂的流动性和膨胀幅度逐渐增大,将形成厚度越来越大的螺旋肋,形成过渡段,直至哈夫预成型模具的温度降到室温,同时开启所述的若干个烘箱加热至步骤四中的工作温度,对中间段之后的筋材表面进行如步骤四所记载的螺旋肋成型;
步骤八:重复步骤四到七,在筋材表面成型出螺旋肋或光圆结构。
可选地,每束碳纤维束包括12000根碳纤维丝。
可选地,步骤三中,尼龙带的宽度2mm-4mm,厚度0.5mm-1mm。
优选地,步骤四中,烘箱一般为五个,温度分别设定为150℃、150℃、160℃、180℃、180℃。经过第一个烘箱预热后,筋材毛胚内部的环氧树脂受热后发生膨胀并且流动性变得非常好,开始从筋材毛胚内部往外溢出,逐渐填充满尼龙带间的缝隙,经过第二个烘箱后,环氧树脂发生凝胶,经过第三个烘箱后,环氧树脂发生预固化,经过最后两个温区完成后固化过程。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
1.提供了一种局部(一般是端部)成型出螺旋树脂肋的碳纤维复合材料筋,筋材表面的固化树脂按照不同区域的用途按需要可成型出螺旋树脂肋或保持光圆状态。以作为桥梁拉索为例,筋材两端加工为螺旋树脂肋结构,作为锚固段可提高锚固可靠性,在两锚固段之间的中间段保持光圆状,外径尺寸偏差小,在工程制索中索体外径尺寸容易控制。
2.在成型过程中,筋材首尾两端采用需模外固化及缠绕工艺,中间段筋材仅需模内固化加工成型。热传递效率上,模内固化为接触式热传递,模外固化为空气对流式热传递,模内固化的生产效率要远大于模外固化的生产效率;工艺稳定性上,模内固化工艺制造的筋材工艺稳定,外径尺寸均匀性好且公差易控制,模外固化工艺生产稳定性相对较差,易出现树脂瘤等问题。本发明的益处在于筋材主体以中间段光圆筋材为主,两端带肋筋材为辅,整体生产工艺过程效率较高。
本发明另外提供了上述碳纤维复合材料筋的连续生产方法,筋材可在连续作业的条件下,根据规格需要,生产出特定长度的带螺旋肋的锚固段和表面光圆的中间段的筋材。
附图说明
图1为本发明实施例中碳纤维复合材料筋材的结构示意图;
图2为本发明实施例碳纤维复合材料筋材的工艺流程图;
图3为本发明实施例碳纤维束牵引、浸渍树脂、集束的作业状态图;
图4为本发明实施例碳纤维束固化成型的作业状态图;
图5为本发明实施例中集束环、腔体预成型模具的作业示意图;
图6为本发明实施例中哈夫预成型模具的作业示意图;
图中,1树脂螺旋肋、2光圆段、3碳纤维束、4分纱板、5环氧树脂混合物、6排线压杆、7浸没深度压杆、8集束环、9腔体预成型模具、10哈夫预成型模具、11加热板、12缠绕装置、13成品筋材、14一区、15二区、16三区、17四区、18五区、19退绕装置、20收线盘。
具体实施方式
以下将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,相对应结合图1至图6。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它实施例,都属于本发明保护的范围。
本实施例涉及一种碳纤维复合材料筋材,作为桥梁拉索,为碳纤维增强环氧树脂基体复合材料,筋材的两端作为锚固段,表面为树脂螺旋肋1,中间段为光圆段2。对于锚固段,光圆筋材和带螺旋肋筋材与锚固料的脱粘剪切强度分别为11MPa和23MPa,可见,在碳纤维复合材料筋材两端的锚固段加工出螺旋肋,可明显提高锚固性能。
上述碳纤维复合材料筋材的制备工艺参照图2,具体步骤描述如下。
步骤一:如图3将若干束碳纤维束3从分纱板4中引出,碳纤维束的数量根据需要制成筋材的直径调整,通过纤维维束的数量控制纤维体积含量为65%-78%范围调整,牵引速度为300mm/min-600mm/min范围调整,使用张力控制器控制好线的张力,为了保证碳纤维束在浸渍时取向保持平直,张力取20N-60N范围调整;
步骤二:如图3将碳纤维束3通过排线压杆6和浸没深度压杆7约束浸没在环氧树脂混合物5中,出环氧树脂槽后牵引穿过集束环8,挤出多余环氧树脂,环氧树脂混合物是采用树脂基体、固化剂和催化剂配制而成,其质量配比为1000:860:13.6;
