(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本实用新型作进一步说明。
实施例1:本实用新型一种纤维增强复合材料芯,它是由纤维增强细棒(1)、胶粘剂(2)和包覆层(3)组成的,纤维增强细棒(1)置于包覆层(3)内部,纤维增强细棒(1)和包覆层(3)之间充满胶粘剂(3)。
本实用新型还有以下技术特征:
所述的纤维增强细棒(1)由20根平行或螺旋扭转的纤维增强耐高温树脂基细杆粘结而成。
所述的包覆层(3)为耐高温不导电树脂涂层或耐高温、非导电纤维增强树脂层,其厚度为纤维增强复合材料芯直径的10~40%,并且沿周长厚度均匀。
实施例2:结合图1-图5,本发明一种纤维增强复合材料芯,它是由内部结构和外层绝缘结构组成的,内部结构由多根平行或螺旋扭转的纤维增强耐高温树脂基细杆粘结而成,外层绝缘结构为耐高温不导电树脂涂层或耐高温、非导电纤维增强树脂层,其厚度为导线芯直径的10~40%,并且沿周长厚度均匀。
本发明纤维增强复合材料芯的制备方法:步骤如下:
步骤一:纤维增强耐高温树脂基细杆的制备:
纤维增强耐高温树脂基细杆是由连续纤维束与耐高温树脂经拉挤工艺制备的:
(1)选用日本东丽公司的12k-T700连续碳纤维束或美国杜邦公司的Kevlar-3000D芳纶纤维束或北京威顿国际贸易有限公司的2400D超高分子量聚乙烯纤维束作为连续纤维束、选用玻璃化温度在100~250℃之间的环氧树脂或乙烯基聚酯作为耐高温树脂;
(2)利用拉挤机拉挤成型:拉挤机包括纱架、浸渍槽、圆形高温口模、后固化炉及牵拉装置,纤维辊固定在纱架上;耐高温树脂置于浸渍槽内,浸渍槽温度40℃,在牵拉装置以80cm/min拉挤速率的牵引作用下,连续纤维束从纱架褪下,进入浸渍槽内,并被耐高温树脂充分浸渍,然后通过圆形高温口模,固化成型,进一步通过后固化炉,进行后固化,形成连续纤维增强耐高温树脂基细杆;通过控制拉挤口模直径,控制纤维增强耐高温树脂基细杆的直径在0.5-2mm之间,制备的纤维增强耐高温树脂基细杆缠绕在辊筒上;
步骤二:多根纤维增强耐高温树脂基细杆通过注入胶黏剂的楔形口模,纤维增强耐高温树脂基细杆通过胶黏剂粘合在一起,进一步被涂覆纤维增强树脂复合材料层或树脂涂层,最后通过高温口模,固化成型纤维增强复合材料芯;具体过程:
利用粗砂纸对纤维增强耐高温树脂基细杆进行连续打磨,丙酮清洗,并晾干;
多根处理后的纤维增强耐高温树脂基细杆完全平行或小角度扭转0~10度状态下,通过一楔形口模;
楔形口模的入口口径大,出口口径小,在楔形口入口处离开口50mm处开有胶黏剂注入口;
将JEH-001耐高温环氧树脂作为胶黏剂,连续注入到楔形口模入口区域;为增加其模量与固化前粘度,添加2%的气相二氧化硅T40;
纤维增强耐高温树脂基细杆通过楔形口模后,多根纤维增强耐高温树脂基细杆紧紧地并在一起,纤维增强耐高温树脂基细杆间充满未固化胶黏剂;
对非导电纤维布或束包覆的纤维增强复合材料芯:非导电纤维布或束通过浸渍槽充分浸渍,然后均匀包埋上述多根纤维增强耐高温树脂基细杆粘合体的表面;进一步通过圆形、高温口模,树脂基体固化,制备出纤维束或布包覆的纤维增强复合材料芯;
对树脂层包覆的纤维增强复合材料芯:上述多根纤维增强耐高温树脂基细杆粘合体通过一低温口模,低温口模的直径与确定的纤维增强复合材料芯直径一致,并且在靠近低温口模的入口处开有胶黏剂注入口;当上述多根纤维增强耐高温树脂基细杆粘合体通过低温口模时,同时注入胶黏剂,通过低温口模后,胶黏剂均匀涂覆在纤维增强耐高温树脂基细杆的表面,最后,通过圆形、高温口模,树脂基体固化,成型出树脂层包覆的纤维增强复合材料芯。
实施例3:纤维增强复合材料芯的制备方法:步骤如下:
步骤一:纤维增强耐高温树脂基细杆的制备:
纤维增强耐高温树脂基细杆是由连续纤维束与耐高温树脂经拉挤工艺制备的:
(1)选用日本东丽公司的12k-T700连续碳纤维束或美国杜邦公司的Kevlar-3000D芳纶纤维束或北京威顿国际贸易有限公司的2400D超高分子量聚乙烯纤维束作为连续纤维束、选用玻璃化温度在100~250℃之间的环氧树脂或乙烯基聚酯作为耐高温树脂;
