CN115198548A - 一种高强度抗压复合绳芯及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高强度抗压复合绳芯，包括一中心丝和一外层丝，其特征在于：所述外层丝螺旋包捻住所述中心丝，所述中心丝由若干剑麻丝交捻而成，所述外层丝包括若干改性尼龙丝，所述高强度抗压复合绳芯最外层设置有一缓冲层，所述缓冲层为一碳纤增强褶皱夹芯曲面壳。该绳芯的整体抗拉能力强，抗冲击性能好。本发明还提供了所述高强度抗压复合绳芯的制备方法，该绳芯的制备方法简单易掌握，设备要求低，适合工业生产，发展前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及钢丝绳绳芯技术领域，具体涉及一种高强度抗压复合绳芯及其制备方法。
背景技术
钢丝绳是将力学性能和几何尺寸符合要求的钢丝按照一定的规则捻制在一起的螺旋状钢丝束，由钢丝、绳芯及润滑脂组成。钢丝绳的强度高、自重轻、工作平稳、不易骤然整根折断，工作可靠，在日常生活中具有广泛的应用。由于钢丝绳的独特性能，迄今为止钢丝绳在冶金、矿上、石油天然气钻采、机械、化工、航空航天等领域都是必不可少的材料或部件，因此，钢丝绳的质量也被多个行业所关注，其中，钢丝绳绳芯是保证钢丝绳质量的关键一环。
钢丝绳应用在工程处不可避免的出现极端条件，诸如钢丝绳机械搬运物料过程中，钢丝绳需要应对机械装置运动过程带来的冲击、拉力，从而起提升、牵引和承载之用；又如在绳索类公路护栏发生交通事故时，车辆对护栏钢丝绳的直接碰撞，冲击时速可达到100km/h；在航母舰载机阻拦索工况中，阻拦钢丝绳拦截机体瞬时速度可达200km/h以上。这些应用工况中钢丝绳将承受苛刻的径向冲击，钢丝绳作为典型高弹性构件必将产生张力冲击及绳体振动，并沿绳弦内以纵波和横波的形式传导，张力的波动直接关系到钢丝绳所提升、固定或拦截的其他构件的稳定性和安全性。其中，钢丝绳绳芯在径向起到支撑作用和减少股间压力，对于保持钢丝绳稳定的物理结构起主要作用。因此，优化绳芯的结构设计和原料选择，可以有效提高钢丝绳的综合使用性能，使其具有更高的环境适应性和使用安全性。
发明内容
本发明目的在于提供一种高强度抗压复合绳芯及其制备方法，有效提高绳芯的整体强度，提高抗拉伸性能和耐冲击性能，其制备方法简单易实现。
本发明提供了一种高强度抗压复合绳芯，包括一中心丝和一外层丝，所述外层丝螺旋包捻住所述中心丝，所述中心丝由若干剑麻丝交捻而成，所述外层丝包括若干改性尼龙丝，所述高强度抗压复合绳芯最外层设置有一缓冲层，所述缓冲层为一碳纤增强褶皱夹芯曲面壳。
所述改性尼龙丝的组分及其质量份数如下：尼龙树脂63-68％、碳纤维30-35％、树枝状高分子聚酰胺胺0.3-0.8％、CF-201流动改性剂0.3-1％、硅烷偶联剂0.8-1％。
优选的，所述碳纤增强褶皱夹芯曲面壳由碳纤维预浸料制成，碳纤增强褶皱夹芯曲面壳括内面板、曲面褶皱芯子以及外面板。
优选的，所述曲面褶皱芯子的环向单胞数为20-30个。
优选的，所述缓冲层与所述此外层丝之间还设有一高强度玻璃纤维布层。
优选的，所述中心丝和所述次外层丝之间充盈有润滑脂。
本发明还提供了一种高强度抗压复合绳芯的制备方法，用于制备上述高强度抗压复合绳芯，包括以下步骤：
