CN114905773A - 轻质桅杆的制备方法、轻质桅杆及包括轻质桅杆的帆船 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了轻质桅杆的制备方法、轻质桅杆和包括轻质桅杆的帆船。制备方法包括：利用纤维丝束和热塑性树脂薄膜制备热塑性树脂纤维复合材料预浸带，干燥处理热塑性树脂纤维复合材料预浸带，将热塑性树脂纤维复合材料预浸带在桅杆成型模具上沿着多个方向、逐层缠绕多次，得到包覆在桅杆成型模具上的热塑性树脂纤维复合材料预浸带层，进一步将其在热压模具中热压成型，拆除桅杆成型模具，得到由热塑性树脂纤维复合材料预浸带制备而成的轻质桅杆。该轻质桅杆具有中空结构，密度小，重量小，强度高，韧性好，可回收；大幅降低了帆船的重量，降低了帆船重心，提高了帆船航向效率、安全性，在本技术领域有良好的应用前景。
Description
技术领域
本申请属于帆船技术领域，具体涉及轻质桅杆的制备方法、轻质桅杆及包括轻质桅杆的帆船。
背景技术
帆船是利用风力前进的船，是继舟、筏之后的一种古老的水上交通工具。随着经济的快速发展，热爱帆船的人逐渐将其发展为一种时尚的水上运动项目。帆船的桅杆通常安装在船体上，用于安装帆。
现有的桅杆大多由金属材料制成，笨重且强度刚度较低，而且由于金属桅杆质量大，除了增加帆船本身的质量外，还导致帆船的重心上升，在风力较大时，影响帆船航行的稳定性和航行效率。
发明内容
有鉴于此，一方面，一些实施例公开了轻质桅杆的制备方法，该方法包括：
(1)利用纤维丝束和热塑性树脂薄膜制备热塑性树脂纤维复合材料预浸带；
(2)干燥处理热塑性树脂纤维复合材料预浸带；
(3)将热塑性树脂纤维复合材料预浸带在桅杆成型模具上沿着多个方向、逐层缠绕多次，得到包覆在桅杆成型模具上的热塑性树脂纤维复合材料预浸带层；
(4)将包覆在桅杆成型模具上的热塑性树脂纤维复合材料预浸带层在热压模具中热压成型；
(5)拆除桅杆成型模具，得到由热塑性树脂纤维复合材料预浸带制备而成的轻质桅杆。
进一步，一些实施例公开的轻质桅杆的制备方法，热塑性树脂纤维复合材料预浸带的制备方法包括：
(1-1)将纤维丝束在设定第一张力作用下宽展至预设宽度；
(1-2)将热塑性树脂薄膜在第一张力作用下牵引行进；
(1-3)将宽展至预设宽度的纤维丝束与热塑性树脂薄膜叠合、热压复合，经过分切，得到热塑性树脂纤维复合材料预浸带。
一些实施例公开的轻质桅杆的制备方法，热塑性树脂纤维复合材料预浸带层的形成过程包括：
(3-1)选定桅杆成型模具；
(3-2)将热塑性树脂纤维复合材料预浸带层沿着与桅杆成型模具轴向成0°、45°、90°、-45°、0°的角度缠绕在桅杆成型模具上；
(3-3)重复上述步骤(3-2)多次，得到预设厚度的热塑性树脂纤维复合材料预浸带层。
一些实施例公开的轻质桅杆的制备方法，热塑性树脂纤维复合材料预浸带层的厚度在4～5mm之间。
一些实施例公开的轻质桅杆的制备方法，纤维包括碳纤维、玻璃纤维。
一些实施例公开的轻质桅杆的制备方法，热塑性树脂纤维复合材料预浸带的干燥温度为100～120℃，干燥时间为2～3小时。
一些实施例公开的轻质桅杆的制备方法，纤维丝束的宽展宽度预设为3～20mm。
一些实施例公开的轻质桅杆的制备方法，热塑性树脂纤维复合材料预浸带的宽度为3mm。
另一方面，一些实施例公开了轻质桅杆，由本发明实施例公开的轻质桅杆的制备方法得到。