步骤三:如图4集束后的碳纤维束3牵引穿过腔体预成型模具9和哈夫预成型模具10。腔体预成型模具9和哈夫预成型模具10尺寸一致且内径范围为2mm-10mm。此时加热板11处于闲置状态,不加热。牵引筋材毛胚前进的同时,通过缠绕装置12给筋材毛胚上缠绕尼龙带,尼龙带缠绕间距保持在5mm-7mm范围,控制缠绕张紧力,保证尼龙带只与筋材毛胚表面贴合,不勒紧筋材毛胚,筋材毛胚表面碳纤维束取向保持平直,不发生波动,尼龙带宽度2mm-4mm,厚度0.5mm-1mm;
步骤四:如图4将表面缠绕有尼龙带的筋材毛胚牵引先后经过5个烘箱,5个烘箱温区依次分别为一区14、二区15、三区16、四区17和五区18,温度分别设定为150℃、150℃、160℃、180℃、180℃。经过一区14预热后,筋材毛胚内部的环氧树脂受热后发生膨胀并且流动性变得非常好,开始从筋材毛胚内部往外溢出,逐渐填充满尼龙带间的缝隙,经过二区15后,环氧树脂发生凝胶,经过三区16后,环氧树脂发生预固化,经过最后两个温区完成后固化过程。固化完成后,将筋材表面的尼龙带进行退绕,尼龙带间隙中的树脂形成凸出的螺旋树脂肋,尼龙带退绕部位形成螺旋式凹槽;按螺旋肋筋材生产长度要求预先打开加热板11加热哈夫预成型模具10并调节温度至160℃(此模具加温过程需要半小时,半小时内均不影响表面带螺旋肋生产工艺,这半小时内形成的螺旋肋的厚度逐渐减小)。
步骤五:如图4在带螺旋肋碳纤维复合材料筋长度达到产品设计要求后,此时哈夫预成型模具10也达到了光圆工艺设计温度,关闭一区14、二区15、三区16、四区17和五区18五个温区,连续生产光圆碳纤维复合材料筋。当光圆筋材生产达到产品设计要求后,在线拆除哈夫预成型模具10的加热板11,哈夫预成型模具10的温度逐渐降低,同时打开一区14、二区15、三区16、四区17和五区18五个温区,并调至关停前同样的设定温度,当在哈夫预成型模具10降温过程中,筋材毛胚连续经过哈夫预成型模具,筋材毛胚开始无法实现提前预固化,同时重新开启尼龙带缠绕动作和退绕动作,在筋材毛胚表面缠绕尼龙带,随着哈夫预成型模具温度越来越低,树脂的流动性和膨胀幅度逐渐增大,将形成厚度越来越大的螺旋肋,形成过渡段,直至哈夫预成型模具的温度降到室温,同时开启所述的若干个烘箱加热至步骤四中的工作温度,返回至步骤四完成尾端螺旋肋筋材的生产要求。
步骤七:如图4固化完成后,将两端筋材表面的尼龙带通过退绕装置19进行退绕,尼龙带间隙中的环氧树脂形成螺旋式树脂肋,尼龙带退绕部位形成螺旋式凹槽。
步骤八:制成的成品筋材13收卷到收线盘20上。
实施例1
一种两端表面带树脂肋中间为光圆的碳纤维复合材料筋材,包括碳纤维及环氧树脂基体,筋材直径为7mm,筋材两端表面有连续螺旋式的环氧树脂肋,中间为光圆碳纤维复合材料筋。带肋碳纤维复合材料筋材长度两端都为2000mm,树脂肋的厚度为0.25mm,树脂肋的螺距为2.4mm,光圆碳纤维复合材料筋长度为20000mm。
一种两端表面带树脂肋中间为光圆的碳纤维复合材料筋材制备方法包括以下几个步骤:
步骤一:将62束碳纤维束3从分纱板4中引出,纤维体积含量为72%,牵引速度为300mm/min,使用张力控制器控制好线的张力,为了保证碳纤维束在浸渍时取向保持平直,张力调节为5.88N;
步骤二:将碳纤维束通过排线压杆6和浸没深度压杆7约束浸没在环氧树脂混合物5中,出环氧树脂槽后牵引穿过集束环8,挤出多余环氧树脂,环氧树脂混合物是采用树脂基体、固化剂和催化剂配制而成,其质量配比为1000:860:13.6;
步骤三:集束后的碳纤维束牵引穿过腔体预成型模具9和哈夫预成型模具10。腔体预成型模具9和哈夫预成型模具10尺寸都为7mm。此时哈夫预成型模具10的加热板11处于闲置状态。牵引筋材毛胚前进的同时,通过缠绕装置12给筋材毛胚上缠绕尼龙带,尼龙带缠绕间距保持在5mm,控制缠绕张紧力,保证尼龙带只与筋材毛胚表面贴合,不勒紧筋材毛胚,筋材毛胚表面碳纤维束取向保持平直,不发生波动,尼龙带宽度2mm,厚度0.5mm;