步骤1、中心丝制备：将剑麻纱经过涂油、捻股成剑麻丝，取若干剑麻丝交捻得到预定直径的中心丝。
步骤2、改性尼龙丝制备：2.1按9：1的体积比配制无水乙醇-水溶液，向无水乙醇-水溶液加入硅烷偶联剂超声振动10min得到混合溶液，其中硅烷偶联剂的质量为混合溶液的质量的1.5％；2.2将碳纤维置于丙酮溶液中24h后用乙醇溶液充分洗涤干燥，加入浓硝酸中酸化2-3h，用去离子水充分洗涤至PH＝7后80℃干燥得到酸化碳纤维；2.3将酸化碳纤维置于混合溶液中70℃超声1h得到改性碳纤维；2.4按配方量称取原料，将尼龙树脂、树枝状高分子聚酰胺胺和CF-201流动改性剂加入到双螺旋挤出机料筒内共混均匀，共混温度为250-270℃；2.5将改性碳纤维在双螺旋挤出机侧喂料处加入后继续共混，混合均匀后挤出造粒得到混料颗粒；2.6将混料颗粒真空干燥后加热熔融挤出抽丝得到改性尼龙长纤维，将改性尼龙长纤维纺纱后加捻制得预定直径的改性尼龙丝。
步骤3、碳纤增强褶皱夹芯曲面壳组件制备：3.1将碳纤维预浸料软化后放置在芯子成型模具中加压固化得到四分之一圆弧状褶皱芯子；3.2重复3.1步骤三次共得到四个完全相同的四分之一圆弧状褶皱芯子；3.3将碳纤维预浸料置于面板成型模具之间加压固化得到半圆弧内面板和半圆弧外面板；3.4重复3.3步骤一次分布得到两个完全相同的半圆弧内面板和半圆弧外面板。
步骤4、绳芯制备：4.1取若干根改性尼龙丝螺旋包捻住中心丝，同时在合绳口处不断淋油，得到次外层丝；4.2在次外层丝表面加压固定高强度玻璃纤维布得到高强度玻璃纤维布层；4.3在两个半圆弧内面板内面分别贴上胶膜，两个半圆弧内面板组合成一个圆筒将高强度玻璃纤维布层完全包裹；4.4在半圆弧内面板外面贴上胶膜，将四个四分之一圆弧状褶皱芯子依次粘黏在内面板外表面，四个四分之一圆弧状褶皱芯子组成一个完整的圆筒状褶皱芯子；4.5在两个半圆弧外面板内面贴上胶膜，两个半圆弧外面板扣合组成外圆筒粘结在圆筒状褶皱芯子外部得到缓冲层；4.6在缓冲层外部设置一固定件，所述固定件用于对缓冲层定型，同时在120℃下固化处理2h，冷却后脱除该固定件得到所述绳芯。
优选的，步骤3中所述芯子成型模具包括一阳模和一阴模，将碳纤维预浸料置于阳模表面，对阴模施加0.5MPa压力直至阴模和阳模完全咬合，使处在阳模和阴模间的碳纤维预浸料形成所需褶皱圆弧状碳纤维预浸料；将芯子成型模具和褶皱圆弧状碳纤维预浸料一起固化，以5℃/min升温至90℃保温30min,再以5℃/min升温至150℃，在0.6MPa压力固化2h，冷却脱模即可得到四分之一圆弧状褶皱芯子。
优选的，所述步骤3中面板成型模具包括一内模、一中模和一外模，其中铺设在内模和中模之间的碳纤维预浸料为半圆弧内面板预浸料，铺设在中模与外模之间的碳纤维预浸料为半圆弧外面板预浸料；将面板成型模具、半圆弧内面板预浸料和半圆弧外面板预浸料共同加压固化，以5℃/min升温至90℃保温30min,再以5℃/min升温至150℃，在0.6MPa压力固化2h，冷却脱模即可得到半圆弧内面板和半圆弧外面板。
优选的，所述胶膜为高强度环氧胶膜J-272C。