再一方面，一些实施例公开了帆船，该帆船包括本发明实施例公开的轻质桅杆。
本申请实施例公开的轻质桅杆的制备方法、轻质桅杆和包括轻质桅杆的帆船，利用碳纤维、玻璃纤维以及热塑性树脂材料制备得到了热塑性树脂纤维复合材料预浸带，利用热塑性树脂纤维复合材料预浸带制备得到了轻质桅杆，该轻质桅杆具有中空结构，密度小，重量小，强度高，韧性好，可回收；大幅降低了帆船的重量，降低了帆船重心，提高了帆船航向效率、安全性，在本技术领域有良好的应用前景。
附图说明
图1一些实施例公开的轻质桅杆制备方法流程示意图；
图2一些实施例公开的热压模具结构示意图；
图3一些实施例公开的成型模具与轻质桅杆横截面示意图。
附图标记
1 模具本体 2 成型模具
3 热塑性树脂纤维复合材料预浸带层
10 热压模具内腔 11 热压模具定位孔
具体实施方式
在这里专用的词“实施例”，作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。本申请实施例中性能指标测试，除非特别说明，采用本领域常规试验方法。应理解，本申请中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本申请公开的内容。
除非另有说明，否则本文使用的技术和科学术语具有本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义；作为本申请中其它未特别注明的试验方法和技术手段均指本领域内普通技术人员通常采用的实验方法和技术手段。
本文所用的术语“基本”和“大约”用于描述小的波动。例如，它们可以是指小于或等于±5％，如小于或等于±2％，如小于或等于±1％，如小于或等于±0.5％，如小于或等于±0.2％，如小于或等于±0.1％，如小于或等于±0.05％。在本文中以范围格式表示或呈现的数值数据，仅为方便和简要起见使用，因此应灵活解释为不仅包括作为该范围的界限明确列举的数值，还包括该范围内包含的所有独立的数值或子范围。例如，“1～5％”的数值范围应被解释为不仅包括1％至5％的明确列举的值，还包括在所示范围内的独立值和子范围。因此，在这一数值范围中包括独立值，如2％、3.5％和4％，和子范围，如1％～3％、2％～4％和3％～5％等。这一原理同样适用于仅列举一个数值的范围。此外，无论该范围的宽度或所述特征如何，这样的解释都适用。
在本文中，包括权利要求书中，连接词，如“包含”、“包括”、“带有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“容纳”等被理解为是开放性的，即是指“包括但不限于”。只有连接词“由……构成”和“由……组成”是封闭连接词。
为了更好的说明本申请内容，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本申请同样可以实施。在实施例中，对于本领域技术人员熟知的一些方法、手段、仪器、设备等未作详细描述，以便凸显本申请的主旨。
在不冲突的前提下，本申请实施例公开的技术特征可以任意组合，得到的技术方案属于本申请实施例公开的内容。
在一些实施方式中，轻质桅杆的制备方法包括：
一些实施例公开了轻质桅杆的制备方法，如图1所示，该方法包括：
(1)利用纤维丝束和热塑性树脂薄膜制备热塑性树脂纤维复合材料预浸带；
