CN1220807C - 一种复合纤维拉绕杆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合纤维拉绕杆及其制备方法，属复合材料领域。本发明的目的是提供一种质轻、不易扭曲、直线度恢复好，耐腐蚀性能强的拉绕杆及其制备方法。其技术方案为：由芯杆与包层组成的复合材料拉绕杆，其特点为芯杆为实心杆，包层由缠绕层与防腐层组成，其缠绕层由至少两股的纤维与树脂混合后同轴反向在芯杆上缠绕而成，其防腐层由浸渍树脂的多股纤维径向附着而成。本发明制备的拉绕杆拉伸模量及弯曲模量超过100GPa以上，横向强度高，柔韧性好，具有良好的恢复直线度和耐腐蚀性能。还可广泛应用于玻璃钢管道、大棚支杆以及天线设备的制造。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于拖曳和定位舰船上的水听器的拉绕杆及其制备方法，属复合材料领域。
技术背景
拉绕杆是一种用于牵引和定位的常用拖曳工具，主要用来拖曳和定位舰船上的水听器。水听器定位拖曳系统工作时，所处介质复杂，受力情况多变，且需经常收放和盘绕存放。因此要求其具有耐海水侵蚀、极高的拉伸弹性模量、良好的弯曲性能和弯曲恢复能力以及大断裂应变等综合性能，普通材料无法完全满足其综合性能要求。
目前，国内在水声对抗系统中常用的拖曳和定位采用的是单一材料制备的杆件，金属材料的模量较高，但其不耐腐蚀；传统拉杆产品材料拉伸强度较高，但横向强度低，长期弯曲收放过程中易产生劈裂和扭曲，均不能满足其使用要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种不易扭曲、横向强度高、拉伸模量及弯曲模量超过100GPa以上，直线度恢复好，具有良好的耐腐蚀性能的拉绕杆及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种复合纤维拉绕杆，包括芯杆与包层，其特征在于：芯杆为实心杆，包层由缠绕层与防腐层组成，所述缠绕层由至少两股纤维与树脂混合后同轴反向缠绕而成，所述防腐层由多股纤维与树脂混合后径向附着缠绕层表面形成。
上述的拉绕杆，其特点为：所述实心杆为经树脂浸渍后的多股碳纤维经模具挤拉成型，其碳纤维与树脂混合重量份数比为60～70∶30～40。
上述的拉绕杆，其特点为：所述缠绕层纤维采用高强玻璃纤维，所述防腐层纤维采用无碱玻璃纤维。
上述的拉绕杆，其特点为：所述高强玻璃纤维与树脂混合重量份数比为60～80∶20～40；所述无碱玻璃纤维与树脂的混合重量份数比为50～70∶30～50。
上述的拉绕杆，其特点为：所述树脂为胶液状，所述胶液状树脂为乙烯基树脂。
上述的拉绕杆，其特点为：所述芯杆半径至少为2.47mm，其截面积占的体积比为r2/42，所述包层截面内所占的体积比为(1-r2/42)×9/10。
一种制备权利要求1所述拉绕杆的方法，其特点为：依次采用如下步骤：
1)拉制芯杆；选用60～70重量份的碳纤维；浸渍入30～40重量份的乙烯基树脂胶液中，经过预成型模板(6)挤压胶液，进入模具(7)拉挤成型，然后沿牵引方向绕成芯杆转盘；