本发明具有如下有益效果：本发明通过设置中心丝和次外层丝复合结构，中心丝采用具有高储油性的剑麻丝，次外层丝采用改性尼龙纤维丝，可以有效提高绳芯的整体抗拉能力和耐摩擦效果，其最外层为一碳纤增强褶皱夹芯曲面壳，有效提高了绳芯抗冲击性能，其褶皱夹芯结构具有良好的能量吸收性能，同时实现结构轻量化。通过像尼龙树脂添加一定量的碳纤维，可以有效提高尼龙纤维的力学性能，使改性尼龙纤维丝具有很好的抗拉伸能力和耐磨效果。添加适合配比的树枝状高分子聚酰胺胺和流动改性剂，有利于提高碳纤维在尼龙树脂中的分散性，提高材料熔体的流动性。
本发明还提供了所述高强度抗压复合绳芯的制备方法，该绳芯的制备方法简单易掌握，设备要求低，适合工业生产，发展前景广阔。
附图说明
图1是本发明的一种高强度抗压复合绳芯的结构示意图。
图2是图1中碳纤增强褶皱夹芯曲面壳的结构示意图。
图中：1-剑麻丝，2-改性尼龙丝，3-高强度玻璃纤维布层，4-碳纤增强褶皱夹芯曲面壳，5-润滑脂，401-外面板，402-曲面褶皱芯子，403-内面板。
具体实施方式
下面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他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、2所示，本实施例提供一种高强度抗压复合绳芯，包括一中心丝和一外层丝，所述外层丝螺旋包捻住所述中心丝，所述中心丝由若干剑麻丝1交捻而成，所述外层丝包括若干改性尼龙丝2，所述高强度抗压复合绳芯最外层设置有一缓冲层，所述缓冲层为一碳纤增强褶皱夹芯曲面壳4。
所述改性尼龙丝的组分及其质量份数如下：尼龙树脂63-68％、碳纤维30-35％、树枝状高分子聚酰胺胺0.3-0.8％、CF-201流动改性剂0.3-1％、硅烷偶联剂0.8-1％。优选的所述尼龙树脂采用尼龙66。
尼龙(PA)是一类品种较多、应用较广的酰胺类高分子材料，分子主链上重复酰胺基团(—CONH—)中亚氨基上的氢易与相邻分子链羰基上的氧结合形成氢键，聚集态结构呈结晶性，使其具有良好的耐磨性、耐高温性能和较高的力学强度。尼龙66(PA66)是尼龙的主要品种，耐热性和耐磨性远超其他同等材料，如尼龙6，虽自身刚性弱于金属，但优异的加工性能和低成本优势使之常常在工业中取代金属材料，并且已经成为当今使用量最大的工程塑料之一。随着各工业领域对PA66的需求日益增加，某些应用对材料提出了更严格的力学性能和摩擦学性能要求，因此人们开始尝试各种增强改性方法来改善其综合性能以适应各种环境。碳纤维(CF)是含碳量高于90％的无机高分子材料，大多由有机纤维经碳化处理制得，密度小，比强度和比模量高，导热，导电，常作为高性能复合材料的增强材料。但碳纤维表面的化学惰性较强，表面官能团较少，导致碳纤维与基体之间的界面粘结性较差，碳纤维含量增加可能会降低材料加工时的流动性，导致碳纤维在PA66树脂基体中分散性变差，树脂与基体之间结合力变弱。树枝状高分子聚酰胺胺因其特有的三维球形立体结构和表面大量的活性官能团，作为PA66树脂基体润滑剂可以极大地提高基体流动性，降低尼龙树脂和碳纤维熔融共混时的黏度，改善碳纤维在基体中分散性。树枝状高分子聚酰胺胺特殊的三维结构，一方面可以提供PA66分子链段活动时所需要的空间，另一方面可以在PA66分子链之间起润滑作用，降低PA66分子的内摩擦力，提高流动性。