(2)干燥处理热塑性树脂纤维复合材料预浸带；对热塑性树脂纤维复合材料预浸带进行干燥处理，可以去除其中包含的水分，作为可选实施例，可以对热塑性树脂纤维复合材料预浸带进行加热处理，使其失去水分，实现干燥。温度为100～120℃，干燥时间为2～3小时；
(3)将热塑性树脂纤维复合材料预浸带在桅杆成型模具上沿着多个方向、逐层缠绕多次，得到包覆在桅杆成型模具上的热塑性树脂纤维复合材料预浸带层；一般地，将热塑性树脂纤维复合材料预浸带沿着一定的方向缠绕在桅杆成型模具上，从桅杆成型模具的一端开始一致延续到另一端，形成第一层热塑性树脂纤维复合材料预浸带层，然后将预浸带以与第一层不同的方向再缠绕一次，从桅杆成型模具的一个端部开始一直延续到另个一端部，形成第二层热塑性树脂纤维复合材料预浸带层；依照类似的方法，重复缠绕多次，可以得到多层相互重叠的热塑性树脂纤维复合材料预浸带层；多层相互重叠的热塑性树脂纤维复合材料预浸带层形成预制的桅杆主体；
一般地，多层热塑性树脂纤维复合材料预浸带层可以采用相同的热塑性树脂纤维复合材料预浸带缠绕形成；也可以选用不同的热塑性树脂纤维复合材料预浸料缠绕形成，例如，不同的纤维，例如碳纤维或者玻璃纤维，例如不同的热塑性树脂，例如聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺(PA)；例如，不同厚度的热塑性树脂纤维复合材料预浸料；作为可选实施例，热塑性树脂纤维复合材料预浸带层的厚度在4～5mm之间，预制的桅杆主体的壁厚在4～5mm之间；
(4)将包覆在桅杆成型模具上的热塑性树脂纤维复合材料预浸带层在热压模具中热压成型；一般地，包覆在桅杆成型模具上的预制桅杆主体，需要在一定压力、温度下成型，获得预期的形状和强度，最终才能作为桅杆使用，通常这种成型过程可以在热压模具中进行，将预制的桅杆主体设置在热压模具中，使得模具获得一定的温度和压力，经过一定时间后，预制的桅杆主体定型，桅杆主体在桅杆成型模具和热压模具的共同作用下获得了预期的形状和强度；通常，热压成型的压力和温度根据热塑性树脂的性能确定，例如，成型压力可根据树脂熔融后的黏度确定，一般为3～7MPa，热压成型温度比热塑性树脂的熔融温度高10～20℃左右；
作为可选实施例，得到的轻质桅杆的壁厚在4～5mm之间；
作为可选实施例，热压成型在一定的真空条件下进行，有利于加快热压成型速度；例如，可以在真空度为-0.065～-0.085MPa的条件下进行热压；
(5)拆除桅杆成型模具，得到由热塑性树脂纤维复合材料预浸带制备而成的轻质桅杆。通常定型后的桅杆进行冷却，从热压温度冷却到一定温度后，可以将桅杆成型模具拆除，通常桅杆成型模具的拆除在一定温度下进行，拆除脱模比较方便，易于进行。例如，通常可以在90℃进行脱模。
作为可选实施例，热塑性树脂纤维复合材料预浸带的制备方法包括：
(1-1)将纤维丝束在设定第一张力作用下宽展至预设宽度；一般地，纤维丝束的宽展在宽展-浸渍设备上连续进行，将纤维丝束设置在宽展设备上，施加一定的第一张力，并使其获得一定的前行速度，在前行移动过程中逐渐变宽、变薄，宽展为具有一定厚度的纤维带；
作为可选实施例，纤维丝束的宽展宽度预设为3～20mm；