2)拉绕杆成型；将芯杆转盘固定，沿芯杆牵引方向设置带有缠绕纱的缠绕轮，芯杆通过缠绕轮中心，缠绕轮设置至少两个，所述缠绕轮通过齿轮与电机连接，电机以一定速度通过齿轮带动缠绕轮旋转，缠绕纱双向缠绕在芯杆上；在芯杆转盘两侧设置有无碱玻璃纤维纱架，在纱架相对应处设置有盛有乙烯基树脂胶液的胶槽，无碱玻璃纤维经过胶液浸渍后通过预成型模板(12)，沿径向附着在带有缠绕层的芯杆上，再通过预成型模板(13)成型为一股后，进入模具(14)拉挤成型。
上述的制备方法，其特点为：所述缠绕纱为高强玻璃纤维。
上述的制备方法，其特点为：所述预成型模板(6)上设有若干个分布均等的孔洞，所述孔洞为碳纤维纱束通过处；所述预成型模板(13)中心设有芯杆定位孔，缠绕高强玻璃纤维的芯杆穿过定位孔，在所述定位孔周边处设有若干均等的无碱玻璃纤维过纱孔洞；预成型模板(14)中心设置有挤胶孔，将带有胶液的无碱玻璃纤维与缠绕层挤成一体。
本发明采用多步组合拉绕工艺制备的拉绕杆，将杆的截面分为三个部分，中心部分为高纤维含量的碳纤维细杆组成，使其弯曲性能得到改善；中间部分为双缠绕层，可以确保拉绕杆弯曲时不致于劈裂和扭曲，提高了拉绕杆的横向强度；外层采用高断裂延伸率的耐腐蚀层，提高了拉绕杆的耐腐蚀性能。
本发明采用了整体式预成型工装，将模具、预成型模板中心准确定位，由模具、预成型模板位置为准，调节芯杆转盘，缠绕装置设定，以及牵引拉绕杆的位置，使其在水平和垂直两个方向上严格一致，从而保证芯杆从抽出，进行外层缠绕，到入模以及牵引出模具都处于恒定的位置。
采用本发明的拉绕工艺制备的产品，由于具有上述各种良好性能，故可广泛应用于玻璃钢管道、大棚支杆以及天线设备的制造。
附图说明
图1为本发明拉绕杆横截面示意图
图2为本发明碳纤维芯杆的挤拉工艺示意图
图3为本发明拉绕杆成型工艺示意图
具体实施方式
实施例一：
如图1所示：本发明制造的拉绕杆由芯杆1、缠绕层2、防腐层3组成，芯杆1为实心杆，由碳纤维与树脂混合拉挤成型；选用拉伸模量为290GPa，延伸率1.5％的碳纤维；缠绕层2选用拉伸模量为80GPa，延伸率为3％的高强玻璃纤维；防腐层3选用无碱玻璃纤维；选用的树脂为胶液状的乙烯基树脂，其拉伸模量为3.2，延伸率为6％。
制备芯杆方法包括如下步骤：
第一步：模具设计：根据样品规格不同要求设计模具
直径为8mm的芯杆，芯杆内腔直径设定为4.94mm；内芯所需碳纤维束37股，外包覆层所需玻璃纤维束24股。
第二步：拉制碳纤维芯杆
如图2所示：将碳纤维4，浸入至乙烯基树脂胶槽5内，通过预成型板6，进入挤拉模具7内，通过挤拉成型为碳纤维芯杆，将其缠绕成盘。
第三步：拉绕工艺
如图3所示：将缠绕成盘的碳纤维8以外抽方式抻出，通过二个带有缠绕纱11的缠绕轮10拉绕，缠绕轮10通过齿轮与一电机相连，电机通过齿轮带动二个缠绕轮10不同方向旋转，缠绕纱11随缠绕轮10转动将高强玻璃纤维以网状缠绕在芯杆上；在缠绕轮10两侧还分别设有放置有无碱玻璃纤维纱架9，将无碱玻璃纤维一头抻出，经过浸胶槽5浸胶后，穿过模板12沿中心均匀分布一圈且按一定比例呈现的孔洞，径向覆着在高强玻璃纤维缠绕层上，再经过模板13中心孔洞，芯杆缠绕成股，最后通过模具14挤拉成型为本发明所述的拉绕杆最终产品。
实施例二：
如图1所示：本发明制造的拉绕杆由芯杆1、缠绕层2、防腐层3组成，芯杆1为实心杆，由碳纤维与树脂混合拉挤成型；选用拉伸模量为290GPa，延伸率1.5％的碳纤维；缠绕层2选用拉伸模量为80GPa，延伸率为3％的高强玻璃纤维；防腐层3选用无碱玻璃纤维；选用的树脂为胶液状的乙烯基树脂，其拉伸模量为3.2，延伸率为6％。
