CN116160702A - 一种连续二维编制网管cgfrp混杂筋及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种连续二维编制网管CGFRP混杂筋及其制备方法，涉及复合材料技术领域。该发明的混杂筋以环氧树脂基体、碳纤维和玻璃纤维作为原料，通过浸渍、分散与合并、预成型、集束、网套编织、缠绕、高温成型、后固化、牵引等步骤制得。本发明技术方案具有方法简单，能耗少，成本低的优点，降低纯碳纤维复合材料筋的成本，提高了玻璃纤维耐久性能和力学性能，解决了传统混杂筋环向强度低、漏芯的问题。通过本发明方法制备的连续二维编制网管CGFRP混杂筋具有更高的力学性能和耐久性能，可按力学性能需求和耐久性需求制备特定混杂筋，迅速广泛的应用于各类工程中。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种连续二维编制网管CGFRP混杂筋及其制备方法。
背景技术
传统的纤维增强复合材料是通过纤维(碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维和芳纶纤维等)和树脂基体混合而成，具有轻质高强、耐腐蚀性好的特点，广泛的应用于航天航空、交通运输和海工结构等领域。目前，碳纤维和玻璃纤维运用最为广泛。玻璃纤维增强筋因其良好的耐氯离子性能，用于替代传统钢筋应用于增强海工混凝土结构，从而解决钢筋锈蚀问题。但玻璃纤维在混凝土的强碱环境下会受到氢氧根离子刻蚀而导致性能下降，因此采用碳纤维层外包裹玻璃纤维筋制备高耐腐蚀性、高力学性能的碳-玻璃纤维增强复合材料混杂筋，用以解决由于刻蚀而导致的问题。碳纤维虽有更高的力学性能和耐碱性能，却因高昂价格使用范围受限。而且，传统外包裹混杂筋存在环向强度较低、包裹缺陷和漏芯等问题，
随着FRP筋(纤维增强复合材料筋)的应用领域不断扩大，其较低的环向扭转强度(即层间剪切强度)影响了FRP筋在工程领域的推广，如在钻式锚杆、吊车梁等方面的应用。在该领域，人们将研究目光逐渐转移至一种具有高耐久性，价格低廉，具有一定环向强度的碳-玻璃纤维增强复合材料混杂筋。
例如，中国发明专利CN108530838B公开了一种碳纤维和玻璃纤维增强环氧树脂复合材料及制备方法，通过M层碳纤维增强层、N层玻璃纤维增强层、以及介于碳纤维和玻璃纤维之间的粘结层，通过粘结层提高碳纤维增强环氧树脂和玻璃纤维增强环氧树脂的粘结力，从而提高整体性能。再比如，中国发明专利CN103061565A公布了一种玻璃纤维和碳纤维混杂复合材料的追星管，由内层碳纤维增强树脂层和外层的玻璃纤维层缠绕而成。上述专利都运用了碳纤维和玻璃纤维混合制备得到碳-玻璃纤维增强复合材料混杂筋，但仍存在GFRP筋受混凝土碱性环境影响耐久性下降，环向强度不足等问题，导致混合纤维增强材料不能达到预期力学性能和耐久性能。
在FRP筋研究的过程中，除了组分影响产品的环向强度、抗拉强度、弹性模量等性能外，制备方法以及制备工艺所用的设备对产品的性能也有影响。选择合适的生产设备和合适参数的制备工艺，可以协同增强FRP产品的性能。中国发明专利CN102176345B公开了一种混杂纤维拉挤复合材料、其制造方法及成型装置，该复合材料的内部芯层由多束单向排列的碳纤维复合材料构成，外部壳层由多束单向排列的玻璃纤维复合材料构成；该发明提供的混杂纤维拉挤复合材料、其制造方法及设备，解决了现有产品和方法中存在的产品同轴度和圆度不高、因基体树脂体系的玻璃化温度偏低从而使产品达不到耐热要求的技术问题。但同样存在环向强度低、耐久性及耐腐蚀性不足等问题。