(1-2)将热塑性树脂薄膜在第一张力作用下牵引行进；一般地，热塑性树脂薄膜设置在宽展-浸渍设备上，在第一张力的牵引作用下行进，通常与纤维带的行进速度保持一致，而且热塑性树脂薄膜受到的牵引力为第一张力，与纤维丝束受到的张力相同，纤维丝束与热塑性树脂薄膜在相同张力、相同行进速度的状态下相互接触、叠合，可以防止二者之间发生形变等不利现象，导致二者复合得到的复合材料不匀均；
(1-3)将宽展至预设宽度的纤维丝束与热塑性树脂薄膜叠合、热压复合，经过分切，得到热塑性树脂纤维复合材料预浸带；
一般地，在宽展-浸渍设备上宽展至一定宽度的纤维丝束形成纤维带，与设置在宽展-浸渍设备上的热塑性树脂薄膜同时获得相同的张力和前行速度，相互接触叠合后在相同的张力和前行速度状态下经过加热辊加热、加压，热塑性树脂薄膜熔融后充分浸渍到纤维带中，二者相互融合，纤维丝均匀分布在热塑性树脂薄膜中；相互复合的纤维丝和热塑性树脂薄膜经过冷却定型，得到热塑性树脂纤维复合材料预浸带，进一步根据需要对其进行分切，得到具有设定宽度的热塑性树脂纤维复合材料预浸带。
作为可选实施例，热塑性树脂纤维复合材料预浸带的宽度为3mm。
作为可选实施例，热塑性树脂纤维复合材料预浸带层的形成过程包括：
(3-1)选定桅杆成型模具；一般地，桅杆成型模具是指用于成型桅杆的模具，其具有与桅杆相适配的形状和大小，以便将热塑性树脂纤维复合材料预浸带缠绕在模具上以后，将热塑性复合材料预浸带成型为需要的桅杆的形状和大小，例如，桅杆成型模具可以为具有一定长度的圆柱体，成型得到的桅杆为圆筒形桅杆，拆卸掉该圆柱体型的桅杆成型模具后，在桅杆内部形成圆柱形空腔；或者，桅杆成型模具可以为具有一定长度的椭圆柱体，成型得到的桅杆为椭圆形桅杆，拆卸掉桅杆成型模具后，在桅杆内部形成椭圆柱体性空腔，也可以根据需要设计制造其他形状的桅杆成型模具，以便得到与其外形相互一致的桅杆；
(3-2)将热塑性树脂纤维复合材料预浸带层沿着与桅杆成型模具轴向成0°、45°、90°、-45°、0°的角度缠绕在桅杆成型模具上；热塑性树脂纤维复合材料预浸带与桅杆模具轴向成0°，即与桅杆模具轴向平行缠绕包覆在其表面，形成第一层热塑性树脂纤维复合材料预浸带层，然后与桅杆模具轴向成45°角度方向将预浸带在桅杆模具表面螺旋缠绕，从其一个端部持续到另一个端部，形成第二层热塑性树脂纤维复合材料预浸带层，然后与桅杆模具轴向成90°，即垂直于轴向的方向在其表面连续缠绕，从其一个端部延续到另一个端部，形成第三层热塑性树脂纤维复合材料预浸带层，之后与桅杆模具轴向成-45°角度，即与形成第二层热塑性复合材料预浸带层相反的方向在桅杆模具上连续螺旋缠绕形成第四层热塑性复合材料预浸带层，最后沿桅杆轴向在其表面连续缠绕形成第五层热塑性复合材料预浸带层，如此过程可以形成五层缠绕方向各不同的热塑性复合材料预浸带层；相邻的层之间热塑性树脂纤维复合材料预浸带方向不同，相互交叉，有利于加强每一层预浸带层的强度和多层预浸带层的整体强度；
(3-3)重复上述步骤(3-2)多次，得到预设厚度的热塑性树脂纤维复合材料预浸带层；一般地，为了得到预设厚度的热塑性树脂纤维复合材料预浸带层，需要对上述步骤(3-2)述及的过程重复多次。预设的热塑性树脂纤维复合材料预浸带层的厚度即为轻质桅杆的壁厚。
