專利名稱：一種極低膨脹高模量張力索及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低膨脹高模量張力索及其制作方法。
背景技術(shù)：
在載人航天、登陸月球、深空探測中需要使用一種固定、定位以及動力傳輸?shù)睦K 索。目前常用的繩索主要材料為鋼絲或尼龍。但鋼絲和尼龍各有其缺陷鋼絲的膨脹系數(shù) 較大(膨脹系數(shù)為12% —13% )，導(dǎo)致繩的長度易受溫度影響，不易精確定位和固定，而且 鋼絲的彈性模量較小(彈性模量為172-202GPa)；尼龍雖然耐腐蝕，但卻容易老化且不耐輻 照。碳纖維是纖維狀的碳材料，其化學(xué)組成中碳元素占總質(zhì)量的90%以上。碳纖維及 其復(fù)合材料具有高強(qiáng)度σ t = 3250MPa (離散系數(shù)為4. 62 % )，高模量肚=236GPa (離散 系數(shù)1.69%)，低平均斷裂伸長率ε = 1.53% (離散系數(shù)為4. 58% )，耐高溫，耐腐蝕，耐 疲勞，抗蠕變，能導(dǎo)電，可傳熱和熱膨脹系數(shù)小(2.36Χ10—6)等一系列優(yōu)異性能。它們既可 以作為結(jié)構(gòu)材料承載負(fù)荷，又可以作為功能材料發(fā)揮作用。同時(shí)碳纖維具有紡織纖維的柔 軟可編性。根據(jù)碳纖維的這一特性，可以研制新型高性能的碳纖維復(fù)合材料繩索。它將具 有傳統(tǒng)繩索(天然纖維、有機(jī)纖維、無機(jī)纖維和鋼絲繩等)和金屬桿件無可比擬的優(yōu)越性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有鋼絲制作的繩索在載人航天、登陸月球、深空探測 中不易精確定位和固定的問題，進(jìn)而提供一種極低膨脹高模量張力索及其制作方法。本發(fā)明的一種極低膨脹率高模量張力索，包括碳纖維和膠黏劑，所述碳纖維采用T 系列(Τ300、Τ700或Τ1000)、Μ系列(Μ35或Μ40)和P系列(Ρ100)碳纖維，所述膠黏劑選用 SY-53M膠作為膠黏劑，SY-53M膠中主劑和固化劑的配比為4 0. 5 1. 5。本發(fā)明所述張力索制作方法的步驟為1、配膠，膠中主劑和固化劑的配比為 4 0.5 1.5，均勻混合；2、涂覆，用微型畫刷將混合好的膠水均勻涂在碳纖維上；3、浸 膠，靜置5 10分鐘，使膠水充分浸入碳纖維；4、表邊處理，用微型畫刷將碳纖維上的膠水 調(diào)整均勻；5、編織，用螺旋交互法進(jìn)行編織；6、表面處理，用微型畫刷將碳纖維上多余的膠 水除去并將余下的碳纖維調(diào)整均勻；7、預(yù)緊，在已編織好的碳纖維下系上質(zhì)量大于10千克 的重物，以減少張力所造成碳纖維間的空隙；8、固化，在50 70°C恒溫、通風(fēng)條件下固化 12 18小時(shí)即可；所述碳纖維與膠的重量比為110 0.6 1.8。本發(fā)明利用高性能的碳纖維，通過借鑒日常生活中繩索的編織方法，配合優(yōu)選的 膠粘劑的使用(通過多種膠粘劑對比試驗(yàn)優(yōu)選)，制造出張力索的樣品，并對其進(jìn)行強(qiáng)度、 應(yīng)變、柔性、熱膨脹等性能檢測，最終的張力索達(dá)到了強(qiáng)度在IOOOMPa以上，彈性模量在 200GPa以上，縱向膨脹系數(shù)小于1 X 10_6/°C，耐溫范圍為士 120°C，并且具有一定的柔性(允 許彎折半徑小于48mm)，且具有一定的耐磨性，可以適應(yīng)大溫差，高強(qiáng)度等復(fù)雜的環(huán)境。碳纖維張力索能夠克服傳統(tǒng)鋼絲索膨脹系數(shù)高以及尼龍繩模量低、不耐輻照等缺點(diǎn)，可以取代普通金屬鋼絲繩，廣泛應(yīng)用于宇航空間機(jī)構(gòu)中。


圖1是八股螺旋交互法編織示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式的一種極低膨脹高模量張力索，由碳纖維和膠黏劑 制成，所述碳纖維采用T系列(T300、T700或Τ1000)、Μ系列(Μ35或Μ40)和P系列(Ρ100) 碳纖維，所述膠黏劑選用SY-53M膠作為膠黏劑，SY-53M膠中主劑和固化劑的配比(按重 量)為 4 0. 5 1. 5。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式所述SY-53M膠中主劑和固化劑的配比為4 0.5。 其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式所述SY-53M膠中主劑和固化劑的配比為4 1.5。 其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式所述SY-53M膠中主劑和固化劑的配比為4 1。其 它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式張力索制作方法的步驟為1、配膠，膠中主劑和固 化劑的配比為4 0. 5 1. 5，均勻混合；2、涂覆，用微型畫刷將混合好的膠水均勻涂在碳 纖維上；3、浸膠，靜置5 10分鐘，使膠水充分浸入碳纖維；4、表面處理調(diào)整均勻；5、編織， 用螺旋交互法進(jìn)行編織；6、表面處理調(diào)整均勻；7、預(yù)緊，在已編織好的碳纖維下系上質(zhì)量 大于10千克的重物，以減少張力所造成碳纖維間的空隙；8、固化，在50 70°C恒溫、通風(fēng) 條件下固化12 18小時(shí)即可，所述碳纖維與膠的重量比為110 0.6 1.8，所述螺旋交 互法為四股至二十股(股數(shù)均為偶數(shù))螺旋交互法。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式所述的碳纖維是T300碳纖維，所述的膠中主劑和固 化劑的配比為4 1，所述螺旋交互法為四股螺旋交互法(見圖1)。其它與具體實(shí)施方式
五相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式所述的碳纖維是T1000碳纖維，所述的膠中主劑和 固化劑的配比為4 1.5，所述螺旋交互法為八股股螺旋交互法。其它與具體實(shí)施方式