(2)利用拉挤机拉挤成型:拉挤机包括纱架、浸渍槽、圆形高温口模、后固化炉及牵拉装置,纤维辊固定在纱架上;耐高温树脂置于浸渍槽内,浸渍槽温度40℃,在牵拉装置以80cm/min拉挤速率的牵引作用下,连续纤维束从纱架褪下,进入浸渍槽内,并被耐高温树脂充分浸渍,然后通过1.3mm圆形高温口模,固化成型,进一步通过后固化炉,进行后固化,形成连续纤维增强耐高温树脂基细杆;通过控制拉挤口模直径,控制纤维增强耐高温树脂基细杆的直径在0.5-2mm之间,纤维含量为70%,拉伸强度为2.5GPa,制备的纤维增强耐高温树脂基细杆缠绕在辊筒上;
步骤二:多根纤维增强耐高温树脂基细杆通过注入胶黏剂的楔形口模,纤维增强耐高温树脂基细杆通过胶黏剂粘合在一起,进一步被涂覆纤维增强树脂复合材料层或树脂涂层,最后通过高温口模,固化成型纤维增强复合材料芯;具体过程:
利用粗砂纸对20根纤维增强耐高温树脂基细杆进行连续打磨,丙酮清洗,并晾干;
20根处理后的纤维增强耐高温树脂基细杆完全平行或小角度扭转0~10度状态下,通过一楔形口模;
楔形口模的入口口径大,出口口径小,在楔形口入口处离开口50mm处开有胶黏剂注入口;
胶黏剂的制备:常熟佳发化学有限责任公司的JEH-001环氧树脂与济南赢创化工有限公司2%气相二氧化硅T40通过汇龙混合设备有限公司的FS30高速搅拌机在1500转/min下搅拌5分钟制备;
将胶黏剂连续注入到楔形口模入口区域;
纤维增强耐高温树脂基细杆通过楔形口模后,多根纤维增强耐高温树脂基细杆紧紧地并在一起,纤维增强耐高温树脂基细杆间充满未固化胶黏剂;
对非导电纤维布或束包覆的纤维增强复合材料芯:非导电纤维布或束通过浸渍槽充分浸渍,然后均匀包埋上述多根纤维增强耐高温树脂基细杆粘合体的表面;进一步通过圆形、高温口模,树脂基体固化,制备出纤维束或布包覆的纤维增强复合材料芯;
对树脂层包覆的纤维增强复合材料芯:上述多根纤维增强耐高温树脂基细杆粘合体通过一低温口模,低温口模的直径与确定的纤维增强复合材料芯直径一致,并且在靠近低温口模的入口处开有胶黏剂注入口;当上述多根纤维增强耐高温树脂基细杆粘合体通过低温口模时,同时注入胶黏剂,通过低温口模后,胶黏剂均匀涂覆在纤维增强耐高温树脂基细杆的表面,最后,通过圆形、高温口模,树脂基体固化,成型出树脂层包覆的纤维增强复合材料芯。
实施例4:纤维增强复合材料制备方法:首先,利用拉挤工艺制备1mm直径的碳纤维增强细杆,其中碳纤维为东丽T700,树脂为耐高温环氧树脂(玻璃化温度为210℃),制备的碳纤维增强细杆的纤维体积含量为69%。将25束细碳纤维增强细杆通过图3所示工艺制备碳纤维复合芯:控制转动导轨的速率与牵拉速率的比值,确定碳纤维细杆沿牵拉方向的缠绕角度为10度;碳纤维增强细杆进入转动导轨前,首先通过胶粘剂漕,在通过固定导轨后,多余胶粘剂及气泡被挤出;连续玻璃纤维束(浙江巨石集团连续无捻粗纱,型号316),通过环氧树脂漕(与碳纤维细杆树脂基体一致),然后包覆在通过导轨的碳纤维棒材;继续通过高温拉挤模具,胶粘剂、包覆层树脂基体高温固化;继续牵引,转绕到辊筒上,成型出碳纤维复合芯。
拉挤成型工艺为料槽温度50℃,模具温度(三段)180℃、220℃、230℃,后固化温度250℃,拉挤速率为50mm/mi。成型的芯材直径为8mm。该碳纤维芯的拉伸强度为2.4GPa,模量135GPa,断裂伸长率为2%;其玻璃化温度达到210℃,抗压强度大于30MPa。
实施例5:纤维增强复合材料制备方法:首先,利用拉挤工艺制备1mm直径的碳纤维增强细杆,其中碳纤维为东丽T700,树脂为耐高温环氧树脂(玻璃化温度为210℃),制备的碳纤维增强细杆的纤维体积含量为69%。将25束细碳纤维增强细杆通过图3所示工艺制备碳纤维复合芯:控制转动导轨的速率与牵拉速率的比值,确定碳纤维细杆沿牵拉方向的缠绕角度为10度;碳纤维增强细杆进入转动导轨前,首先通过胶粘剂漕,在通过固定导轨后,多余胶粘剂及气泡被挤出;轻度绞合的碳纤维棒束继续进入树脂包覆口模,在表面均匀包覆一层约1mm的改性高韧性、耐高温树脂层;包覆后的棒材进入高温拉挤模具,胶粘剂、包覆层树脂基体高温固化;继续牵引,转绕到辊筒上,成型出碳纤维复合芯。拉挤成型工艺为料槽温度50℃,模具温度(三段)180℃、220℃、230℃,后固化温度250℃,拉挤速率为50mm/mi。成型的芯材直径为8mm。该碳纤维芯的拉伸强度为2.3GPa,模量135GPa,断裂伸长率为2%;其玻璃化温度达到210℃。