作为可选实施例，如图2所示，轻质桅杆的热压模具包括相互对称的两个热压模具半模，两个热压模具半模相互适配安装后，在其内部形成容纳轻质桅杆成型模具的空腔；具体地，热压模具半模包括一个模具本体1，该模具本体1内部设置有开放式半圆柱体型热压模具内腔10，形成该内腔的侧壁上，设置有热压模具定位孔11，一般地，热压模具定位孔11设置为多个；两个热压模具半模适配安装后，在其内部形成圆柱体型热压模具内腔，用于容纳圆柱体型的成型模具，如图3所示，圆柱体型的成型模具2外部缠绕、定型有热塑性树脂纤维复合材料预浸带层3，将缠绕有热塑性树脂纤维复合材料预浸带层的成型模具设置在成型模具内腔中，将于热压模具定位孔适配的连接件设置在其中将热压模具半模相互固定；
进一步地，将该热压模具放置在预设的热压温度环境中，施加设定的压力和真空度，进行真空热压固化；
固化完成后，将至一定温度，将成型模具内的轻质桅杆去除，进一步脱去成型模具，得到结构完整的轻质桅杆。一般地，需要对脱模得到的轻质桅杆进行一些后处理，使其符合桅杆产品使用要求，例如去除毛刺，等。
一些实施方式公开的轻质桅杆，由本发明实施例公开的轻质桅杆的制备方法得到。轻质桅杆是有热塑性树脂纤维复合材料预浸带在成型模具上连续缠绕多次而形成的管状部件，成型模具脱模后得到的管状部件具有与成型模具相似的形状和尺寸，该管状部件的管壁即为多层热塑性树脂纤维复合材料预浸带层相互叠合、固化而形成的热塑性树脂纤维复合材料一体化结构，该一体化结构中，热塑性树脂纤维复合材料预浸带层由热塑性树脂纤维复合材料预浸带沿着一定的方向连续缠绕形成；相邻的热塑性树脂纤维复合材料预浸带层中预浸带的缠绕方向不相同。
一些实施方式公开的帆船，包括由热塑性树脂纤维复合材料预浸带制备而成的轻质桅杆。通常，由热塑性树脂纤维复合材料预浸带制备而成的轻质桅杆作为帆船的桅杆，安装在帆船船体上，用于安装帆，利用风力作为帆船的动力。
以下结合实施例对技术细节做进一步示例性说明。
实施例1
实施例1中，轻质桅杆的制备方法包括：
(1)利用碳纤维丝束和聚醚醚酮薄膜制备热塑性树脂纤维复合材料预浸带；将碳纤维丝束设置在宽展-浸渍设备上，在设定张力、速度下将其连续宽展形成厚度为0.02mm的碳纤维宽展带，在相同的张力、前进速度下将厚度为0.025mm的聚醚醚酮薄膜与碳纤维宽展带相互接触、热压复合，得到热塑性碳纤维复合材料预浸带，进一步将其分切，得到3mm宽的热塑性碳纤维复合材料预浸带；进一步收卷，备用；
(2)干燥处理热塑性碳纤维复合材料预浸带；将3mm宽的热塑性碳纤维复合材料预浸带卷放入100°真空干燥箱中，干燥2小时；
(3)将热塑性碳纤维复合材料预浸带沿着与桅杆成型模具轴向成0°、45°、90°、-45°、0°的角度缠绕在桅杆成型模具上，得到5层包覆在桅杆成型模具上的热塑性碳纤维复合材料预浸带层；重复上述缠绕过程20次，得到100层热塑性碳纤维复合材料预浸带层，其厚度为4.5mm；
(4)将包覆在桅杆成型模具上的热塑性碳纤维复合材料预浸带层在热压模具中热压成型；成型条件为：压力5MPa，真空度0.065MPa，热压温度为360℃，热压温度升温速率6℃/min，热压保温时间时间20min；
(5)拆除桅杆成型模具，得到由热塑性碳纤维复合材料预浸带制备而成的轻质桅杆；热压保温时间结束后，以10℃/min的降温速率冷却至90℃，脱去热压模具和成型模具，得到由热塑性碳纤维复合材料制备而成的轻质桅杆。
本实施例1得到的轻质桅杆，压缩强度可达1400MPa，抗弯强度可达900MPa。
实施例2
实施例2中，轻质桅杆的制备方法包括：