步骤四:将表面缠绕有尼龙带的筋材毛胚牵引先后经过5个烘箱,同时加热哈弗预成型模具10并设置加热温度为160℃,5个烘箱温区温度分别设定为150℃、150℃、160℃、180℃、180℃。经过一区14预热后,筋材毛胚内部的环氧树脂受热后发生膨胀并且流动性变得非常好,开始从筋材毛胚内部往外溢出,逐渐填充满尼龙带间的缝隙,经过二区15后,环氧树脂发生凝胶,经过三区16后,环氧树脂发生预固化,经过最后两个温区完成后固化过程。
步骤五:在带螺旋树脂肋碳纤维复合材料筋长度达到产品设计要求后,此时哈夫光圆模具也达到了光圆工艺使用温度,关闭一区14、二区15、三区16、四区17、五区18五个温区。当光圆筋材生产达到产品设计要求后,在线拆除加热板11和哈夫预成型模具10,同时打开一区14、二区15、三区16、四区17、五区18五个温区并调至关停前同样的设定温度。返回至步骤四完成尾端螺旋肋筋材的生产要求。
步骤七:固化完成后,将两端筋材表面的尼龙带通过退绕装置19进行退绕,尼龙带间隙中的环氧树脂形成螺旋式树脂肋,尼龙带退绕部位形成螺旋式凹槽。
步骤八:制成的成品筋材13收卷到收线盘20上。
本实施例制备的两端带螺旋树脂肋的碳纤维复合材料筋,两端为树脂螺旋肋结构,中间为光圆结构,两端的树脂螺旋肋的深度为渐变式。通过对步骤四哈弗预成型模具10加热模具的开始加热时机进行选择,可以增加两端树脂螺旋肋的长度。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (10)
1.一种两端带螺旋树脂肋的碳纤维复合材料筋,其特征在于:芯部为单向碳纤维增强环氧树脂基体复合材料,筋材的端部作为锚固段,锚固段的外表面具有连续的螺旋肋构造,筋材的中间段为光圆的外表面。
2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料筋,其特征在于:所述螺旋肋的厚度为0.1mm-0.5mm,宽度为4mm-10mm,相邻螺旋肋的间距为2mm-4mm。
3.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料筋,其特征在于:所述锚固段和中间段之间为过渡段,所述过渡段的螺旋肋从锚固段向中间段的方向厚度逐渐减小。
4.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料筋,其特征在于:筋材中碳纤维束的体积含量为65%-78%。
5.一种制备权利要求1-4中任一项所述碳纤维复合材料筋的方法,其特征在于:包括:
步骤一:将若干束碳纤维束从分纱板中牵引出来,牵引速度为200—800mm/min,牵引张力10N-100N,保证碳纤维束平直;
步骤二:将碳纤维束牵引进入树脂槽浸渍树脂混合物,出树脂槽后牵引穿过集束环(8)并束,集束环(8)的内孔内径范围为5mm-12mm,由集束环(8)挤出多余的树脂;
步骤三:集束后的碳纤维束牵引依次通过腔体预成型模具(9)和哈夫预成型模具(10),得到预定尺寸的筋材毛胚,腔体预成型模具(9)和哈夫预成型模具(10)的内孔尺寸一致,内孔内径为4mm-10mm,小于集束环(8)的内孔内径,此时用于哈夫预成型模具(10)加热的一对加热板11不发热,筋材毛胚出哈夫预成型模具(10)后,给筋材毛胚表面缠绕尼龙带,尼龙带螺旋缠绕在筋材毛坯表面,控制缠绕张紧力,保证尼龙带只与筋材毛胚表面贴合而不勒紧筋材毛胚,缠绕过程中筋材毛坯取向平直;
步骤四:将表面缠绕有尼龙带的筋材毛胚牵引先后经过若干烘箱,若干烘箱的温度由低到高,温度范围为150℃-180℃,经过前面烘箱预热后,筋材毛胚内部的树脂受热后发生膨胀并且流动性变得非常好,开始从筋材毛胚内部往外溢出,逐渐填充满尼龙带间的缝隙,继续经过烘箱加热后,树脂发生凝胶,经过后面几个烘箱后,树脂发生预固化直至完成固化过程;
步骤五:固化完成后,将筋材表面的尼龙带进行退绕,尼龙带间隙中的树脂形成凸出的螺旋树脂肋,尼龙带退绕部位形成螺旋式凹槽;