制备芯杆方法包括如下步骤：
第一步：模具设计：根据样品规格不同要求设计模具
直径为10mm内芯的内腔设定为6.17mm；内芯所需碳纤维束61股，外包覆层所需玻璃纤维束30股。
第二步：拉制碳纤维芯杆
如图2所示：将碳纤维4，浸入至乙烯基树脂胶槽5内，通过预成型板6，进入挤拉模具7内，通过挤拉成型为碳纤维芯杆，将其缠绕成盘。
第三步：拉绕工艺
同实施例一。
实施例三：
采用上述制备方法制备的拉绕杆长度为40米时可达到性能指标如下：
| 直径 | 拉伸模量 | 最少绕盘直径 | 6米长范围内弓高 | 6米长范围内扭曲度 |
| 8mm | 150GPa | 900mm | 1cm | 0 |
| 10mm | 150GPa | 900mm | 1cm | 0 |
Claims (10)
1.一种复合纤维拉绕杆，包括芯杆与包层，芯杆为实心杆，包层由缠绕层与防腐层组成，其特征在于：所述缠绕层由至少两股纤维与树脂混合后同轴反向缠绕而成，所述防腐层由多股纤维与树脂混合后径向附着缠绕层表面形成。
2.根据权利要求1所述的拉绕杆，其特征在于：所述实心杆为经树脂浸渍后的多股碳纤维经模具挤拉成型，其碳纤维与树脂混合重量份数比为60～70∶30～40。
3.根据权利要求1所述的拉绕杆，其特征在于：所述缠绕层纤维采用高强玻璃纤维，所述防腐层纤维采用无碱玻璃纤维。
4.根据权利要求3所述的拉绕杆，其特征在于：所述高强玻璃纤维与树脂混合重量份数比为60～80∶20～40；所述无碱玻璃纤维与树脂的混合重量份数比为50～70∶30～50。
5.根据权利要求1、2或4所述的拉绕杆，其特征在于：所述树脂为胶液状。
6.根据权利要求5所述的拉绕杆，其特征在于：所述胶液状树脂为乙烯基树脂。
7.根据权利要求1所述的拉绕杆，其特征在于：所述芯杆半径至少为2.47mm。
8.一种制备权利要求1所述拉绕杆的方法，其特征在于：依次采用如下步骤：
1)拉制芯杆；选用60～70重量份的碳纤维；浸渍入30～40重量份的乙烯基树脂胶液中，经过预成型模板(6)挤压胶液，进入模具(7)拉挤成型，然后沿牵引方向绕成芯杆转盘；
2)拉绕杆成型；将芯杆转盘固定，沿芯杆牵引方向设置带有缠绕纱的缠绕轮，芯杆通过缠绕轮中心，缠绕轮设置至少两个，所述缠绕轮通过齿轮与电机连接，电机以一定速度通过齿轮带动缠绕轮旋转，缠绕纱双向缠绕在芯杆上；在芯杆转盘两侧设置有无碱玻璃纤维纱架，在纱架相对应处设置有盛有乙烯基树脂胶液的胶槽，无碱玻璃纤维经过胶液浸渍后通过预成型模板(12)，沿径向附着在带有缠绕层的芯杆上，再通过预成型模板(13)成型为一股后，进入模具(14)拉挤成型。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述缠绕纱为高强玻璃纤维。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述预成型模板(6)上设有若干个分布均等的孔洞，所述孔洞为碳纤维纱束通过处；所述预成型模板(13)中心设有芯杆定位孔，缠绕高强玻璃纤维的芯杆穿过定位孔，在所述定位孔周边处设有若干均等的无碱玻璃纤维过纱孔洞；预成型模板(14)中心设置有挤胶孔，将带有胶液的无碱玻璃纤维与缠绕层挤成一体。
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