(1)利用碳纤维丝束和聚醚醚酮薄膜制备热塑性树脂纤维复合材料预浸带；将碳纤维丝束设置在宽展-浸渍设备上，在设定张力和速度下将其连续宽展形成厚度为0.1mm的碳纤维宽展带，在相同的张力、前进速度下将厚度为0.125mm的聚醚醚酮薄膜与碳纤维宽展带相互接触、热压复合，得到热塑性碳纤维复合材料预浸带，进一步将其分切，得到3mm宽的热塑性碳纤维复合材料预浸带；进一步收卷，备用；
(2)干燥处理热塑性碳纤维复合材料预浸带；将3mm宽的热塑性碳纤维复合材料预浸带卷放入100°真空干燥箱中，干燥2小时；
(3)将热塑性碳纤维复合材料预浸带层沿着与桅杆成型模具轴向成0°、45°、90°、-45°、0°的角度缠绕在桅杆成型模具上，得到5层包覆在桅杆成型模具上的热塑性碳纤维复合材料预浸带层；重复上述缠绕过程4次，得到20层热塑性碳纤维复合材料预浸带层，其厚度为4.5mm；
(4)将包覆在桅杆成型模具上的热塑性碳纤维复合材料预浸带层在热压模具中热压成型；成型条件为：压力5MPa，真空度0.065MPa，热压温度为360℃，热压温度升温速率6℃/min，热压保温时间时间20min；
(5)拆除桅杆成型模具，得到由热塑性碳纤维复合材料预浸带制备而成的轻质桅杆；热压保温时间结束后，以10℃/min的降温速率冷却至90℃，脱去热压模具和成型模具，得到由热塑性碳纤维复合材料制备而成的轻质桅杆。
本实施例2得到的轻质桅杆，桅杆压缩强度可达1100MPa，抗弯强度可达700MPa。
实施例3
实施例3中，轻质桅杆的制备方法包括：
(1)利用碳纤维丝束和聚酰胺薄膜制备热塑性树脂纤维复合材料预浸带；将碳纤维丝束设置在宽展-浸渍设备上，在设定压力、速度下将其连续宽展成厚度为0.02mm的碳纤维宽展带，在相同的张力、前进速度下将厚度为0.025mm的聚酰胺薄膜与碳纤维宽展带相互接触、热压复合，得到热塑性碳纤维复合材料预浸带，进一步将其分切，得到3mm宽的热塑性碳纤维复合材料预浸带；进一步收卷，备用；
(2)干燥处理热塑性碳纤维复合材料预浸带；将3mm宽的热塑性碳纤维复合材料预浸带卷放入100°真空干燥箱中，干燥2小时；
(3)将热塑性碳纤维复合材料预浸带层沿着与桅杆成型模具轴向成0°、45°、90°、-45°、0°的角度缠绕在桅杆成型模具上，得到5层包覆在桅杆成型模具上的热塑性碳纤维复合材料预浸带层；重复上述缠绕过程20次，得到100层热塑性碳纤维复合材料预浸带层，其厚度为4.5mm；
(4)将包覆在桅杆成型模具上的热塑性碳纤维复合材料预浸带层在热压模具中热压成型；成型条件为：压力3MPa，真空度0.065MPa，热压温度为240℃，热压温度升温速率6℃/min，热压保温时间时间20min；
(5)拆除桅杆成型模具，得到由热塑性碳纤维复合材料预浸带制备而成的轻质桅杆；热压保温时间结束后，以10℃/min的降温速率冷却至90℃，脱去热压模具和成型模具，得到由热塑性碳纤维复合材料制备而成的轻质桅杆。
本实施例3得到的轻质桅杆，桅杆压缩强度可达1300MPa，抗弯强度可达800MPa。
实施例4
实施例4中，轻质桅杆的制备方法包括：