步骤六:当筋材前端完成锚固区的螺旋肋成型后,控制哈夫预成型模具(10)的加热板发热,对哈夫预成型模具(10)加热,设置加热温度为树脂的固化温度Tg℃,在哈夫预成型模具(10)升温过程中,筋材毛胚连续经过哈夫预成型模具(10),筋材毛胚实现提前预固化,形成过渡段,继续在过渡段缠绕尼龙带,过渡段经过若干烘箱中的一个或多个后,树脂的流动性和膨胀幅度减小,将在过渡段形成厚度越来越小的螺旋肋,直至哈夫预成型模具(10)的温度达到树脂的固化温度Tg℃,此后筋材再经过哈夫预成型模具(10)后即完成固化,筋材表面直接为定型的光圆状,停止尼龙带缠绕,剪断筋材过渡段和中间段的尼龙带,停止尼龙带退绕动作,关闭烘箱;
步骤七:在中间段生产长度达到设计要求后,拆除哈夫预成型模具的加热板,哈夫模具的温度逐渐降低,开启所述的若干个烘箱,当在哈夫预成型模具降温过程中,筋材毛胚连续经过哈夫预成型模具,筋材毛胚开始无法实现提前预固化,同时重新开启尼龙带缠绕动作和退绕动作,在筋材毛胚表面缠绕尼龙带,筋材毛胚经过若干烘箱中的一个或多个后,随着哈夫预成型模具温度越来越低,树脂的流动性和膨胀幅度逐渐增大,将形成厚度越来越大的螺旋肋,形成过渡段,直至哈夫预成型模具的温度降到室温,同时开启所述的若干个烘箱加热至步骤四中的工作温度,对中间段之后的筋材表面进行如步骤四所记载的螺旋肋成型;
步骤八:重复步骤四到七,在筋材表面成型出螺旋肋或光圆结构。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于:步骤一中,每束碳纤维束包括12000根碳纤维丝。
7.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于:步骤一中,采用张力控制器控制碳纤维束的牵引张力。
8.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于:步骤三中,尼龙带的宽度2mm-4mm,厚度0.5mm-1mm。
9.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于:步骤四中,烘箱为五个,温度分别设定为150℃、150℃、160℃、180℃、180℃。
10.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于:所述树脂槽中为环氧树脂和固化剂的混合物。
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Cited By (6)
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CN113829641A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-12-24 | 哈尔滨工业大学 | 一种连续纤维增强热塑性树脂复合材料螺旋肋筋的制备装置及方法 |
CN113829641B (zh) * | 2021-08-23 | 2023-01-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种连续纤维增强热塑性树脂复合材料螺旋肋筋的制备装置及方法 |
CN114311763A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-04-12 | 商丘国龙新材料有限公司 | 一种纤维筋材生产线及其生产方法 |
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CN116872516A (zh) * | 2023-09-04 | 2023-10-13 | 北京玻钢院复合材料有限公司 | 一种螺旋型复合材料连续化生产装置 |
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