CN113997458A - 复合棒材的制作方法、复合棒材及其应用 - Google Patents

复合棒材的制作方法、复合棒材及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合棒材的制作方法、复合棒材及其应用，该方法包括：对第一纤维和第二纤维进行预处理；将预处理后的所述第一纤维和所述第二纤维分别与树脂按预定比例进行预浸；将预浸后的所述第一纤维置于预设温度环境下进行收束，得到复合线材；将所述复合线材按预定数量置于预设温度环境下进行合束，并将所述第二纤维缠绕在所述复合线材上；将缠绕完成的所述复合线材降温，得到复合棒材。本发明能够使得制作工艺更简单，减少了材料损耗，提高了材料的利用率且降低了成本，并且在提供高强度支撑的同时可以大量减轻重量。

Description

复合棒材的制作方法、复合棒材及其应用
技术领域
本发明涉及复合棒材技术领域，具体涉及一种复合棒材的制作方法、复合棒材及其应用。
背景技术
目前液压减震器的顶杆，千斤顶的顶杆，起落架的支撑脚等多为金属材质，在部分复合材料支撑杆的相关技术中，目前的棒材在制作时，工艺复杂，工序多，通常需要预先制成预浸带，再铺设、压制成坯件，最后机加工成目标棒材，导致材料损耗大，利用率低且成本比较高。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种复合棒材的制作方法，包括：
对第一纤维和第二纤维进行预处理；
将预处理后的所述第一纤维和所述第二纤维分别与树脂按预定比例进行预浸；
将预浸后的所述第一纤维进行收束，得到复合线材；
将所述复合线材按预定数量置于预设温度环境下进行合束挤压，并将所述第二纤维缠绕在所述复合线材上；
将缠绕完成的所述复合线材降温，得到复合棒材。
优选地，所述对第一纤维和第二纤维进行预处理包括：
预先选择具有集束剂的第一纤维和第二纤维；
将所述第一纤维和所述第二纤维进行牵引并烘烤以去除所述集束剂，得到展纱后的第一纤维和第二纤维。
优选地，所述将预处理后的所述第一纤维和所述第二纤维分别与树脂按预定比例进行预浸包括：
将预处理后的所述第一纤维和所述第二纤维进行牵引；
向浸渍模具内注入树脂，并将所述第一纤维和所述第二纤维分别通过浸渍模具进行浸渍；其中，所述预定比例为25-65：35-75。
优选地，所述将所述复合线材按预定数量置于预设温度环境下进行合束，并将所述第二纤维缠绕在所述复合线材上包括：
将预定数量的复合线材穿过合束模具并置于预设温度环境下进行合束；
在所述复合线材合束后与所述第二纤维共同穿过缠绕模具内，以将第二纤维缠绕在所述复合线材上。
优选地，所述将缠绕完成的所述复合线材降温，得到复合棒材包括：
将缠绕完成的所述复合线材通过冷却装置进行退火，以降温至所述树脂的Tg30～50℃，得到所述复合棒材。
优选地，所述第一纤维和所述第二纤维为无机连续纤维，所述树脂为热塑性树脂。
优选地，所述预设温度为所述树脂的熔融加工温度至所述树脂的Tg温度区间。
本发明的第二个目的在于提出一种复合棒材，包括：
棒材层，所述棒材层由多个第一纤维收束形成；
缠绕层，所述缠绕层由第二纤维构成，并沿所述棒材层的周向方向按20～80°的角度将所述棒材层卷绕固定。
优选地，所述棒材层的直径为5-40mm，所述缠绕层的厚度为所述棒材直径的1％-15％。
本发明的第三个目的在于提出一种如上述方法制备的复合棒材在支撑杆中的应用。
本发明提供的复合棒材的制作方法，首先可以对第一纤维和第二纤维进行预处理；并将预处理后的所述第一纤维和所述第二纤维分别与树脂按预定比例进行预浸；然后将预浸后的所述第一纤维进行收束，得到复合线材；通过将所述复合线材按预定数量置于预设温度环境下进行合束挤压，并将所述第二纤维缠绕在所述复合线材上；最后将缠绕完成的所述复合线材进行在线的程序控温降温，得到复合棒材；由此使得制作工艺更简单，减少了材料损耗，提高了材料的利用率且降低了成本，并且在提供高强度支撑的同时可以大量减轻重量。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1是本发明实施例中提供的复合棒材的制作方法的流程框图；
图2是本发明实施例中提供的复合棒材的制作方法的结构流程图；
图3是本发明实施例中提供的步骤S20的具体流程图；
图4是本发明实施例中提供的步骤S40的具体流程图；