(1)利用碳纤维丝束和聚醚醚酮薄膜制备热塑性树脂纤维复合材料预浸带；将碳纤维丝束设置在宽展-浸渍设备上，在设定压力、速度下分别连续宽展成厚度为0.02mm、0.04mm的两种宽度的碳纤维宽展带，在相同的张力、前进速度下将厚度为0.025mm、0.05mm的聚醚醚酮薄膜分别与厚度为0.02mm和0.04mm的碳纤维宽展带相互接触、热压复合，得到厚度为0.045mm和0.09mm两种厚度的热塑性碳纤维复合材料预浸带，进一步将两种厚度的热塑性碳纤维复合材料预浸带分切，两种厚度、宽度为3mm的热塑性碳纤维复合材料预浸带；进一步收卷，备用；
(2)干燥处理热塑性碳纤维复合材料预浸带；将两种厚度的热塑性碳纤维复合材料预浸带卷放入100°真空干燥箱中，干燥2小时；
(3)将热塑性碳纤维复合材料预浸带层沿着与桅杆成型模具轴向成0°、45°、90°、-45°、0°的角度缠绕在桅杆成型模具上，得到5层包覆在桅杆成型模具上的热塑性碳纤维复合材料预浸带层，其厚度为0.315mm，其中，第一层热塑性碳纤维复合材料预浸带层采用厚度为0.045mm的预浸带，第二层采用厚度为0.09mm的预浸带，第三层采用厚度为0.045mm的预浸带，第四层采用厚度为0.09mm的预浸带，第五层采用厚度为0.045mm的预浸带；重复上述缠绕过程14次，得到70层热塑性碳纤维复合材料预浸带层，其厚度为4.4mm；
(4)将包覆在桅杆成型模具上的热塑性碳纤维复合材料预浸带层在热压模具中热压成型；成型条件为：压力5MPa，真空度0.065MPa，热压温度为360℃，热压温度升温速率6℃/min，热压保温时间时间20min；
(5)拆除桅杆成型模具，得到由热塑性碳纤维复合材料预浸带制备而成的轻质桅杆；热压保温时间结束后，以10℃/min的降温速率冷却至90℃，脱去热压模具和成型模具，得到由热塑性碳纤维复合材料制备而成的轻质桅杆。
本实施例4得到的轻质桅杆，桅杆压缩强度可达1300MPa，抗弯强度可达800MPa。
实施例5
实施例5中，轻质桅杆的制备方法包括：
(1)利用碳纤维丝束、玻璃纤维丝束和聚醚醚酮薄膜制备热塑性树脂纤维复合材料预浸带；将碳纤维丝束设置在宽展-浸渍设备上，在设定张力、速度下宽展成厚度为0.02mm的碳纤维宽展带，在相同的张力、前进速度下将厚度为0.025mm的聚醚醚酮薄膜与碳纤维宽展带相互接触、热压复合，得到热塑性碳纤维复合材料预浸带，进一步将其分切，得到3mm宽的热塑性碳纤维复合材料预浸带；进一步收卷，备用；利用同样的过程，将玻璃纤维丝束与聚醚醚酮相互复合，得到3mm宽的热塑性玻璃纤维复合材料预浸带，收卷，备用；
(2)干燥处理热塑性碳纤维复合材料预浸带和热塑性玻璃纤维复合材料预浸带；将3mm宽的热塑性碳纤维复合材料预浸带卷和热塑性玻璃纤维复合材料预浸带卷放入100°真空干燥箱中，干燥2小时；
(3)将热塑性碳纤维复合材料预浸带/热塑性玻璃纤维复合材料预浸带沿着与桅杆成型模具轴向成0°、45°、90°、-45°、0°的角度缠绕在桅杆成型模具上，得到五层包覆在桅杆成型模具上的热塑性树脂纤维复合材料预浸带层，其中，第一层、第三层和第五层为热塑性碳纤维复合材料预浸带层，第二层、第四层为热塑性玻璃纤维复合材料预浸带层；重复上述缠绕过程20次，得到100层热塑性碳纤维复合材料预浸带层，其厚度为4.5mm；
(4)将包覆在桅杆成型模具上的热塑性树脂纤维复合材料预浸带层在热压模具中热压成型；成型条件为：压力5MPa，真空度0.065MPa，热压温度为360℃，热压温度升温速率6℃/min，热压保温时间时间20min；