CF-201流动改性剂是尼龙树脂的强效流动改性剂，加入量少却可以将尼龙复合材料的流动速率提升2倍以上，而不影响其物理性能，对尼龙树脂的加工不产生影响。将CF-201流动改性剂和树枝状高分子聚酰胺胺复配使用加入到尼龙树脂中，再利用硅烷偶联剂对碳纤维进行预处理，有效提高了碳纤维再尼龙树脂基体之间的分散均匀性，避免因材料复合不均匀导致内部产生缺陷，应力不能在树脂基体和碳纤维之间进行有效传递，进而导致复合材料的整体强度降低。
优选的，所述碳纤增强褶皱夹芯曲面壳4由碳纤维预浸料制成，碳纤增强褶皱夹芯曲面壳4括内面板403、曲面褶皱芯子402以及外面板401。碳纤增强褶皱夹芯曲面壳4具有优异的力学性能，夹芯结构具有轻质高强和隔热吸波等多功能设计优势，可以对绳芯内部结构起到一定的保护作用，其中曲面褶皱芯子402具有抵抗面板局部屈曲失效的能力，增大结构的承载能力和吸能，进而提高绳芯的抗冲击能力，降低绳芯因外界冲击发生断裂的概率。
优选的，所述曲面褶皱芯子402的环向单胞数为20-30个。碳纤增强褶皱夹芯曲面壳4的加载刚度和极限载荷值随着环向单胞数的增大而增大到一定数值范围，因为随着环向单胞数的增大。曲面褶皱芯子402的等效剪切模量相应增加，曲面壳通过曲面褶皱芯子402剪切产生的挠度减小。因为环向单胞数的增加，褶皱单胞的环向间距变小，褶皱芯子对内面板和外面板的约束能力提高，面板在弯曲载荷作用下越不容易发生局部屈曲失效。通过设置一定数量的环向单胞，有利于提高碳纤增强褶皱夹芯曲面壳4的承压效果。
优选的，所述缓冲层与所述此外层丝之间还设有一高强度玻璃纤维布层3。由于剑麻丝1和改性尼龙丝2相对于钢丝横向支撑力较低，柔软性更好，采用高强度玻璃纤维布将中心丝和外层丝两层结构紧密包覆为一体，有利于增强结构的紧密性，提高复合绳芯对外股的支撑效果。
优选的，所述中心丝和所述次外层丝之间充盈有润滑脂5。
本实施例还提供了一种高强度抗压复合绳芯的制备方法，用于制备上述高强度抗压复合绳芯，包括以下步骤：步骤1、中心丝制备：将剑麻纱经过涂油、捻股成剑麻丝，取若干剑麻丝交捻得到预定直径的中心丝。
步骤2、改性尼龙丝制备：2.1按9：1的体积比配制无水乙醇-水溶液，向无水乙醇-水溶液加入硅烷偶联剂超声振动10min得到混合溶液，其中硅烷偶联剂的质量为混合溶液的质量的1.5％；2.2将碳纤维置于丙酮溶液中24h后用乙醇溶液充分洗涤干燥，加入浓硝酸中酸化2-3h，用去离子水充分洗涤至PH＝7后80℃干燥得到酸化碳纤维；2.3将酸化碳纤维置于混合溶液中70℃超声1h得到改性碳纤维；2.4按配方量称取原料，将尼龙树脂、树枝状高分子聚酰胺胺和CF-201流动改性剂加入到双螺旋挤出机料筒内共混均匀，共混温度为250-270℃；2.5将改性碳纤维在双螺旋挤出机侧喂料处加入后继续共混，混合均匀后挤出造粒得到混料颗粒；2.6将混料颗粒真空干燥后加热熔融挤出抽丝得到改性尼龙长纤维，将改性尼龙长纤维纺纱后加捻制得预定直径的改性尼龙丝。
步骤3、碳纤增强褶皱夹芯曲面壳组件制备：3.1将碳纤维预浸料软化后放置在芯子成型模具中加压固化得到四分之一圆弧状褶皱芯子；3.2重复3.1步骤三次共得到四个完全相同的四分之一圆弧状褶皱芯子；3.3将碳纤维预浸料置于面板成型模具之间加压固化得到半圆弧内面板和半圆弧外面板；3.4重复3.3步骤一次分布得到两个完全相同的半圆弧内面板和半圆弧外面板。