鉴于此，本发明提供了一种连续外包裹二维编织网管碳-玻璃纤维增强复合材料混杂筋制备方法，能够解决传统混杂筋环向强度低、耐碱性差、漏芯的问题，通过本发明方法制备的连续二维编织网套管碳-玻璃纤维增强复合材料混杂筋具有更高的力学性能和耐久性能，可按力学性能需求和耐久性需求制备特定混杂筋，迅速广泛的应用于各类工程中。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种具有轻质高强，性价比高，耐腐蚀性能好和具有环向强度的碳-玻璃纤维混杂纤维复合材料混杂筋制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
首先，本发明提供一种连续二维编制网管CGFRP混杂筋(碳-玻璃纤维复合材料混杂筋)的制备方法，包括步骤：
S1、浸渍：将碳纤维和玻璃纤维制备为碳纤维束和玻璃纤维束，将纤维束与环氧树脂混合，得到碳纤维束预浸料和玻璃纤维束预浸料；
S2、玻璃纤维束分散与合并、预成型：将玻璃纤维束预浸料合并通过圆型纤维分散盘中心和内圈，并在玻璃纤维芯层预成型器中成型，得到预成型玻璃纤维芯层；
S3、碳纤维束分散与合并、预成型：碳纤维束预浸料通过圆型纤维分散盘外围圆孔，作为皮层碳纤维层包裹在预成型玻璃纤维芯层上，并在皮层预成型器中成型，得到预成型碳-玻璃纤维复合材料混杂筋；
S4、集束、网套编织、缠绕、预成型：预成型碳-玻璃纤维复合材料混杂筋通过网管纤维编织器在外围进行二维编织网管，所用网管编织纤维为碳纤维束，并缠绕连续纤维束形成螺纹结构，在网管预成型器中预成型，得到预成型二维编制网管碳-玻璃纤维复合材料混杂筋(预成型二维编制网管CGFRP混杂筋)；
S5、高温成型：将预成型二维编制网管CGFRP混杂筋通过高温烘道，烘道内预设温度为150-300℃，进行高温成型；
S6、后固化、牵引：将高温成型后的二维编制网管CGFRP混杂筋通过后固化箱进行后固化，牵引机拉进得到二维编制网管CGFRP混杂筋。
优选地，步骤S1中，所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂和缩水甘油醚环氧树脂中的至少一种。
进一步优选地，所述环氧树脂的分子量为290-400。
优选地，所述环氧树脂置于设备的浸渍槽(21)中，将纤维束通过装有环氧树脂的浸渍槽，得到碳纤维束预浸料和玻璃纤维束预浸料。
优选地，步骤S1中，所述碳纤维、玻璃纤维和环氧树脂组成二维编制网管CGFRP混杂筋的基体。
进一步优选地，所述基体材料，按照重量份的配比为：10-30％的碳纤维，30-70％的玻璃纤维和20-40％的环氧树脂。
更进一步优选地，所述基体材料，按照重量份的配比为：17％的碳纤维，48％的玻璃纤维和35％的环氧树脂。
优选地，步骤S1中，所述碳纤维直径为5-8μm；所述玻璃纤维直径为5-20μm。
优选地，步骤S2中，所述预成型玻璃纤维芯层的直径为1-20mm。
优选地，步骤S3中，所述皮层碳纤维层的厚度为0.5-5mm。
优选地，步骤S4中，所述二维编织网管的厚度为0.1-1mm；
优选地，步骤S6中，所述二维编制网管CGFRP混杂筋直径为2-25mm。
优选地，所述玻璃纤维芯层直径、皮层碳纤维层厚度和二维编制网管层厚度比为5-12：4-8：1。
进一步优选地，所述玻璃纤维芯层直径、皮层碳纤维层厚度和二维编制网管层厚度比为9：6：1。
优选地，步骤S2-S3中，所述圆型纤维分散盘的中心、内圈和外围的孔径为大于纤维束直径的0.1-0.5mm。
优选地，步骤S2-S4中，所述预成型的成型方式选用袋压成型、热压罐成型和膜压法成型中的至少一种。
优选地，步骤S2-S4中，所述预成型的温度设定为80-150℃。