(5)拆除桅杆成型模具，得到由热塑性树脂纤维复合材料预浸带制备而成的轻质桅杆；热压保温时间结束后，以10℃/min的降温速率冷却至90℃，脱去热压模具和成型模具，得到由热塑性树脂纤维复合材料制备而成的轻质桅杆。
本实施例5得到的轻质桅杆，桅杆压缩强度可达900MPa，抗弯强度可达550MPa。
本申请实施例公开的轻质桅杆的制备方法、轻质桅杆和包括轻质桅杆的帆船，利用碳纤维、玻璃纤维以及热塑性树脂材料制备得到了热塑性树脂纤维复合材料预浸带，利用热塑性树脂纤维复合材料预浸带制备得到了轻质桅杆，该轻质桅杆具有中空结构，密度小，重量小，强度高，韧性好，可回收；大幅降低了帆船的重量，降低了帆船重心，提高了帆船航向效率、安全性，在本技术领域有良好的应用前景。
本申请公开的技术方案和实施例中公开的技术细节，仅是示例性说明本申请的发明构思，并不构成对本申请技术方案的限定，凡是对本申请公开的技术细节所做的常规改变、替换或组合等，都与本申请具有相同的发明构思，都在本申请权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.轻质桅杆的制备方法，其特征在于，包括：
(1)利用纤维丝束和热塑性树脂薄膜制备热塑性树脂纤维复合材料预浸带；
(2)干燥处理所述热塑性树脂纤维复合材料预浸带；
(3)将所述热塑性树脂纤维复合材料预浸带在桅杆成型模具上沿着多个方向、逐层缠绕多次，得到包覆在桅杆成型模具上的热塑性树脂纤维复合材料预浸带层；
(4)将包覆在桅杆成型模具上的热塑性树脂纤维复合材料预浸带层在热压模具中热压成型；
(5)拆除桅杆成型模具，得到由热塑性树脂纤维复合材料预浸带制备而成的轻质桅杆。
2.根据权利要求1所述的轻质桅杆的制备方法，其特征在于，所述热塑性树脂纤维复合材料预浸带的制备方法包括：
(1-1)将纤维丝束在设定第一张力作用下宽展至预设宽度；
(1-2)将热塑性树脂薄膜在第一张力作用下牵引行进；
(1-3)将宽展至预设宽度的纤维丝束与热塑性树脂薄膜叠合、热压复合，经过分切，得到热塑性树脂纤维复合材料预浸带。
3.根据权利要求1所述的轻质桅杆的制备方法，其特征在于，所述热塑性树脂纤维复合材料预浸带层的形成过程包括：
(3-1)选定桅杆成型模具；
(3-2)将热塑性树脂纤维复合材料预浸带层沿着与桅杆成型模具轴向成0°、45°、90°、-45°、0°的角度缠绕在所述桅杆成型模具上；
(3-3)重复上述步骤(3-2)多次，得到预设厚度的热塑性树脂纤维复合材料预浸带层。
4.根据权利要求1所述的轻质桅杆的制备方法，其特征在于，所述热塑性树脂纤维复合材料预浸带层的厚度在4～5mm之间。
5.根据权利要求1所述的轻质桅杆的制备方法，其特征在于，所述纤维包括碳纤维、玻璃纤维。
6.根据权利要求1所述的轻质桅杆的制备方法，其特征在于，步骤(2)中热塑性树脂纤维复合材料预浸带的干燥温度为100～120℃，干燥时间为2-3小时。
7.根据权利要求2所述的轻质桅杆的制备方法，其特征在于，纤维丝束的宽展宽度预设为3～20mm。
8.根据权利要求2所述的轻质桅杆的制备方法，其特征在于，热塑性树脂纤维复合材料预浸带的宽度为3mm。
9.轻质桅杆，其特征在于，由权利要求1～8任一项所述的轻质桅杆的制备方法得到。
10.帆船，其特征在于，包括权利要求9所述的轻质桅杆。
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