步骤4、绳芯制备：4.1取若干根改性尼龙丝2螺旋包捻住中心丝，同时在合绳口处不断淋油，得到次外层丝；4.2在次外层丝表面加压固定高强度玻璃纤维布得到高强度玻璃纤维布层；4.3在两个半圆弧内面板内面分别贴上胶膜，两个半圆弧内面板组合成一个圆筒将高强度玻璃纤维布层完全包裹；4.4在半圆弧内面板外面贴上胶膜，将四个四分之一圆弧状褶皱芯子依次粘黏在内面板外表面，四个四分之一圆弧状褶皱芯子组成一个完整的圆筒状褶皱芯子；4.5在两个半圆弧外面板内面贴上胶膜，两个半圆弧外面板扣合组成外圆筒粘结在圆筒状褶皱芯子外部得到缓冲层；4.6在缓冲层外部设置一固定件，所述固定件用于对缓冲层定型，同时在120℃下固化处理2h，冷却后脱除该固定件得到所述绳芯。
优选的，步骤3中所述芯子成型模具包括一阳模和一阴模，将碳纤维预浸料置于阳模表面，对阴模施加0.5MPa压力直至阴模和阳模完全咬合，使处在阳模和阴模间的碳纤维预浸料形成所需褶皱圆弧状碳纤维预浸料；将芯子成型模具和褶皱圆弧状碳纤维预浸料一起固化，以5℃/min升温至90℃保温30min,再以5℃/min升温至150℃，在0.6MPa压力固化2h，冷却脱模即可得到四分之一圆弧状褶皱芯子。
优选的，所述步骤3中面板成型模具包括一内模、一中模和一外模，其中铺设在内模和中模之间的碳纤维预浸料为半圆弧内面板预浸料，铺设在中模与外模之间的碳纤维预浸料为半圆弧外面板预浸料；将面板成型模具、半圆弧内面板预浸料和半圆弧外面板预浸料共同加压固化，以5℃/min升温至90℃保温30min,再以5℃/min升温至150℃，在0.6MPa压力固化2h，冷却脱模即可得到半圆弧内面板和半圆弧外面板。
优选的，所述胶膜为高强度环氧胶膜J-272C。
实施例1-6
一种高强度抗压复合绳芯，其外层丝的改性尼龙丝的各组分占比不同，各组分及其含量如表1：
表1为实施例1-6改性尼龙丝的成分及含量
实施例1-6的制备基本一致，主要区别在于改性尼龙丝制备步骤需要加入的尼龙66、碳纤维、树枝状高分子聚酰胺胺、流动改性剂和硅烷偶联剂的含量有变化，当某一组分的含量为0时，表示在改性尼龙丝制备步骤中不需要加入该物质。如实施例3，在步骤2.4中直接将CF-201和尼龙66加入到双螺旋挤出机料筒内共混均匀，共混温度为250-270℃。
其制备步骤如下：
步骤1、中心丝制备：将剑麻纱经过涂油、捻股成剑麻丝，取若干剑麻丝交捻得到预定直径的中心丝。
步骤2、改性尼龙丝制备：
2.1按9：1的体积比配制无水乙醇-水溶液，向无水乙醇-水溶液加入硅烷偶联剂超声振动10min得到混合溶液，其中硅烷偶联剂的质量为混合溶液的质量的1.5％；
2.2将碳纤维置于丙酮溶液中24h后用乙醇溶液充分洗涤干燥，加入浓硝酸中酸化2-3h，用去离子水充分洗涤至PH＝7后80℃干燥得到酸化碳纤维；
2.3将酸化碳纤维置于混合溶液中70℃超声1h得到改性碳纤维；
2.4按配方量称取原料，将尼龙树脂、树枝状高分子聚酰胺胺和CF-201流动改性剂加入到双螺旋挤出机料筒内共混均匀，共混温度为250-270℃；