进一步优选地，步骤S2-S4中，所述预成型的温度设定为100℃
优选地，步骤S4中，所述网管纤维编织器的作用是在预成型碳-玻璃纤维复合材料混杂筋外包裹一体成型二维编织碳纤维网管。
优选地，步骤S4中，所述连续纤维束选自碳纤维、玻璃纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维束、聚酰胺纤维束、聚甲醛纤维束和聚丙烯腈纤维束中的至少一种。
优选地，步骤S5中，所述高温成型的温度为180-250℃，成型时间为10-120s。
进一步优选地，所述高温成型的温度为220℃，成型时间为100s。
优选地，步骤S6中，所述后固化的温度为150-200℃，后固化时间为50-250ss。
进一步优选地，所述后固化的温度为180℃，后固化时间为200s。
优选地，所述牵引的速率为30-80cm/min。
进一步优选地，所述牵引的速率为50cm/min。
优选地，二维编制网管CGFRP混杂筋，包括内部芯层和两层外包裹壳层；芯层由多束径向排列的玻璃纤维通过环氧树脂复合而成；第一层外包裹碳纤维壳层由多束径向排列的碳纤维层和环氧树脂复合而成，包裹芯层提供力学性能的同时防止环境中腐蚀物质影响；第二层外包裹碳纤维壳层为编织机一体编织碳纤维包裹而成的套管编织层，防止漏芯的同时提供环向强度。
然后，本发明提供一种由上述制备方法所制备得到的连续二维编制网管CGFRP混杂筋。
优选地，所述二维编制网管CGFRP混杂筋，包括内部芯层和两层外包裹壳层；芯层由多束径向排列的玻璃纤维通过环氧树脂复合而成；第一层外包裹碳纤维壳层由多束径向排列的碳纤维层和环氧树脂复合而成，包裹芯层提供力学性能的同时防止环境中腐蚀物质影响；第二层外包裹碳纤维壳层为编织机一体编织碳纤维包裹而成的套管编制层，防止漏芯的同时提供环向强度。
优选地，所述二维编制网管CGFRP混杂筋，玻璃纤维芯层直径、皮层碳纤维层厚度和二维编制网管层厚度比为5-12：4-8：1。
优选地，所述二维编制网管CGFRP混杂筋由碳纤维、玻璃纤维和环氧树脂组成基体。
进一步优选地，所述基体的材料，按照重量份的配比为：10-30％的碳纤维，30-70％的玻璃纤维和20-40％的环氧树脂。
更进一步优选地，所述基体的材料，按照重量份的配比为：17％的碳纤维，48％的玻璃纤维和35％的环氧树脂。
最后，本发明提供上述制备方法所使用的设备，包括浸渍槽、圆型纤维分散盘、芯层预成型器、皮层预成型器、网管纤维编织器、网管预成型器、高温烘道、后固化箱和牵引机；所述浸渍槽后方连接圆型纤维分散盘，所述圆型纤维分散盘前方连接浸渍槽，后方连接芯层预成型器；所述芯层预成型器前方连接圆型纤维分散盘，后方连接皮层预成型器；所述皮层预成型器前方连接芯层预成型器，后方连接网管纤维编织器；所述网管纤维编织器前方连接皮层预成型器，后方连接网管预成型器；所述网管预成型器前方连接网管纤维编织器，后方连接高温烘道；所述高温烘道前方连接网管预成型器，后方连接后固化箱；所述后固化箱前方连接高温烘道，后方连接牵引机；所述牵引机为该设备的最后一个部件，与后固化箱连接，所有纤维束始终由末端牵引机拉进。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的制备方法和设备解决了玻璃纤维复合材料筋受到碱性离子刻蚀、传统纤维复合材料筋环向强度低的问题，同时解决了传统碳-玻璃纤维混杂筋制备方法中存在漏芯的问题。
2、本发明所制备得到的二维编制网管碳-玻璃纤维复合材料混杂筋(二维编制网管CGFRP混杂筋)即具有轻质高强、高耐久性和高性价比，同时具有足够的环向强度，层间剪切强度高达67.4MPa，抗拉强度最高为1.44GPa。
