專利名稱：：具有竹節(jié)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料管的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬復(fù)合材料管制備領(lǐng)域，特別是涉及具有竹節(jié)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料管的制備方法。技術(shù)背景復(fù)合材料管從出現(xiàn)到現(xiàn)在大約己經(jīng)50多年了，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在許多領(lǐng)域。近年來的發(fā)展速度明顯加快。據(jù)報道1996年至2005年，西歐復(fù)合材料管的年增長率達(dá)10%以上，2005年的市場需求量達(dá)到6.9萬噸。隨著世界各國復(fù)合材料管市場的迅速擴(kuò)大，也提出了一系列更高的性能要求，促使世界上知名的各大型復(fù)合材料管生產(chǎn)企業(yè)加大新產(chǎn)品開發(fā)的投資力度，加強(qiáng)了研究開發(fā)力量，取得了某些突破性進(jìn)展。如美國的AMOCO公司獲得UTC公司的專利使用權(quán)，采用定長纏繞方式發(fā)展復(fù)合材料夾沙管，在復(fù)合材料夾沙管歷史上具有標(biāo)志性。CN1115269專利描述了以硼纖維樹脂條帶及鋁箔為鋪層材料，用真空除膠技術(shù)除去硼纖維樹脂條帶中的樹脂，再輔以熱等靜壓方法將鋪設(shè)好的硼纖維與鋁箔固結(jié)成一體，得到硼鋁復(fù)合材料管的方法。CN2175339專利描述了由UPVC管內(nèi)襯層、PVC管中夾層、玻璃鋼管外壁增強(qiáng)層構(gòu)成的一種夾層復(fù)合材料管的方法。CN2417996專利描述了包含有一呈長管狀的內(nèi)圈層，內(nèi)圈層是由纖維復(fù)合材料的纖維束纏繞成型，其外側(cè)包覆有外圈層，外圈層是由至少一種纖維復(fù)合材料的纖維片層巻包成型的一種纖維復(fù)合材料管件的改良結(jié)構(gòu)的方法?？傊畬?fù)合材料管進(jìn)行改進(jìn)無疑可以增加它的應(yīng)用價值和應(yīng)用范圍。而在很多的應(yīng)用領(lǐng)域，復(fù)合材料管的抗壓，抗彎曲程度無疑是有要求的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種具有竹節(jié)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料管的制備方法，該復(fù)合材料管具有剛性好、強(qiáng)度高、工藝簡單等特點(diǎn)，可以大大提高其抗壓，抗彎性能，可以在航空航天等領(lǐng)域起到積極的作用。本發(fā)明的具有竹節(jié)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料管的制備方法，包括下列步驟(1)將增強(qiáng)材料中心打孔后穿入不銹鋼棒，并以一定的間隔等距離排列好增強(qiáng)材料，然后用石膏做成石膏棒，用車床削刀進(jìn)行加工成圓形，使石膏部分的厚度與增強(qiáng)材料一樣，都為同樣直徑的外圓，晾干，在石膏部分包上脫模紙，制成復(fù)合材料管使用的芯模；(2)按重量比為100:40配制環(huán)氧樹脂和固化劑的混合物；(3)芯模在纏繞設(shè)備上利用混合物進(jìn)行濕法纏繞后，固化，脫模，即得具有竹節(jié)結(jié)構(gòu)的新型復(fù)合材料管。所述不銹鋼棒的直徑cp8mm，長為l米；所述增強(qiáng)材料是圓片狀的尼龍切片材料所述的一定的等距離間隔是間距為5-15cm;所述同樣直徑的外圓是都為cp30mm的外圓；所述環(huán)氧樹脂是環(huán)氧樹脂618(雙酚A二縮水甘油醚E51型)；所述固化劑是固化劑5784(上海樹脂廠)；所述的固化后脫模可以通過兩種方法解決事先在增強(qiáng)材料的圓面上穿幾個小孔，待復(fù)合材料管固化后取出不銹鋼棒，然后用細(xì)的剛棒穿過小孔將石膏搗碎即可；將穿不銹鋼棒的孔打的大一些，待復(fù)合材料管固化后取出不銹鋼棒，然后用鉆頭進(jìn)入旋轉(zhuǎn)將石膏削碎即可。