图5是本发明实施例中提供的复合棒材结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”“轴向”、“周向”、“径向”等指示的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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而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。由此，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更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面参照附图详细描述本发明实施例的复合棒材的制作方法、复合棒材及其应用。
参照图1和图2所示，本发明实施例中提供的复合棒材的制作方法，包括：
S10、对第一纤维10和第二纤维20进行预处理。
在本实施例中，第一纤维10和第二纤维20为无机连续纤维，无机连续纤维可以包括有玻璃纤维、玄武岩纤维及碳纤维中的任意一种，可以理解的是，第一纤维10和第二纤维20可以采用同样的无机纤维材料，由此可以对第一纤维10和第二纤维20进行同步预处理，在预处理时可以使得工艺更简单。
具体的，上述步骤S10的具体实现方式包括：
步骤一，预先选择具有集束剂的第一纤维10和第二纤维20；
步骤二，将第一纤维10和第二纤维20进行牵引并烘烤以去除集束剂，得到展纱后的第一纤维10和第二纤维20。
其中，集束剂可以提高纤维的纤度及强度，在预处理过程中，可以将第一纤维10和第二纤维20分别安装在纤维纱架上，并通过预分散装置分别将第一纤维10和第二纤维20进行牵引并进行烘烤，使得第一纤维10和第二纤维20上的集束剂被清除，并可以使第一纤维10和第二纤维20同时达到预热和展纱的效果。
S20、将预处理后的第一纤维10和第二纤维20分别与树脂按预定比例进行预浸。
在本实施例中，树脂为热塑性树脂，热塑性树脂包括有PE、PP、PS、HIPS、ABS、ABS/PA、PMMA、PBT、TPE、PA、PET、PC、PSF、TPI、PSU、PEI、PES、PPS、PEEK；可以理解的是，可以将树脂置入在挤出机内进行加热挤出，使得树脂在熔融的状态下对第一纤维10和第二纤维20进行预浸，使得树脂能够包裹在第一纤维10和第二纤维20上，提高第一纤维10和第二纤维20之间的粘合力和强度。
参照图3所示，上述步骤S20的具体实现方式包括：
S21、将预处理后的第一纤维10和第二纤维20进行牵引；
S22、向浸渍模具内注入树脂，并将第一纤维10和第二纤维20分别通过浸渍模具进行浸渍；其中，预定比例为25-65：35-75。
其中，可以将第一纤维10和第二纤维20通过浸渍模具后进行牵引拉伸，同时挤出机可以将熔融后的树脂注入浸渍模具内，使得穿过浸渍模具的第一纤维10和第二纤维20可以通过树脂实现预浸，操作工艺更简单，确保后续工艺能够一体成型；可选地，第一纤维10及第二纤维20和树脂之间的比例可以是40～65：35～60，更为优选地是50～60：40～50；在实际制作过程中，可以发现的是，在采用的预定比例为53:46时，整体的强度得到明显的提升，并且能够确保材料的有效控制，生产效率更高。
S30、将预浸后的第一纤维10置于预设温度环境下进行收束，得到复合线材。
在本实施例中，预设温度为树脂的熔融加工温度至所述树脂Tg温度区间，并且为多个不等温的阶梯温度；例如，在采用PE作为浸渍材料时，其对应的熔融温度为140～220℃，因此，在第一纤维10预浸后会保留树脂的熔融加工温度，在第一纤维10保持在预设温度环境下时，通过对其进行收束，使得多根第一纤维10可以被收拢，并形成为复合线材，可以理解的是，每股复合线材是由多根第一纤维10组成。
S40、将复合线材按预定数量进行合束，并将第二纤维20缠绕在复合线材上。
其中，可以根据需要的棒材直径选择对应数量的复合线材，因此，通过选择预定数量的复合线材进行合束，在合束完成后将第二纤维20缠绕在复合线材上，并可以将缠绕完成的复合线材进行挤压成型，使得复合线材的轴向强度更高。
参照图4所示，上述步骤S40的具体实现方式包括：
S41、将预定数量的复合线材穿过合束模具并置于预设温度环境下进行合束；
S42、在复合线材合束后与第二纤维20共同穿过缠绕模具内，以将第二纤维20缠绕在复合线材上。
在本实施例中，在将复合线材收束后，在复合线材降温之前可以选择预定数量的复合线材，并穿过合束模具进行合束，在合束完成后可以将第二纤维20缠绕在合束后的复合线材上，并在缠绕完成后可以进行挤压定型；可以理解的，第二纤维20可以沿复合线材的周向方向进行缠绕，使得整体结构在轴向方向的强度更高。