附图说明
图1为本发明的一种连续二维编制网管碳-玻璃纤维复合材料混杂筋的横截面示意图。
图2为本发明的一种连续二维编制网管碳-玻璃纤维复合材料混杂筋的表观示意图。
图3为本发明的制备工艺所用设备的结构图。
其中，1、玻璃纤维；2、碳纤维；3、环氧树脂；4、缠绕纤维；5、网管编织纤维；21、浸渍槽；22、圆型纤维分散盘；23、芯层预成型器；24、皮层预成型器；25、网管纤维编织器；26、网管预成型器；27、高温烘道；28、后固化箱；29、牵引机。
图4为实施例1和对比例1层间剪切破坏面的SEM图。
具体实施方式
以下非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。下述内容仅仅是对本申请要求保护的范围的示例性说明，本领域技术人员可以根据所公开的内容对本申请的发明做出多种改变和修饰，而其也应当属于本申请要求保护的范围之中。
下面以具体实施例的方式对本发明作进一步的说明。本发明实施例中所使用的各种化学试剂如无特殊说明均通过常规商业途径获得。
下述实施例中，所述双酚A型环氧树脂购自无锡化工材料有限公司，E51；双酚F型环氧树脂购自无锡化工材料有限公司，YDF170；碳纤维脂购自重庆高分子国际有限公司；所述玻璃纤维购自重庆高分子国际有限公司。
实施例1
S1、浸渍：将连续的直径为7μm的碳纤维和直径为15μm的玻璃纤维制备为碳纤维束(T700-12K)和玻璃纤维束(9600Tex)，双酚A型环氧树脂(分子量为372)置于浸渍槽21内，在牵引机29牵引速率为50cm/min的牵引作用下，将两种纤维束从纱架上牵出，通过浸渍槽21，得到碳纤维束预浸料和玻璃纤维束预浸料；
基体的材料，按照重量份的配比为：17％的碳纤维，48％的玻璃纤维和35％的环氧树脂。
S2、玻璃纤维束分散与合并、预成型：将玻璃纤维束预浸料均匀通过圆型纤维分散盘22的中心和内圈，中心的孔径直径为5.0mm，内圈的孔径直径为0.5mm，并在玻璃纤维芯层预成型器23中成型，预成型器的设定温度为100℃，得到预成型玻璃纤维芯层，直径为4.6mm；S3、碳纤维束分散与合并、预成型：碳纤维束预浸料通过圆型纤维分散盘22外围圆孔，均匀包裹在预成型的芯层上，外围圆孔的孔径直径为0.5mm，一起通过皮层预成型器24中成型，预成型器的设定温度为100℃，得到预成型碳-玻璃纤维复合材料混杂筋，直径为7.7mm；S4、集束、网套编织、缠绕、预成型：预成型碳-玻璃纤维复合材料混杂筋在牵引机29的作用下通过网管纤维编织器25，碳纤维束(T700-12K)固定于网管纤维编织器四周对于中心混杂筋外围进行连续的网管编织，均匀包裹在中心混杂筋上，并在外围缠绕上缠绕碳纤维束(T700-12K)进一步定型，在网管预成型器26中预成型，预成型器的设定温度为100℃，得到预成型二维编制网管碳-玻璃纤维复合材料混杂筋(预成型二维编制网管CGFRP混杂筋)，直径为8.2mm；
S5、高温成型：将预成型二维编制网管CGFRP混杂筋在牵引机29的作用下通过高温烘道27，烘道内预设温度为220℃，成型时间为100s，进行高温成型；
S6、后固化、牵引：将高温成型后的二维编制网管CGFRP混杂筋在牵引机29的作用下通过后固化箱28进行后固化，后固化箱的温度预设为180℃，后固化的时间为200s，牵引机29拉进得到二维编制网管CGFRP混杂筋。
所制备得到二维编制网管CGFRP混杂筋直径为8.2mm，玻璃纤维芯层直径4.6mm，皮层碳纤维层厚度3.1mm，二维编织网管层厚度0.5mm。
实施例2