五相 同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式所述的碳纖維是T700碳纖維，所述的膠中主劑和固 化劑的配比為4 0.5，所述螺旋交互法為十二股螺旋交互法。其它與具體實(shí)施方式
五相 同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式所述的碳纖維是M40碳纖維，所述的膠中主劑和固 化劑的配比為4 0.8，所述螺旋交互法為十六股螺旋交互法(見圖1)。其它與具體實(shí)施 方式五相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式所述的碳纖維是M35碳纖維，所述的膠中主劑和固 化劑的配比為4 1.2，所述螺旋交互法為二十股螺旋交互法。其它與具體實(shí)施方式
五相 同。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式所述的碳纖維是PlOO碳纖維，所述的膠中主劑和固化劑的配比為4 1，所述螺旋交互法為八股螺旋交互法。其它與具體實(shí)施方式
五相同<
權(quán)利要求
1.一種極低膨脹高模量張力索，由碳纖維和膠黏劑制成，其特征在于，所述碳纖維采用 T系列即T300、T700或Τ1000、Μ系列即Μ35或Μ40和P系列即PlOO碳纖維，所述膠黏劑選 用SY-53M膠作為膠黏劑，SY-53M膠中主劑和固化劑的配比為4 0. 5 1. 5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極低膨脹高模量張力索，其特征在于，所述SY-53M膠中主劑 和固化劑的配比為4 0.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極低膨脹高模量張力索，其特征在于，所述SY-53M膠中主劑 和固化劑的配比為4 1.5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的極低膨脹高模量張力索，其特征在于，所述SY-53M膠中主劑 和固化劑的配比為4 1。
5.一種權(quán)利要求1所述張力索的制作方法其特征在于，制作方法的步驟為1、配膠， 膠中主劑和固化劑的配比為4 0.5 1.5，均勻混合；2、涂覆，用微型畫刷將混合好的膠 水均勻涂在碳纖維上；3、浸膠，靜置5 10分鐘，使膠水充分浸入碳纖維；4、表面處理，用 微型畫刷將碳纖維上的膠水調(diào)整均勻；5、編織，用螺旋交互法進(jìn)行編織；6、表面處理，用微 型畫刷將碳纖維上多余的膠水除去并將余下的碳纖維調(diào)整均勻；7、預(yù)緊，給已編織好的碳 纖維施加10至100千克力，以減少張力所造成碳纖維間的空隙；8、固化，在50 70°C恒溫、 通風(fēng)條件下固化12 18小時(shí)即可；所述碳纖維與膠的重量比為110 0.6 1.8。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的張力索的制作方法，其特征在于，所述螺旋交互法為八股至 二十股螺旋交互法。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的張力索的制作方法，其特征在于，所述的碳纖維是T300 碳纖維，所述的膠中主劑和固化劑的配比為4 1，所述螺旋交互法為四股螺旋交互法。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的張力索的制作方法，其特征在于，所述的碳纖維是T1000 碳纖維，所述的膠中主劑和固化劑的配比為4 1.5，所述螺旋交互法為八股螺旋交互法。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的張力索的制作方法，其特征在于，所述的碳纖維是T700 碳纖維，所述的膠中主劑和固化劑的配比為4 0.5，所述螺旋交互法為十二股螺旋交互 法。
10.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的張力索的制作方法，其特征在于，所述的碳纖維是M40 碳纖維，所述的膠中主劑和固化劑的配比為4 0.8，所述螺旋交互法為十六股螺旋交互法。
11.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的張力索的制作方法，其特征在于，所述的碳纖維是M35 碳纖維，所述的膠中主劑和固化劑的配比為4 1.2，所述螺旋交互法為二十股螺旋交互法。
12.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的張力索的制作方法，其特征在于，所述的碳纖維是PlOO 碳纖維，所述的膠中主劑和固化劑的配比為4 1，所述螺旋交互法為八股螺旋交互法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種極低膨脹高模量張力索及其制作方法，張力索由碳纖維和膠黏劑制成，所述碳纖維采用T系列(T300、T700或T1000)、M系列(M35或M40)和P系列(P100)碳纖維，所述膠黏劑選用SY-53M膠作為膠黏劑。張力索的制作方法為1、配膠；2、涂覆；3、浸膠；4、表面處理調(diào)整均勻；5、編織；6、表面處理調(diào)整均勻；7、預(yù)緊；8、固化。最終的張力索強(qiáng)度在1000MPa以上，彈性模量在200GPa以上，縱向膨脹系數(shù)小于1×10-6/℃，耐溫范圍為±120℃，具有一定的柔性和耐磨性，可以適應(yīng)大溫差，高強(qiáng)度等復(fù)雜環(huán)境。
文檔編號D06B1/12GK102080302SQ201010546688
公開日2011年6月1日 申請日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
發(fā)明者劉宇通, 武高輝 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)