CN208584856U - 纤维束缠绕形成的玄武岩纤维复合材料 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种纤维束缠绕形成的玄武岩纤维复合材料，属于新材料技术领域；该复合材料的本体包含连续的纤维束缠绕而成的缠绕层，连续的纤维束由100‑800根连续的纤维组成，连续的纤维中至少包含有连续的玄武岩纤维；本实用新型的复合材料中连续玄武岩纤维以缠绕方式加入，利用玄武岩纤维本身优异性能可有效的提升材料的性能，以及使得复合材料还具有耐腐蚀等其他优异性能，同时根据玄武岩纤维的特性进行纤维束的纤维数量设计，在其他技术条件相同时，有利于优化和提高该玄武岩纤维材缠绕速度，并有利于在纤维束内形成较好的玄武岩纤维单丝与粘结剂（固化成基材，如树脂）结合效果，使得复合材料（特别是管材）的承压能力和强度更优。

Description

纤维束缠绕形成的玄武岩纤维复合材料

技术领域

本实用新型涉及一种玄武岩纤维复合材料的结构，特别是一种纤维束缠绕形成的玄武岩纤维复合材料，属于新材料技术领域。

背景技术

玄武岩纤维是玄武岩石料在熔融后高速拉制而成的连续纤维，是一种新型无机环保绿色高性能纤维材料。玄武岩纤维不仅强度高，而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能。我国已把玄武岩纤维列为重点发展的四大纤维之一，实现了工业化生产。玄武岩纤维已在纤维增强复合材料、摩擦材料、造船材料、隔热材料、汽车行业、高温过滤织物以及防护领域等多个方面得到了广泛的应用。

由于玄武岩纤维具有上述良好的性能，在玄武岩纤维作为管材的应用领域，已经对玄武岩纤维的应用做了一些研究，CN103612407A中公开了一种玄武岩纤维增强环氧树脂绝缘管的制作方法，其通过玄武岩纤维平纹布切割成纤维布条、布条浸胶、缠绕而形成具有绝缘能力的玄武岩纤维管道，该方式中，实际上玄武岩纤维是短切而非连续型的，而CN106151774A中也公开了一种聚丁烯（PB）玄武岩纤维增强供暖管材，其采用玄武岩纤维材料与聚丁烯经挤压工艺形成。

然而在材料中，特别是管材中，管材本身的压力等级在应用环境中是具有较高要求的。因此，优化玄武岩纤维的应用方式，以期获得耐压性能良好的玄武岩纤维复合材料，是实现玄武岩纤维电绝缘、耐腐蚀、耐高温性能利用的前提。

发明内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种纤维束缠绕形成的玄武岩纤维复合材料，通过其缠绕结构的设计，使其具有良好的耐压性能，相比传统金属材料能发挥复合材料的优点，并能够进一步的提升复合材料的耐压性能。

本实用新型采用的技术方案如下：

纤维束缠绕形成的玄武岩纤维复合材料，该复合材料本体包含连续的纤维束缠绕而成的缠绕层，该连续的纤维束由100-800根连续的纤维组成，该连续的纤维中至少包含有连续的玄武岩纤维。

进一步的，该连续的纤维全部为连续的玄武岩纤维。

进一步的，该连续的纤维束的缠绕角β为30°-75°。

进一步的，该连续的玄武岩纤维的直径不大于19μm。

进一步的，该缠绕层由若干根纤维束平行排列缠绕而形成。

进一步的，该缠绕层由一根纤维束缠绕而形成。

进一步的，该本体具有多层缠绕层，其中至少两层缠绕层间具有交叉角α，该交叉角α不为0。

进一步的，该本体具有至少5层缠绕层。

进一步的，该本体包含将纤维间粘接形成整体的基材，该基材为树脂经固化而与纤维形成整体。

进一步的，该连续的玄武岩纤维占复合材料本体体积的60%-75%。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的纤维束缠绕形成的玄武岩纤维复合材料，连续玄武岩纤维以缠绕方式加入，利用玄武岩纤维本身优异性能可有效的提升复合材料的性能，特别是在用于管材时，其管材的耐压强度得到提高，以及使得管材还具有耐腐蚀等其他优异性能，本实用新型中同时根据玄武岩纤维的特性，进行纤维束的纤维数量设计，在其他技术条件相同时，该玄武岩纤维复合材料有利于优化和提高缠绕速度，并有利于在纤维束内形成较好的玄武岩纤维单丝与粘结剂（固化成基材，如树脂）的结合效果，使得复合材料（特别是管材）的承压和强度更优。