本發(fā)明的有益效果(1)芯模的制作方法比較獨(dú)特，設(shè)備及工藝簡單，成本低，且可以進(jìn)行小規(guī)模化的生產(chǎn)；(2)相比普通的復(fù)合材料管材，制得的新型復(fù)合材料管具有更高的強(qiáng)度和剛度，能夠進(jìn)一步滿足工業(yè)和生產(chǎn)的更高要求。圖1是本發(fā)明復(fù)合材料管的外觀圖2是本發(fā)明復(fù)合材料管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3是本發(fā)明的螺旋纏繞45。、4層所得的加尼龍節(jié)的新型復(fù)合材料管和沒有加尼龍節(jié)的同樣工藝的復(fù)合材料管的剛度比較圖，其中B為加尼龍節(jié)的復(fù)材管，C為沒有加尼龍節(jié)的復(fù)材管；圖4是本發(fā)明的螺旋纏繞55。、4層所得的加尼龍節(jié)的新型復(fù)合材料管和沒有加尼龍節(jié)的同樣工藝的復(fù)合材料管的剛度比較圖，其中E為加尼龍節(jié)的復(fù)材管，D為沒有加尼龍節(jié)的復(fù)材管；圖5是本發(fā)明的螺旋纏繞65°、4層所得的加尼龍節(jié)的新型復(fù)合材料管和沒有加尼龍節(jié)的同樣工藝的復(fù)合材料管的剛度比較圖，其中G為加尼龍節(jié)的復(fù)材管，F(xiàn)為沒有加尼龍節(jié)的復(fù)材管；圖6是懸臂梁法彎曲實(shí)驗法的示意圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實(shí)施例1.將加工好的尼龍切片(圓形，直徑30mm，4個)中心打孔后穿入準(zhǔn)備好的cp8mm，長為1米的不銹鋼棒，并以一定的間隔等距離排列好尼龍切片，切片之間的間距為10cm，然后用石膏和水?dāng)嚢柰吭趧偘羯?，做成長度為50cm的石膏棒，然后用車床削刀進(jìn)行加工成圓形，使石膏部分的厚度與增強(qiáng)材料一樣，都為(p30mm的外圓。晾干，在石膏部分包上脫模紙，接下來設(shè)定纏繞工藝芯模直徑為30mm，螺旋纏繞角度為55°，纏繞方式為螺旋纏繞，纏繞層數(shù)為3層。然后用電子天平稱取320克的環(huán)氧樹脂和128克的固化劑，重量比為100:40，稱完后，將其倒入燒杯中攪拌一段時間，待充分混合后倒入浸膠槽中，使纖維浸膠后進(jìn)行纏繞。纏繞結(jié)束后，讓制品在纏繞機(jī)上以一定的速率一直旋轉(zhuǎn)，直到完全固化。從纏繞機(jī)上取下，除去鋼棒，用細(xì)的剛棒穿過小孔將石膏搗碎，取出石膏，從而得到這種新型復(fù)合材料管。然后再通過同樣工藝得到直徑長度都一樣的不加尼龍節(jié)的復(fù)合材料管。對其采用三點(diǎn)彎曲實(shí)驗方法進(jìn)行對比實(shí)驗，其中實(shí)驗跨度為140mm，尼龍切片的直徑為30mm，尼龍節(jié)之間的間距為100mm，由表l可以看出，螺旋纏繞55°，3層所得的加尼龍節(jié)的和沒有加尼龍節(jié)的復(fù)合材料管的強(qiáng)度和擾度相比，強(qiáng)度提高了28%，而擾度減少了55.4%，這表明，這種新型復(fù)合材料管的強(qiáng)度和剛度都大大得到了提高。表1復(fù)合材料管的擾度和強(qiáng)度與沒有加尼龍節(jié)的同樣工藝的復(fù)合材料管的比較最大負(fù)荷擾度樹脂纏繞方式(N)(mm)無尼龍切片(螺旋3層，55°)0.299環(huán)氧有尼龍切片(螺旋3層，55°)14390.133樹脂無尼龍切片(先螺旋2層，后環(huán)向2層，55°)10840.298有尼龍切片(先螺旋2層，后環(huán)向2層，55°)13950.134實(shí)施例2按實(shí)施例1所述方法制備得到芯模。接下來設(shè)定纏繞工藝芯模直徑為30mm，螺旋纏繞角度為55。，纏繞方式為先環(huán)向纏繞2層，后螺旋纏繞2層，纏繞層數(shù)為3層。然后用重量比為100:40的環(huán)氧樹脂和固化劑進(jìn)行配比，進(jìn)行纏繞。固化后，除去鋼棒和石膏.得到這種新型復(fù)合材料管。然后再通過同樣工藝得到直徑長度都一樣的不加尼龍節(jié)的復(fù)合材料管。對其采用三點(diǎn)彎曲實(shí)驗方法進(jìn)行對比實(shí)驗，由表l可以看出，螺旋纏繞55°，3層所得的加尼龍節(jié)的和沒有加尼龍節(jié)的復(fù)合材料管的強(qiáng)度和擾度相比，強(qiáng)度提高了29%，而擾度減少了55%，這表明，這種新型復(fù)合材料管的強(qiáng)度和剛度都大大得到了提高。