与实施例1不同的是，步骤S1不同，具体为：
浸渍：将连续的直径为7μm的碳纤维和直径为15μm的玻璃纤维制备为碳纤维束(T700-12K)和玻璃纤维束(9600Tex)，双酚F型环氧树脂(分子量为217)置于浸渍槽21内，在牵引机29牵引速率为30cm/min的牵引作用下，将两种纤维束从纱架上牵出，通过浸渍槽21，得到碳纤维束预浸料和玻璃纤维束预浸料；
基体的材料，按照重量份的配比为：30％的碳纤维，40％的玻璃纤维和30％的环氧树脂。其余步骤和参数均与实施例1相同。
实施例3
与实施例1不同的是，步骤S2-S3不同，具体为圆型纤维分散盘的孔径直径不同，制备得到的混杂筋的直径不同：
S2、玻璃纤维束分散与合并、预成型：将玻璃纤维束预浸料均匀通过圆型纤维分散盘22的中心和内圈，中心的孔径直径为8.0mm，内圈的孔径直径为0.8mm，并在玻璃纤维芯层预成型器23中成型，预成型器的设定温度为100℃，得到预成型玻璃纤维芯层；
S3、碳纤维束分散与合并、预成型：碳纤维束预浸料通过圆型纤维分散盘22外围圆孔，均匀包裹在预成型的芯层上，外围圆孔的孔径直径为0.8mm，一起通过皮层预成型器24中成型，预成型器的设定温度为100℃，得到预成型碳-玻璃纤维复合材料混杂筋；
其余步骤和参数均与实施例1相同。
所制备得到二维编制网管CGFRP混杂筋直径为12.6mm，玻璃纤维芯层直径7.1mm，皮层碳纤维层厚度4.7mm，二维编织网管层厚度0.8mm。
实施例4
与实施例1不同的是，步骤S5和S6的预设温度不同，具体为：
S2-S4的预成型器温度设定为120℃。
S5、高温成型：将预成型二维编制网管CGFRP混杂筋在牵引机29的作用下通过高温烘道27，烘道内预设温度为180℃，成型时间为100s，进行高温成型；
S6、后固化、牵引：将高温成型后的二维编制网管CGFRP混杂筋在牵引机29的作用下通过后固化箱28进行后固化，后固化箱的温度预设为150℃，后固化的时间为200s，牵引机29拉进得到二维编制网管CGFRP混杂筋。
其余步骤和参数均与实施例1相同。
对比例1
与实施例1不同的是，二维编制网管CGFRP混杂筋无碳纤维壳层的包裹，具体为：
S1、浸渍：将连续直径为15μm的玻璃纤维制备为玻璃纤维束(9600Tex)，双酚A型环氧树脂(分子量为372)置于浸渍槽21内，在牵引机29牵引速率为50cm/min的牵引作用下，将玻璃纤维束从纱架上牵出，通过浸渍槽21，得到碳纤维束预浸料和玻璃纤维束预浸料；基体的材料，按照重量份的配比为：65％的玻璃纤维和35％的环氧树脂。
S2、玻璃纤维束分散与合并、预成型：将玻璃纤维束预浸料均匀通过圆型纤维分散盘22的中心和内圈，中心的孔径直径为8.0mm，并在玻璃纤维芯层预成型器23中成型，预成型器的设定温度为100℃，得到预成型玻璃纤维芯层；
S3、集束、网套编织、缠绕、预成型：预成型玻璃芯层在牵引机29的作用下通过网管纤维编织器25，并在外围缠绕上缠绕碳纤维束(T700-12K)进一步定型，在网管预成型器26中预成型，预成型器的设定温度为100℃，得到预成型玻璃纤维复合材料混杂筋，直径为8.2mm；
S4、高温成型：将预成型玻璃纤维复合材料混杂筋在牵引机29的作用下通过高温烘道27，烘道内预设温度为220℃，成型时间为100s，进行高温成型；
S5、后固化、牵引：将高温成型后的玻璃纤维复合材料混杂筋在牵引机29的作用下通过后固化箱28进行后固化，后固化箱的温度预设为180℃，后固化的时间为200s，牵引机29拉进得到二维编制网管CGFRP混杂筋。
所制备得到二维编制网管CGFRP混杂筋直径为8.2mm，玻璃纤维芯层直径7.7mm，二维编织网管层厚度0.5mm。