附图说明

图1是本实用新型玄武岩纤维复合材料的缠绕结构示意图；

图2是本实用新型玄武岩纤维复合材料的缠绕结构截面示意图；

图3是本实用新型中纤维组成纤维束的缠绕结构示意图；

图4是本实用新型玄武岩纤维复合材料缠绕层交错结构示意图；

图5、图6、图7为纤维束的排布示意图。

图中标记：1-本体、2-纤维、3-纤维束、4-基材。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例

玄武岩纤维复合材料，其具有管状的复合材料本体1，如图1所示，它具有由连续的纤维束3缠绕而成的缠绕层，其截面结构如图2所示。

连续的纤维束3中，是采用100-800根（支）连续的纤维2组成的，连续的纤维2中至少包含有连续的玄武岩纤维。100-800根（支）连续的纤维2可以为连续的玄武岩纤维混合其他连续的纤维，或者全部为连续的玄武岩纤维组成纤维束3。采用纤维束3的目的是优化缠绕速度、缠绕强度和致密度。基于玄武岩纤维的本身特性，特别是连续的纤维2全部为连续的玄武岩纤维时，100-800根（支）的纤维束3构成有利于在纤维束3内形成较好的玄武岩纤维单丝与粘结剂（固化成基材，如树脂）结合效果，使得管道的承压和强度更优。100-800根（支）连续的纤维2在纤维束中的排布方式如图5、图6、图7所示，可以为如图5的圆形排列，可以为如图6的规则或非规则的柱状排列，或者为如图7的形成类似扁平状的排列方式。

连续的纤维2中至少包含有连续的玄武岩纤维，比如：连续的玻璃纤维与连续的玄武岩纤维，或者连续的尼龙纤维与连续的玄武岩纤维等，也可以所有的纤维均采用玄武岩纤维。混合纤维可采用纤维直接混合的方式，即同一缠绕层中既有玄武岩纤维，又有其他纤维，或者缠绕层间混合，即其中一层或几层采用玄武岩纤维，另外的层采用其他纤维。纤维束可以直接缠绕，或者编织成束后缠绕，较优的是直接缠绕，其工艺简洁、缠绕层的厚度小、纤维与基材结合度好、强度高。当玄武岩纤维与其他纤维混合使用时，玄武岩纤维量可根据复合材料（如管材）的设计强度来进行配比。相比之下，所有的纤维均采用玄武岩纤维时具有更好的承压性能，更好的耐腐蚀和其他性能。

具体的，本实施例中将列举几种缠绕的方式。其中一种是采用一根较粗的纤维束3缠绕而形成管道本体1，另一种是若干根较粗的纤维束3平行并列排列，若干根根较粗的纤维束3同时缠绕而形成管道本体1。如图3所示。

在选用的连续的玄武岩纤维中，其直径不大于19μm（更优的为不大于13μm）。玄武岩纤维采用该直径时，一方面能够克服玄武岩纤维材质在直径较大时韧性较差的不足，以优化缠绕结构中管材性能，另一方面由于缠绕过程中纤维呈拉紧状态而具有一定的预应力，该直径的玄武岩纤维可以使得玄武岩纤维在该缠绕结构中排列和受力得到优化。因此在采用直径不大于19μm（更优的为不大于13μm）的玄武岩纤维时，相比于更粗玄武岩纤维直径，制得的复合材料的耐压性能也得到实质性的提升，也带来管材其他如机械强度、与基材4的结合强度等性能的提升。同时，当纤维2全部为连续的玄武岩纤维时，在100-800根玄武岩纤维组成纤维束3时，基于玄武岩纤维的本身特性，有利于在纤维束3内形成较好的玄武岩纤维单丝与粘结剂（固化成基材，如树脂）结合效果，使得管材的承压和强度更优

基于本实用新型的具有玄武岩纤维的连续的纤维束3缠绕而成的缠绕层的结构，或者进一步的基于本实施例上述各个实施方式，在该连续的纤维束3缠绕而成的缠绕层结构中，纤维束3的缠绕角β为30°-75°，缠绕角β所表示如图1所示。在一个具体实施方式中缠绕角β为30°，在另一个具体实施方式中缠绕角β为75°，其余的实施方式中可在30°-75°间进行选择。缠绕角β之所以选择该角度，是基于玄武岩纤维材质本身特性和受力所进行的优化设计，通过实验表明，该缠绕角度下玄武岩纤维具有较好的受力特性，而使得管材具有较好的耐压性能。而在该缠绕角度下，管材本身所具有的耐压和其他机械性能和生产的效率，也显著的优于其余缠绕角度。

