專利名稱：一種圓錐體復(fù)合材料桿的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的主要任務(wù)在于提供一種圓錐體復(fù)合材料桿的制造方法，具體是一種采用離心成型的圓錐體復(fù)合材料桿的制造方法。
背景技術(shù)：
復(fù)合材料具有輕質(zhì)高強，耐腐蝕，耐氣候，外表顏色可隨意調(diào)配，耐低溫，熱膨脹系數(shù)小，有良好的透波性，電絕緣性等不同于傳統(tǒng)材料的特性，用復(fù)合材料代替鋼材，木桿， 水泥桿制作道路照明用燈桿的技術(shù)二十世紀(jì)六十年代在美國首先誕生，由于復(fù)合材料燈桿易于安裝，美觀耐用，免維護等特性，目前在國內(nèi)外已有許多應(yīng)用，近年來，復(fù)合材料桿用于通信桿，避雷針桿等也有了一些進展，由于復(fù)合材料對通信信號無任何阻礙和干擾，其發(fā)展前景看好。以上應(yīng)用的復(fù)合材料桿多為錐形桿，國內(nèi)外較多采用的生產(chǎn)方法為纖維纏繞法， 該方法纖維含量高，可達65%-70%，但由于纏繞工藝中纖維紗方向與桿的軸線方向不一致， 因而桿的軸向強度和模量(12_26GPa)不夠高，盡管在纏繞工藝中采取了一些改進措施， 來縮小纖維方向與桿軸線方向的差距，但效率低，成本高，結(jié)果仍不夠理想，另外纏繞在芯模上進行，脫模后的產(chǎn)品外表有粗糙的纏繞纖維的紋路，需要復(fù)雜的打磨加工處理，造成材料浪費；另一種方法為離心成型法，專利CN 1048785C即采用此方法，產(chǎn)品一次模內(nèi)成型，效率高，表面光滑，無需復(fù)雜的后處理。該方法雖然可以采用纖維方向與軸向一致的玻璃纖維布，但為了形成錐形，等寬度的纖維布逐層卷繞于等徑芯模上，布的層數(shù)從根部至頂部遞減，展開后纖維沒有充分展直，最終產(chǎn)品的纖維含量僅為45-55%，因而強度和模量 (14-22GPa)仍然不夠高，此外，有人曾采用袋壓法生產(chǎn)錐形桿，此法生產(chǎn)的桿外觀類似離心成型法，纖維含量較離心法略高，但纖維有扭曲現(xiàn)象，強度和模量與離心法桿類似。近年來，在輸電線路中鋼桿，薄壁離心鋼管混凝土桿均存在笨重，銹蝕或開裂，耐久性差，施工運輸困難，運行維護成本高等問題，容易出現(xiàn)各種安全隱患，長期運行經(jīng)驗表明不同電壓等級交、直流輸電線路皆存在雷擊事故和污閃事故，這兩種事故在每年的跳閘事故中幾乎各占50%，大量使用復(fù)合絕緣子仍不能徹底解決雷電和污閃問題，因而每年造成很大的經(jīng)濟損失。如采用復(fù)合材料制作電力桿塔，不僅易于運輸，施工，壽命長，且由于其不導(dǎo)電，可以避免鐵塔易出現(xiàn)的雷電事故，利用其良好的絕緣性，提高了絕緣子串的污穢絕緣強度，完全可以避免污閃的發(fā)生。尤其突出的是，經(jīng)電力行業(yè)研究，采用復(fù)合材料桿可以減少線路走廊寬度，因而可以節(jié)約土地資源，但由于以上方法生產(chǎn)的復(fù)合材料桿軸向模量較低，如加大桿徑，勢必成本太高；采用拉擠成型工藝可以使纖維方向與軸向一致，且纖維在拉擠過程中受牽引力作用而保持直線狀態(tài)并可以獲得65-75%的纖維含量，軸向模量可以達30GPa以上，但拉擠工藝只能生產(chǎn)等截面桿，結(jié)構(gòu)上不能充分利用材料。因此復(fù)合材料在輸電線路中的應(yīng)用受到阻礙。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種錐形復(fù)合材料桿的制造方法，具體是一種用普通的E 玻璃纖維生產(chǎn)的復(fù)合材料錐形桿軸向模量可以達到30GPa以上，采用高模量的玻璃纖維可以達到33GPa以上，從而促進FRP桿在輸電線路上的應(yīng)用。