實(shí)施例3將加工好的尼龍切片(圓形，直徑30mm，4個)中心打孔后穿入準(zhǔn)備好的cp8mm，長為l米的不銹鋼棒，并以一定的間隔等距離排列好尼龍切片，切片之間的間距為12cm，然后用石膏和水?dāng)嚢柰吭趧偘羯希龀砷L度為60cm的石膏棒，然后用車床削刀進(jìn)行加工成圓形，使石膏部分的厚度與增強(qiáng)材料一樣，都為(p30mm的外圓。晾干，在石膏部分包上脫模紙。接下來設(shè)定纏繞工藝芯模直徑為30mm，螺旋纏繞角度為45°，纏繞方式為螺旋纏繞，纏繞層數(shù)為4層。然后用重量比為100:40的環(huán)氧樹脂和固化劑進(jìn)行配比，進(jìn)行纏繞。固化后，除去鋼棒和石膏，得到這種新型復(fù)合材料管。然后再通過同樣工藝得到直徑長度都一樣的不加尼龍節(jié)的復(fù)合材料管。對其采用懸臂梁彎曲法實(shí)驗進(jìn)行對比實(shí)驗，其中壓頭到固定端的距離為335mm，尼龍切片的直徑為30mm，尼龍節(jié)之間的間距為120mm，由表2和圖3可以看出，變形量相同，負(fù)荷增加約34%，負(fù)荷相同，變形量減少約1/4。表2螺旋纏繞45。的有無加尼龍節(jié)的復(fù)合材料管的剛度比較<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實(shí)施例4將加工好的尼龍切片(圓形，直徑30mm，4個)中心打孔后穿入準(zhǔn)備好的cp8mm，長為1米的不銹鋼棒，并以一定的間隔等距離排列好尼龍切片，切片之間的間距為12cm,然后用石膏和水?dāng)嚢柰吭趧偘羯希龀砷L度為60cm的石膏棒，然后用車床削刀進(jìn)行加工成圓形，使石膏部分的厚度與增強(qiáng)材料一樣，都為(p30mm的外圓。晾干，在石膏部分包上脫模紙。接下來設(shè)定纏繞工藝芯模直徑為30mm，螺旋纏繞角度為55°，纏繞方式為螺旋纏繞，纏繞層數(shù)為4層。然后用重量比為100:40的環(huán)氧樹脂和固化劑進(jìn)行配比，進(jìn)行纏繞。固化后，除去鋼棒和石膏.得到這種新型復(fù)合材料管。然后再通過同樣工藝得到直徑長度都一樣的不加尼龍節(jié)的復(fù)合材料管。對其采用懸臂梁彎曲法進(jìn)行對比實(shí)驗，其中跨度為335mm，尼龍切片的直徑為30mm，尼龍節(jié)之間的間距為120mm，由表3和圖4可以看出，變形量相同，負(fù)荷增加約25%，負(fù)荷相同，變形量減少約1/5。表3螺旋纏繞55°的有無加尼龍節(jié)的復(fù)合材料管的剛度比較<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實(shí)施例5將加工好的尼龍切片(圓形，直徑30mm，4個)中心打孔后穿入準(zhǔn)備好的cp8mm，長為1米的不銹鋼棒，并以一定的間隔等距離排列好尼龍切片，切片之間的間距為12cm，然后用石膏和水?dāng)嚢柰吭趧偘羯?，做成長度為60cm的石膏棒，然后用車床削刀進(jìn)行加工成圓形，使石膏部分的厚度與增強(qiáng)材料一樣，都為cp30mm的外圓。晾干，在石膏部分包上脫模紙。接下來設(shè)定纏繞工藝芯模直徑為30mm，螺旋纏繞角度為65°，纏繞方式為螺旋纏繞，纏繞層數(shù)為4層。然后用重量比為100:40的環(huán)氧樹脂和固化劑進(jìn)行配比，進(jìn)行纏繞。固化后，除去鋼棒和石膏，得到這種新型復(fù)合材料管。然后再通過同樣工藝得到直徑長度都一樣的不加尼龍節(jié)的復(fù)合材料管。對其采用懸臂梁彎曲法進(jìn)行對比實(shí)驗，其中跨度為335mm，尼龍切片的直徑為30mm，尼龍節(jié)之間的間距為120mm，由表4和圖5可以看出，變形量相同，負(fù)荷增加約41%，負(fù)荷相同，變形量減少約1/3。表4螺旋纏繞65°的有無加尼龍節(jié)的復(fù)合材料管的剛度比較負(fù)荷(KN)形變量(mm)3691215螺旋纏繞65°螺旋纏繞65。4層沒有加尼龍節(jié)的復(fù)材管4層加尼龍節(jié)的復(fù)材管0.0340.0480.0640.0860.0940.1240.1240.1620.1350週權(quán)利要求1.