对比例2
与实施例1不同的是，步骤S4中，未进行网套编织，具体为：
S4、集束、缠绕、预成型：预成型碳-玻璃纤维复合材料混杂筋在牵引机29的作用下通过网管纤维编织器25，碳纤维束(T700-12K)固定于网管纤维编织器中心，并在外围缠绕上缠绕碳纤维束(T700-12K)进一步定型，在网管预成型器26中预成型，预成型器的设定温度为100℃，得到预成型二维编制网管碳-玻璃纤维复合材料混杂筋(预成型二维编制网管CGFRP混杂筋)；其余步骤均与实施例1相同。
所制备得到二维编制网管CGFRP混杂筋直径为8.2mm，玻璃纤维芯层直径4.6mm，皮层碳纤维层厚度3.6mm。
对比例3
与实施例1不同的是，步骤S2-S3不同，具体为圆型纤维分散盘的孔径直径不同，制备得到的混杂筋的直径不同：
S2、玻璃纤维束分散与合并、预成型：将玻璃纤维束预浸料均匀通过圆型纤维分散盘22的中心和内圈，中心的孔径直径为7.0mm，内圈的孔径直径为0.5mm，并在玻璃纤维芯层预成型器23中成型，预成型器的设定温度为100℃，得到预成型玻璃纤维芯层；
S3、碳纤维束分散与合并、预成型：碳纤维束预浸料通过圆型纤维分散盘22外围圆孔，均匀包裹在预成型的芯层上，外围圆孔的孔径直径为0.2mm，一起通过皮层预成型器24中成型，预成型器的设定温度为100℃，得到预成型碳-玻璃纤维复合材料混杂筋；
所制备得到二维编制网管CGFRP混杂筋直径为8.2mm，玻璃纤维芯层直径7.1mm，皮层碳纤维层厚度0.2mm，二维编织网管层厚度0.9mm。
其余步骤和参数均与实施例1相同。
对比例4
与实施例1不同的是，基体材料的重量份配比不同，具体为：
基体的材料，按照重量份的配比为：21％的玻璃纤维，15％的碳纤维和40％的环氧树脂。
其余步骤和参数均与实施例1相同。
对比例5
与实施例1不同的是，步骤S5的高温成型温度不同，具体为：烘道内预设温度为280℃。其余步骤和参数均与实施例1相同。
对比例6
与实施例1不同的是，步骤S6的后固化的温度不同，具体为：后固化箱的温度预设为250℃。其余步骤和参数均与实施例1相同。
对比试验
1、抗拉强度及弹性模量测试：将实施例和对比例的混杂筋试样剪切成长度为600mm的CGFRP筋试样，两端用长度为140mm，壁厚为5mm的无缝钢管锚固，用万能试验机测试其抗拉强度和弹性模量。
2、耐久性及环向强度测试：将实施例和对比例的试样剪切成长度为50mm长的CGFRP筋试样两侧用环氧树脂封住，浸泡在60℃加速老化试验，pH值为12.7的模拟混凝土孔溶液中一定时间后，测试其层间剪切强度。
3、腐蚀性测试：将实施例1和对比例1的140天层间剪切破坏后的试样芯层进行SEM对比分析，如图4所示，可以看出实施例1纤维表面附着大量树脂，纤维断裂，而对比例1纤维表面光滑，这是由于对比例1腐蚀严重导致树脂水解而纤维松散，失去了纤维和树脂的协调工作性能。
力学性能检测结果见表1。层间剪切强度及耐久性能检测结果见表2。耐腐蚀性检测结果见图4。
表1
| 编号 | 抗拉强度 | 层间剪切强度 | 弹性模量 |
| 实施例1 | 1.44GPa | 67.4MPa | 46.3GPa |
| 实施例2 | 1.37GPa | 64.2MPa | 45.9GPa |
| 实施例3 | 1.93GPa | 74.9MPa | 52.9GPa |
| 实施例4 | 1.41GPa | 66.7MPa | 43.2GPa |
| 对比例1 | 1.13GPa | 61.1MPa | 39.2GPa |
| 对比例2 | 1.29GPa | 53.9MPa | 48.1GPa |