為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的錐形復(fù)合材料桿的制造方法是主要為離心成型工藝，其特征在于所述離心成型工藝之前，用纏繞的方法連續(xù)纏繞纖維織物至芯軸上， 然后在旋轉(zhuǎn)的錐形離心模具內(nèi)展開，形成與模具內(nèi)腔形狀相同的纖維預(yù)成型體，移去芯模， 在小口徑端固定纖維織物于模具上，高速旋轉(zhuǎn)模具，使纖維預(yù)成型進一步被離心力壓實，同時在離心力軸向分力的作用下，纖維被拉伸展直，從而獲得較低空隙的纖維預(yù)成型體，最后從模具小口徑端注入樹脂，樹脂在離心力作用下填充纖維預(yù)成型體空隙，待樹脂固化后，脫模得成品。進一步地，所述纖維織物為采用多軸向纖維經(jīng)編布或纖維為0°方向的單向機織布的一種或混合布匹為主要增強材料，每塊纖維布預(yù)先裁剪或拚接成以桿軸線為高的等腰梯形，梯形的上底和下底長度之比與桿頂端和底端直徑之比一致，所有梯形纖維布側(cè)邊依次連接成為一個整體。進一步地，所述纖維材料為玻璃纖維或碳纖維。進一步地，所述芯模為圓錐體芯模。進一步地，所述纖維布在旋轉(zhuǎn)的錐形離心模具內(nèi)展開時，頂端纖維布要露出模具夕卜 8-15CM。本發(fā)明的優(yōu)點是采用本發(fā)明方法不僅可以充發(fā)利用材料，提高產(chǎn)品強度和模量，同時一次成型復(fù)合材料錐形桿，效率高，外表光滑，無需復(fù)雜的打磨處理，從而在同等剛度要求下可以減少材料用量，降低成本，節(jié)約資源。
具體實施例方式本發(fā)明的具體步驟如下 1、纖維織物預(yù)制
采用多軸向纖維經(jīng)編布或單向機織布(纖維為0°方向，即軸向)為主要增強材料，本發(fā)明中纖維材料可以采用玻璃纖維或碳纖維，其中多軸向經(jīng)編布以軸向纖維方向(0° )為主， 可以輔以30°或45°或其它方向需要的纖維。上述0°方向為主的纖維為復(fù)合材料桿提供了極高的軸向強度和模量，而30°或45°或其它方向纖維則在提供軸向強度的的基礎(chǔ)上為復(fù)合材料桿提供了適當(dāng)?shù)沫h(huán)向強度和模量，纖維布預(yù)制的具體結(jié)構(gòu)為將纖維布預(yù)先裁剪或拚接成等腰梯形(梯形的高為桿軸線方向)，梯形的上底和下底長度之比與桿頂端和底端直徑之比一致，所有梯形纖維布側(cè)邊依次連接成為一個整體，連接可以采用縫合或其它形式。2、纖維布纏繞
采用錐形芯軸，本發(fā)明的芯軸可以采用FRP材料或塑料等材料制作，可以是整體，也可以分段組合而成。將上述整體纖維布從一個側(cè)邊開始整體纏繞至芯軸上，形成一個錐形的纖維布卷。3、纖維預(yù)成型將上述纖維卷放入離心成型錐形桿模具內(nèi)，本發(fā)明的模具為金屬模，由多節(jié)組合而成， 每節(jié)長度為50-100CM較佳。模具的腔體與錐形芯棒仿型，只是直徑比芯模大。纖維卷的芯模置于模具中心，沿中心軸線方向放置，在芯模小端口的頂端纖維布要露出模具外IOCM左右，開機旋轉(zhuǎn)模具，旋轉(zhuǎn)方向與纖維在芯軸上的纏繞方向相同，纖維布在模具內(nèi)被解卷展開貼合在模具壁上形成纖維預(yù)成型體，將芯軸從預(yù)成型體內(nèi)取出，然后停止模具旋轉(zhuǎn)。4、纖維壓實伸展
將上述模具頂端外部露出的纖維布沿軸向剪開并翻邊與模具固定為一體，再次開機旋機模具，纖維在離心力作用下進一步被壓實，同時因頂端固定，纖維在離心力軸向分力的作用下得到充分伸展，使纖維平直。5、纖維浸漬
按常規(guī)混合好樹脂，通過樹脂注射裝置從頂端錐形桿模具口注入預(yù)成型體內(nèi)腔，高速旋轉(zhuǎn)模具，使注入模具內(nèi)的樹脂在離心力作用下滲透填充纖維預(yù)成型體孔隙，并充分浸透全部纖維預(yù)成型體。6、固化脫模
等上述樹脂凝膠后，停止模具旋轉(zhuǎn)，根據(jù)樹脂固化需要，可在常溫下或輔助加熱條件下固化，制品達到脫模硬度后，可將產(chǎn)品由頂端向底端頂出脫模，即得錐形復(fù)合材料桿。本發(fā)明的工藝首先是在原有的離心成型工藝的基礎(chǔ)上，借鑒拉擠成型纖維布置方法，對纖維布進行預(yù)制和纏繞，提高產(chǎn)品強度和模量；其次是在離心成型工藝中，將纖維布和芯模的形狀均更改，達到后續(xù)成型時能充分伸展的目的，且為了進一步伸展纖維，本發(fā)明的離心成型工藝中還在成型后進一步離心壓實。實施例1