2.5将改性碳纤维在双螺旋挤出机侧喂料处加入后继续共混，混合均匀后挤出造粒得到混料颗粒；
2.6将混料颗粒真空干燥后加热熔融挤出抽丝得到改性尼龙长纤维，将改性尼龙长纤维纺纱后加捻制得预定直径的改性尼龙丝。
步骤3、碳纤增强褶皱夹芯曲面壳组件制备：
3.1将碳纤维预浸料软化后放置在芯子成型模具中加压固化得到四分之一圆弧状褶皱芯子；
3.2重复3.1步骤三次共得到四个完全相同的四分之一圆弧状褶皱芯子；
3.3将碳纤维预浸料置于面板成型模具之间加压固化得到半圆弧内面板和半圆弧外面板；
3.4重复3.3步骤一次分布得到两个完全相同的半圆弧内面板和半圆弧外面板。
步骤4、绳芯制备：
4.1取若干根改性尼龙丝螺旋包捻住中心丝，同时在合绳口处不断淋油，得到次外层丝；
4.2在次外层丝表面加压固定高强度玻璃纤维布得到高强度玻璃纤维布层；
4.3在两个半圆弧内面板内面分别贴上胶膜，两个半圆弧内面板组合成一个圆筒将高强度玻璃纤维布层完全包裹；
4.4在半圆弧内面板外面贴上胶膜，将四个四分之一圆弧状褶皱芯子依次粘黏在内面板外表面，四个四分之一圆弧状褶皱芯子组成一个完整的圆筒状褶皱芯子；
4.5在两个半圆弧外面板内面贴上胶膜，两个半圆弧外面板扣合组成外圆筒粘结在圆筒状褶皱芯子外部得到缓冲层；
4.6在缓冲层外部设置一固定件，所述固定件用于对缓冲层定型，同时在120℃下固化处理2h，冷却后脱除该固定件得到所述绳芯。
对比例1
对比例1与实施例1的复合绳芯制备步骤基本相同，其区别在于：对比例1中外层丝采用尼龙66直接制成的尼龙丝组成，不对尼龙树脂进行碳纤维增强改性。因此制备步骤2、改性尼龙丝制备变为尼龙丝制备，其制备步骤：
按配方量称取原料，将尼龙树脂抽丝得到尼龙长纤维，将尼龙长纤维纺纱后加捻制得预定直径的尼龙丝；
其余制备步骤参照实施例1绳芯制备步骤。
对比例2
对比例2与实施例1的复合绳芯区别在于：对比例2的绳芯不设置碳纤增强褶皱夹芯曲面壳。对比例2的绳芯制备步骤与实施例1相比，省略掉步骤3和步骤4中4.3-4.6。其余制备步骤以及实施例1的绳芯制备步骤相同。
对比例3
对比例3与实施例1的复合绳芯区别在于：对比例3的绳芯的碳纤增强褶皱夹芯曲面壳不设置曲面褶皱芯子，也就是说该碳纤增强褶皱夹芯曲面壳由内面板和外面板叠加在绳芯外表面。对比例2的绳芯制备步骤与实施例1相比，省略了步骤3中的3.1-3.2、步骤4中的4.4，其余制备步骤与实施例1的绳芯制备步骤相同。
对比例4
对比例4与实施例1的区别在于：对比例4的绳芯的曲面褶皱芯子环向单胞数为10，实施例1的曲面褶皱芯子环向单胞数为25，且绳芯的直径与实施例1的绳芯直径一致。对比例4的绳芯制备步骤与实施例1的制备步骤一致。
将上述实施例1-6和对比例1-4的复合绳芯进行拉伸性能测试，该拉伸性能测试包括冲击前和冲击后的拉伸性能测试，对复合绳芯的冲击操作具体为：取长度为10±0.2m，直径,10±0.2mm的复合绳芯，通过落锤式冲击次，该落锤式冲击即将一定质量的重物从一定高度下落冲击绳芯，完成冲击操作后再进行绳芯拉伸破断实验。绳芯检测数据见表2。
表2实施例1-6和对比例1-4复合绳芯检测数据对比表