| 对比例3 | 1.09GPa | 64.3MPa | 42.6GPa |
| 对比例4 | 1.21GPa | 60.4MPa | 39.8GPa |
| 对比例5 | 0.84GPa | 48.4MPa | 84.2GPa |
| 对比例6 | 1.34GPa | 54.5MPa | 54.7GPa |
表2
| 编号 | 0天 | 30天 | 70天 | 100天 | 140天 |
| 实施例1 | 67.4MPa | 65.2MPa | 62.7MPa | 61.8MPa | 60.5MPa |
| 实施例2 | 64.2MPa | 62.4MPa | 60.1MPa | 59.2MPa | 58.7MPa |
| 实施例3 | 74.9MPa | 72.3MPa | 69.1MPa | 68.2MPa | 66.5MPa |
| 实施例4 | 66.7MPa | 63.7MPa | 62.2MPa | 60.4MPa | 59.3MPa |
| 对比例1 | 61.1MPa | 59.3MPa | 57.8MPa | 56.3MPa | 55.2MPa |
| 对比例2 | 53.9MPa | 52.8MPa | 51.2MPa | 50.2MPa | 49.5MPa |
| 对比例3 | 64.3MPa | 62.7MPa | 61.2MPa | 59.7MPa | 58.9MPa |
| 对比例4 | 60.4MPa | 59.7MPa | 58.9MPa | 57.7MPa | 56.8MPa |
| 对比例5 | 48.4MPa | 48.2MPa | 47.7MPa | 46.9MPa | 46.6MPa |
| 对比例6 | 54.5MPa | 52.3MPa | 49.8MPa | 48.1MPa | 47.7MPa |
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (12)
1.一种连续二维编制网管CGFRP混杂筋的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S1、浸渍：将碳纤维和玻璃纤维制备为碳纤维束和玻璃纤维束，将纤维束与环氧树脂混合，得到碳纤维束预浸料和玻璃纤维束预浸料；
S2、玻璃纤维束分散与合并、预成型：将玻璃纤维束预浸料合并通过圆型纤维分散盘(22)中心和内圈，并在玻璃纤维芯层预成型器(23)中成型，得到预成型玻璃纤维芯层；
S3、碳纤维束分散与合并、预成型：碳纤维束预浸料通过圆型纤维分散盘(22)外围圆孔，作为皮层碳纤维层包裹在预成型玻璃纤维芯层上，并在皮层预成型器(24)中成型，得到预成型碳-玻璃纤维复合材料混杂筋；
S4、集束、网套编织、缠绕、预成型：预成型碳-玻璃纤维复合材料混杂筋通过网管纤维编织器(25)在外围进行二维编织网管，所用网管编织纤维为碳纤维束，并缠绕连续纤维束形成螺纹结构，在网管预成型器(26)中预成型，得到预成型二维编制网管CGFRP混杂筋；
S5、高温成型：将预成型二维编制网管CGFRP混杂筋通过高温烘道(27)，烘道内预设温度为150-300℃，进行高温成型；