采用三軸向普通E纖維經(jīng)編布4層，經(jīng)編布規(guī)格為1500克/米2，其纖維結(jié)構(gòu)為0°方向900克/米2，士30°方向均為300克/米2，采用上述工藝制作，纖維含量65%-70%，產(chǎn)品厚度約5匪，產(chǎn)品性能如下
軸向模量30-33GPa，彎曲強度450_550MPa ； 環(huán)向模量8-llGPa，彎曲強度75-85MPa。實施例2
采用三軸向普通E纖維經(jīng)編布4層，經(jīng)編布規(guī)格為1500克/米2，其纖維結(jié)構(gòu)為0°方向900克/米2，士45°方向均為300克/米2，采用上述工藝制作，纖維含量65%-70%，產(chǎn)品厚度約5匪，產(chǎn)品性能如下
軸向模量28-31GPa，彎曲強度420_520MPa ； 環(huán)向模量9-12GPa，彎曲強度90-110MPa。實施例3
采用三軸向普通E纖維經(jīng)編布4層，經(jīng)編布規(guī)格為1500克/米2，其纖維結(jié)構(gòu)為0°方向900克/米2，士60°方向均為300克/米2，采用上述工藝制作，纖維含量65%-70%，產(chǎn)品厚度約5匪，產(chǎn)品性能如下
軸向模量26-29GPa，彎曲強度380_480MPa ； 環(huán)向模量10-13GPa，彎曲強度110-130MPa。
權(quán)利要求
1.一種圓錐體復(fù)合材料桿的制造方法，主要為離心成型工藝，其特征在于所述離心成型工藝之前，用纏繞的方法連續(xù)纏繞纖維織物至芯軸上，然后在旋轉(zhuǎn)的錐形離心模具內(nèi)展開，形成與模具內(nèi)腔形狀相同的纖維預(yù)成型體，移去芯模，在小口徑端固定纖維織物于模具上，高速旋轉(zhuǎn)模具，使纖維預(yù)成型進一步被離心力壓實，同時在離心力軸向分力的作用下，纖維被拉伸展直，從而獲得較低空隙的纖維預(yù)成型體，最后從模具小口徑端注入樹脂， 樹脂在離心力作用下填充纖維預(yù)成型體空隙，待樹脂固化后，脫模得成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓錐體復(fù)合材料桿的制造方法，其特征在于所述纖維織物為采用多軸向纖維經(jīng)編布或纖維為0°方向的單向機織布的一種或混合布匹為主要增強材料，每塊纖維布預(yù)先裁剪或拚接成以桿軸線為高的等腰梯形，梯形的上底和下底長度之比與桿頂端和底端直徑之比一致，所有梯形纖維布側(cè)邊依次連接成為一個整體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種圓錐體復(fù)合材料桿的制造方法，其特征在于所述纖維材料為玻璃纖維或碳纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓錐體復(fù)合材料桿的制造方法，其特征在于所述芯模為圓錐體芯模。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓錐體復(fù)合材料桿的制造方法，其特征在于所述纖維布在旋轉(zhuǎn)的錐形離心模具內(nèi)展開時，頂端纖維布要露出模具外8—15CM。
全文摘要
本發(fā)明主要公開了一種圓錐體復(fù)合材料桿的制造方法，主要為離心成型工藝，其特征在于所述離心成型工藝之前，用纏繞的方法連續(xù)纏繞纖維織物至芯軸上，然后在旋轉(zhuǎn)的錐形離心模具內(nèi)展開，形成與模具內(nèi)腔形狀相同的纖維預(yù)成型體，然后高速旋轉(zhuǎn)模具，最后從模具小口徑端注入樹脂，樹脂在離心力作用下填充纖維預(yù)成型體空隙，待樹脂固化后，脫模得成品。本發(fā)明的優(yōu)點在于能提高產(chǎn)品強度和模量，同時一次成型復(fù)合材料錐形桿，效率高，外表光滑，無需復(fù)雜的打磨處理，從而在同等剛度要求下可以減少材料用量，降低成本，節(jié)約資源。
文檔編號B29C41/40GK102452146SQ20101060942
公開日2012年5月16日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者姜鵠, 崔伯軍, 田塨 申請人:江蘇九鼎新材料股份有限公司