从测试数据我们可以看出，绳芯的复合结构可以给绳芯带来较大的抗拉伸能力。实施例1与对比例1可以看出尼龙树脂适当添加碳纤维有助于提高其力学性能，绳芯的破断力有显著提高。从实施例3好实施例5可以看出，碳纤维在尼龙树脂分布均匀性也会间接影响到绳芯的强度和抗冲击性能，而树枝状高分子聚酰胺胺、流动改性剂的加入可以很好地提高尼龙树脂的流动性，提高碳纤维在尼龙树脂中的分散程度，提高碳纤维和热塑性树脂之间界面结合性。从对比例2、3、4中可以看出，碳纤增强褶皱夹芯曲面壳的加入可以有效提高绳芯的抗冲击性，该结构具有一定的吸收冲击力效果，防止因冲击导致绳芯内部结构断裂大大降低绳芯的力学性能。其中，曲面褶皱芯子具有一定缓冲作用，具有抵抗面板局部屈曲失效的能力。曲面褶皱芯子的环向单胞数过少会降低曲面褶皱芯子的抵抗冲击能力。
本发明通过设置复合结构的绳芯，绳芯中心丝采用剑麻丝对提升绳芯的储油能力有很大帮助，外层丝采用改性尼龙丝可以使绳芯具有高抗拉伸能力。本发明还设置了碳纤增强褶皱夹芯曲面壳，碳纤增强褶皱夹芯曲面壳可以提高绳芯的抵抗冲击力的效果，同时还在外层丝和碳纤增强褶皱夹芯曲面壳之间增设一层高强度玻璃纤维布层，进一步提高绳芯的韧性和机械性能，同时高强度玻璃纤维布层相较于外层丝更为平整，有利于提高内面板与高强度玻璃纤维布层的结合效果。该复合绳芯的制备方法简单，易规模化使用。
上结合实施例对本发明进行了详细说明，另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合变更，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，根据本发明各个技术特征进行的其他变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种高强度抗压复合绳芯，包括一中心丝和一外层丝，其特征在于：所述外层丝螺旋包捻住所述中心丝，所述中心丝由若干剑麻丝交捻而成，所述外层丝包括若干改性尼龙丝，所述高强度抗压复合绳芯最外层设置有一缓冲层，所述缓冲层为一碳纤增强褶皱夹芯曲面壳；
所述改性尼龙丝的组分及其质量份数如下：尼龙树脂63-68％、碳纤维30-35％、树枝状高分子聚酰胺胺0.3-0.8％、CF-201流动改性剂0.3-1％、硅烷偶联剂0.8-1％。
2.根据权利要求1所述的高强度抗压复合绳芯，其特征在于：所述碳纤增强褶皱夹芯曲面壳由碳纤维预浸料制成，碳纤增强褶皱夹芯曲面壳括内面板、曲面褶皱芯子以及外面板。
3.根据权利要求2所述的高强度抗压复合绳芯，其特征在于：所述曲面褶皱芯子的环向单胞数为20-30个。
4.根据权利要求1所述的高强度抗压复合绳芯，其特征在于：所述缓冲层与所述此外层丝之间还设有一高强度玻璃纤维布层。
5.根据权利要求1所述的高强度抗压复合绳芯，其特征在于：所述中心丝和所述次外层丝之间充盈有润滑脂。
6.一种高强度抗压复合绳芯的制备方法，用于制备上述权利要求1～5任意一项所述的高强度抗压复合绳芯，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、中心丝制备：将剑麻纱经过涂油、捻股成剑麻丝，取若干剑麻丝交捻得到预定直径的中心丝；