S50、将缠绕完成的复合线材降温，得到复合棒材30。
在本实施例中，将缠绕完成的复合线材通过冷却装置进行退火，并进行在线的程序控温以降温至Tg30～50℃，得到复合棒材30，其中，Tg表示玻璃化温度；可以理解的是，在缠绕完成后的复合线材可以进行挤压成型，并在挤压的同时进行降温退火，以使其成型得到复合棒材30。
本发明提供的复合棒材30的制作方法，首先可以对第一纤维10和第二纤维20进行预处理；并将预处理后的第一纤维10和第二纤维20分别与树脂按预定比例进行预浸；然后将预浸后的第一纤维10置于预设温度环境下进行收束，得到复合线材；通过将复合线材按预定数量进行合束挤压，并将第二纤维20缠绕在复合线材上；最后将缠绕完成的复合线材进行在线的程序控温降温，得到复合棒材30；由此使得制作工艺更简单，减少了材料损耗，提高了材料的利用率且降低了成本，并且在提供高强度支撑的同时可以大量减轻重量。
参照图5所示，本发明实施例中提出的复合棒材30，包括棒材层31及缠绕层32，棒材层31由多个第一纤维10收束形成；缠绕层32由第二纤维20构成，并沿棒材层31的周向方向按20～80°的角度将棒材层31卷绕固定。
在本实施例中，棒材层31的直径为5-40mm，缠绕层32的厚度为棒材直径的1％-15％。其中，缠绕层32的厚度可以是棒材直径的3％-10％，更为优选的是棒材直径的5％-7％，并且，卷绕角度为20～80°，更优选地，卷绕角度为35～65°。可以发现的是，在缠绕层32的厚度为棒材直径的6.5％时，复合棒材30的整体强度提升最佳，并可以在提供高强度支撑的同时，大量减轻重量。
本发明的实施例中提供的如上述方法制备的复合棒材30在支撑杆中的应用。其中，该复合棒材30可以用于非特高温下的金属顶杆、支撑架，如液压减震器的顶杆，千斤顶的顶杆，起落架的支撑脚等，并且能够实现上述复合棒材30的技术效果。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种复合棒材的制作方法，其特征在于，包括：
对第一纤维和第二纤维进行预处理；
将预处理后的所述第一纤维和所述第二纤维分别与树脂按预定比例进行预浸；
将预浸后的所述第一纤维进行收束，得到复合线材；
将所述复合线材按预定数量置于预设温度环境下进行合束，并将所述第二纤维缠绕在所述复合线材上；
将缠绕完成的所述复合线材降温，得到复合棒材。
2.根据权利要求1所述的复合棒材的制作方法，其特征在于，所述对第一纤维和第二纤维进行预处理包括：
预先选择具有集束剂的第一纤维和第二纤维；
将所述第一纤维和所述第二纤维进行牵引并烘烤以去除所述集束剂，得到展纱后的第一纤维和第二纤维。
3.根据权利要求1所述的复合棒材的制作方法，其特征在于，所述将预处理后的所述第一纤维和所述第二纤维分别与树脂按预定比例进行预浸包括：
将预处理后的所述第一纤维和所述第二纤维进行牵引；
向浸渍模具内注入树脂，并将所述第一纤维和所述第二纤维分别通过浸渍模具进行浸渍；其中，所述预定比例为25-65：35-75。
4.根据权利要求1所述的复合棒材的制作方法，其特征在于，所述将所述复合线材按预定数量置于预设温度环境下进行合束，并将所述第二纤维缠绕在所述复合线材上包括：
将预定数量的复合线材穿过合束模具并置于预设温度环境下进行合束；
在所述复合线材合束后与所述第二纤维共同穿过缠绕模具内，以将第二纤维缠绕在所述复合线材上。
5.根据权利要求1所述的复合棒材的制作方法，其特征在于，所述将缠绕完成的所述复合线材降温，得到复合棒材包括：
将缠绕完成的所述复合线材通过冷却装置进行退火，以降温至所述树脂的Tg温度30～50℃，得到所述复合棒材。
6.根据权利要求1所述的复合棒材的制作方法，其特征在于，所述第一纤维和所述第二纤维为无机连续纤维，所述树脂为热塑性树脂。
7.根据权利要求1所述的复合棒材的制作方法，其特征在于，所述预设温度为所述树脂的熔融加工温度至所述树脂Tg温度区间。
8.一种复合棒材，其特征在于，包括：
棒材层，所述棒材层由多个第一纤维收束形成；
缠绕层，所述缠绕层由第二纤维构成，并沿所述棒材层的周向方向按20～80°的角度将所述棒材层卷绕固定。
9.根据权利要求8所述的复合棒材，其特征在于，所述棒材层的直径为5-40mm，所述缠绕层的厚度为所述棒材直径的1％-15％。
10.一种如权利要求1至7任一项所述方法制备的复合棒材在支撑杆中的应用。
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