实际上，或者说更优的，在本实用新型的玄武岩纤维复合材料的缠绕结构中，为了形成具有强度、高耐压性能的复合材料，本体1会采用多层缠绕层的结构设计，如图2所示，即通过缠绕一层后，再在上一层上继续缠绕其余的层。在具体实施中，纤维全部为玄武岩纤维时，较好的是至少要具有5层缠绕层，更好的是具有10层以上的缠绕层，以保证复合材料（特别是管材）具有较好的耐压性能。其中至少两层缠绕层间具有交叉角α。交叉角α是指层与层之间的纤维2具有一个不为“0”的交叉角，如图4所示。有交叉角α的两层缠绕层，可以为相邻的层，也可以为不相邻的层。较好的，是相邻层间均具有交叉角α，以使层间形成复杂的网络结构，有利于提高耐压性能。

具体实施中，如玄武岩纤维与其他纤维混合使用时，其他纤维与玄武岩纤维的直径可以相等或不等，全部为玄武岩纤维时，玄武岩纤维的直径可以相等或不等。

在具体缠绕生产工艺中，是先将纤维通过润浸剂浸润，以提高纤维与粘结剂（固化成基材，如树脂）的结合能力，纤维通过浸润粘结剂后表面携带粘结剂在管道模具上缠绕，形成缠绕结构，而后固化形成整体。形成缠绕层位于基材4内的结构。

另外，还通过缠绕可以形成管材、棒材、片材等圆形或非圆形等复合材料。

树脂，在具体实施中采用环氧树脂或脂环胺，使得管体具有较好的耐化学性和机械性能。

在整个复合材料本体1中，玄武岩纤维占复合材料本体体积的60%-75%，以保证复合材料管道具有更佳的性能。

在各示意图中，纤维2间，缠绕层与缠绕层间，仅用于示意，并不表示其具体疏密关系。

本实用新型的纤维束缠绕形成的玄武岩纤维复合材料，连续玄武岩纤维以缠绕方式加入，利用玄武岩纤维本身优异性能可有效的提升其性能，特别是应用于管材时，其耐压强度得到有效的提升，以及使得复合材料还具有耐腐蚀等其他优异性能。本实用新型中同时根据玄武岩纤维的特性，进行纤维束的纤维数量设计，在其他技术条件相同时，该玄武岩纤维复复合材料（特别是管材）有利于优化和提高缠绕速度，并有利于在纤维束内形成较好的玄武岩纤维单丝与粘结剂（固化成基材，如树脂）结合效果，使得管材的承压和强度更优。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.纤维束缠绕形成的玄武岩纤维复合材料，其特征在于：该复合材料本体（1）包含连续的纤维束（3）缠绕而成的缠绕层，该连续的纤维束（3）由100-800根连续的纤维（2）组成，该连续的纤维（2）为连续的玄武岩纤维，该连续的纤维束（3）的缠绕角β为30°-75，该连续的玄武岩纤维的直径不大于19μm，缠绕过程中纤维呈拉紧状态而具有预应力。

2.根据权利要求1所述的纤维束缠绕形成的玄武岩纤维复合材料，其特征在于：该缠绕层由若干根纤维束（3）平行排列缠绕而形成。

3.根据权利要求1所述的纤维束缠绕形成的玄武岩纤维复合材料，其特征在于：该缠绕层由一根纤维束（3）缠绕而形成。

4.根据权利要求1所述的纤维束缠绕形成的玄武岩纤维复合材料，其特征在于：该本体（1）具有多层缠绕层，其中至少两层缠绕层间具有交叉角α，该交叉角α不为0。

5.根据权利要求1所述的纤维束缠绕形成的玄武岩纤维复合材料，其特征在于：该本体（1）具有至少5层缠绕层。

6.根据权利要求1所述的纤维束缠绕形成的玄武岩纤维复合材料，其特征在于：该本体（1）包含将纤维（2）间粘接形成整体的基材（4），该基材（4）为树脂经固化而与纤维（2）形成整体。