步骤2、改性尼龙丝制备：2.1按9：1的体积比配制无水乙醇-水溶液，向无水乙醇-水溶液加入硅烷偶联剂超声振动10min得到混合溶液，其中硅烷偶联剂的质量为混合溶液的质量的1.5％；2.2将碳纤维置于丙酮溶液中24h后用乙醇溶液充分洗涤干燥，加入浓硝酸中酸化2-3h，用去离子水充分洗涤至PH＝7后80℃干燥得到酸化碳纤维；2.3将酸化碳纤维置于混合溶液中70℃超声1h得到改性碳纤维；2.4按配方量称取原料，将尼龙树脂、树枝状高分子聚酰胺胺和CF-201流动改性剂加入到双螺旋挤出机料筒内共混均匀，共混温度为250-270℃；2.5将改性碳纤维在双螺旋挤出机侧喂料处加入后继续共混，混合均匀后挤出造粒得到混料颗粒；2.6将混料颗粒真空干燥后加热熔融挤出抽丝得到改性尼龙长纤维，将改性尼龙长纤维纺纱后加捻制得预定直径的改性尼龙丝；
步骤3、碳纤增强褶皱夹芯曲面壳组件制备：3.1将碳纤维预浸料软化后放置在芯子成型模具中加压固化得到四分之一圆弧状褶皱芯子；3.2重复3.1步骤三次共得到四个完全相同的四分之一圆弧状褶皱芯子；3.3将碳纤维预浸料置于面板成型模具之间加压固化得到半圆弧内面板和半圆弧外面板；3.4重复3.3步骤一次分布得到两个完全相同的半圆弧内面板和半圆弧外面板；
步骤4、绳芯制备：4.1取若干根改性尼龙丝螺旋包捻住中心丝，同时在合绳口处不断淋油，得到次外层丝；4.2在次外层丝表面加压固定高强度玻璃纤维布得到高强度玻璃纤维布层；4.3在两个半圆弧内面板内面分别贴上胶膜，两个半圆弧内面板组合成一个圆筒将高强度玻璃纤维布层完全包裹；4.4在半圆弧内面板外面贴上胶膜，将四个四分之一圆弧状褶皱芯子依次粘黏在内面板外表面，四个四分之一圆弧状褶皱芯子组成一个完整的圆筒状褶皱芯子；4.5在两个半圆弧外面板内面贴上胶膜，两个半圆弧外面板扣合组成外圆筒粘结在圆筒状褶皱芯子外部得到缓冲层；4.6在缓冲层外部设置一固定件，所述固定件用于对缓冲层定型，同时在120℃下固化处理2h，冷却后脱除该固定件得到所述绳芯。
7.根据权利要求6所述的高性能复合结构绳芯的制备方法，其特征在于：步骤3中所述芯子成型模具包括一阳模和一阴模，将碳纤维预浸料置于阳模表面，对阴模施加0.5MPa压力直至阴模和阳模完全咬合，使处在阳模和阴模间的碳纤维预浸料形成所需褶皱圆弧状碳纤维预浸料；将芯子成型模具和褶皱圆弧状碳纤维预浸料一起固化，以5℃/min升温至90℃保温30min,再以5℃/min升温至150℃，在0.6MPa压力固化2h，冷却脱模即可得到四分之一圆弧状褶皱芯子。
8.根据权利要求6所述的高性能复合结构绳芯的制备方法，其特征在于：所述步骤3中面板成型模具包括一内模、一中模和一外模，其中铺设在内模和中模之间的碳纤维预浸料为半圆弧内面板预浸料，铺设在中模与外模之间的碳纤维预浸料为半圆弧外面板预浸料；将面板成型模具、半圆弧内面板预浸料和半圆弧外面板预浸料共同加压固化，以5℃/min升温至90℃保温30min,再以5℃/min升温至150℃，在0.6MPa压力固化2h，冷却脱模即可得到半圆弧内面板和半圆弧外面板。
9.根据权利要求6所述的高性能复合结构绳芯的制备方法，其特征在于：所述胶膜为高强度环氧胶膜J-272C。
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