一種具有竹節(jié)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料管的制備方法，包括下列步驟(1)將增強(qiáng)材料中心打孔后穿入不銹鋼棒，并以等距離間隔排列好增強(qiáng)材料，然后用石膏做成石膏棒，用車床削刀進(jìn)行加工成圓形，使石膏部分的厚度與增強(qiáng)材料一樣，都為同樣直徑的外圓，晾干，在石膏部分包上脫模紙，制成復(fù)合材料管使用的芯模；(2)按重量比為100∶40配制環(huán)氧樹脂和固化劑的混合物；(3)芯模在纏繞設(shè)備上利用混合物進(jìn)行濕法纏繞后，固化，脫模，即得具有竹節(jié)結(jié)構(gòu)的新型復(fù)合材料管。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有竹節(jié)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料管的制備方法，其特征在于所述不銹鋼棒的直徑cp8mm，長為l米。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有竹節(jié)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料管的制備方法，其特征在于所述增強(qiáng)材料是圓片狀的尼龍切片材料.4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有竹節(jié)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料管的制備方法，其特征在于所述等距離間隔是間距為5-15cm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有竹節(jié)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料管的制備方法，其特征在于所述同樣直徑的外圓是都為cp30mm的外圓。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有竹節(jié)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料管的制備方法，其特征在于所述環(huán)氧樹脂是雙酚A二縮水甘油醚E51型。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有竹節(jié)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料管的制備方法，其特征在于按重量比為100:40配制環(huán)氧樹脂和固化劑的混合液。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有竹節(jié)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料管的制備方法，其特征在于所述的固化后脫模是通過事先在增強(qiáng)材料的圓面上穿幾個小孔，待復(fù)合材料管固化后先取出不銹鋼棒，然后用細(xì)的剛棒穿過小孔將石膏搗碎即可；或?qū)⒋┎讳P鋼棒的孔打的大一些，待復(fù)合材料管固化后取出不銹鋼棒，然后用鉆頭進(jìn)入旋轉(zhuǎn)將石膏削碎即可。全文摘要本發(fā)明涉及一種具有竹節(jié)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料管的制備方法，包括(1)將增強(qiáng)材料中心打孔后穿入不銹鋼棒，并以一定的間隔等距離排列好增強(qiáng)材料，然后用石膏做成石膏棒，用車床削刀進(jìn)行加工成圓形，使石膏部分的厚度與增強(qiáng)材料一樣，都為同樣直徑的外圓，晾干，在石膏部分包上脫模紙，制成復(fù)合材料管使用的芯模；(2)按重量比為100∶40配制環(huán)氧樹脂和固化劑的混合物；(3)芯模在纏繞設(shè)備上利用混合物進(jìn)行濕法纏繞后，固化，脫模，即得具有竹節(jié)結(jié)構(gòu)的新型復(fù)合材料管。該復(fù)合材料管具有剛性好、強(qiáng)度高、工藝簡單等特點(diǎn)，可以大大提高其抗壓，抗彎性能，可以在航空航天等領(lǐng)域起到積極的作用。文檔編號B29C70/28GK101214729SQ20071017312公開日2008年7月9日申請日期2007年12月26日優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日發(fā)明者余木火,孫元榮,張晴楠,建曹,畢紅燕,袁象愷,謝偉煒申請人:東華大學(xué)