S6、后固化、牵引：将高温成型后的二维编制网管CGFRP混杂筋通过后固化箱(28)进行后固化，牵引机(29)拉进得到二维编制网管CGFRP混杂筋。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂和缩水甘油醚环氧树脂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述碳纤维、玻璃纤维和环氧树脂组成二维编制网管CGFRP混杂筋的基体；所述基体材料，按照重量份的配比为：10-30％的碳纤维，30-70％的玻璃纤维和20-40％的环氧树脂。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述碳纤维直径为5-8μm；所述玻璃纤维直径为5-20μm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述预成型玻璃纤维芯层的直径为1-20mm；步骤S3中，所述皮层碳纤维层的厚度为0.5-5mm；步骤S4中，所述二维编织网管的厚度为0.1-1mm；步骤S4中，所述碳-玻璃纤维复合材料混杂筋的直径为2-25mm；所述玻璃纤维芯层直径、皮层碳纤维层厚度和二维编织网管层厚度比为5-12：4-8：1。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2-S4中，所述预成型的温度设定为80-150℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述连续纤维束选自碳纤维、玻璃纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维束、聚酰胺纤维束、聚甲醛纤维束和聚丙烯腈纤维束中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S5中，所述高温成型的温度为180-250℃，成型时间为10-120s；步骤S6中，所述后固化的温度为150-200℃，后固化时间为50-250s。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述牵引的速率为30-80cm/min。
10.一种连续二维编制网管CGFRP混杂筋，其特征在于，由权利要求1-9任一项所述的制备方法所制备得到。
11.根据权利要求10所述的连续二维编制网管CGFRP混杂筋，其特征在于，所述二维编制网管CGFRP混杂筋由碳纤维、玻璃纤维和环氧树脂组成基体；所述基体的材料，按照重量份的配比为：10-30％的碳纤维，30-70％的玻璃纤维和20-40％的环氧树脂。
12.权利要求1-9任一项所述的制备方法所使用的设备，其特征在于，包括浸渍槽(21)、圆型纤维分散盘(22)、芯层预成型器(23)、皮层预成型器(24)、网管纤维编织器(25)、网管预成型器(26)、高温烘道(27)、后固化箱(28)和牵引机(29)；所述浸渍槽(21)后方连接圆型纤维分散盘(22)，所述圆型纤维分散盘(22)前方连接浸渍槽(21)，后方连接芯层预成型器(23)；所述芯层预成型器(23)前方连接圆型纤维分散盘(22)，后方连接皮层预成型器(24)；所述皮层预成型器(24)前方连接芯层预成型器(23)，后方连接网管纤维编织器(25)；所述网管纤维编织器(25)前方连接皮层预成型器(24)，后方连接网管预成型器(26)；所述网管预成型器(26)前方连接网管纤维编织器(25)，后方连接高温烘道(27)；所述高温烘道(27)前方连接网管预成型器(26)，后方连接后固化箱(28)；所述后固化箱(28)前方连接高温烘道(27)，后方连接牵引机(29)；所述牵引机(29)为该设备的最后一个部件，与后固化箱(28)连接，所有纤维束始终由末端牵引机拉进。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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