CN102345236A - 一种多芯绞合型纤维加强芯材湿法生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多芯绞合型纤维加强芯材湿法生产工艺，包括加捻工序、包覆工序、绞合工序、固化工序和收卷工序，其特征在于：所述加捻工序前还有预浸工序，所述的预浸工序包括上架、除湿、浸胶、挤胶。本发明具有以下优点:一是由于增加了预浸工序，所以本发明的多芯绞合型纤维加强芯材加捻后缠绕纤维层使捻合的纤维不易松散从而有利于二次加捻及固化，而生产出来的多芯绞合型纤维加强芯材密度较小，力学性能优异；二是由于本发明采用多股绞合工序使加强芯耐疲劳性能较同截面单根加强芯好，并且可以有效避免单芯结构发生某处缺陷而出现断裂造成事故的现象，提高损伤容限，安全可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种纤维增强复合材料芯材制作工艺，尤其是一种多芯绞合型纤维加强芯材湿法生产工艺。
背景技术
纤维增强树脂基复合材料因具有质量轻、高比强、高比模、耐疲劳、耐腐蚀等一系列优异性能，在电力输送、建筑加固、海洋作业、桥梁增强或加固等领域有着良好的应用前景，受到了人们的广泛关注。目前我国对于纤维复合材料加强芯的研究多集中于单股棒状结构，虽然其成型工艺简单，但也存在生产效率较低、安全可靠性低、柔性差、耐疲劳性差等缺点。
多芯绞合型纤维加强芯材是由一种或多种高性能连续纤维增强一种或多种树脂基体制成。其制备方法为：将多束纤维进行加捻形成单股绳，然后将多根单股绳合股并沿其纤维捻向相反（或相同）方向绞合成多股结构，通过固化形成多股绞合结构纤维增强复合材料加强芯。然而采用传统的加捻工序、包覆工序、绞合工序、固化工序和收卷工序加工的产品的加捻效果差，产品的力学性能弱，不能满足目前市场的需要。
发明内容
针对上述存在问题，本发明提供一种多芯绞合型纤维加强芯材湿法生产工艺，通过工艺的改变，提高产品的加捻效果和力学性能。
为了达到以上目的，本发明采取以下技术方案，一种多芯绞合型纤维加强芯材湿法生产工艺，包括加捻工序、包覆工序、绞合工序、固化工序和收卷工序，其特征在于：所述加捻工序前还设置有浸胶工序，所述的包覆工序和绞合工序之间还设置有预固化工序，所述浸胶工序为把多芯绞合型纤维加强芯材通过浸胶槽浸胶处理，所述预固化工序为把经包覆工序后的多芯绞合型纤维加强芯材通过预固化装置预固化处理。
由于本发明采取了以上技术方案，具有以下优点:一是由于增加了浸胶工序和预固化工序，所以本发明的多芯绞合型纤维加强芯材加捻后缠绕纤维层使捻合的纤维不易松散，而生产出来的多芯绞合型纤维加强芯材密度较小，力学性能优异；二是由于本发明采用多股绞合工序使加强芯材耐疲劳性能较同截面单根芯好，并且可以有效避免单芯结构发生某处缺陷而出现断裂造成事故的现象，提高损伤容限，安全可靠性高，多股绞合结构加强芯惯性矩较同截面单股棒状结构加强芯小，柔韧性好，减小卷轴直径，便于收卷、包装和运输。
附图说明
图1为本发明实施例的湿法生产装置结构示意图
图2为本发明实施例的多层绞合装置结构示意图
1、纱架 2、计量浸胶槽 3、成型装置 4、第一多轴向包覆层缠绕装置 5、第二多轴向包覆层缠绕装置 6、预固化装置 7、收卷装置 8、固化装置 9、牵引装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例一
一种多芯绞合型纤维加强芯材湿法生产工艺，包括加捻工序、包覆工序、绞合工序、固化工序和收卷工序，其特征在于：所述加捻工序前还设置有浸胶工序，所述的包覆工序和绞合工序之间还设置有预固化工序，所述浸胶工序为把多芯绞合型纤维加强芯材通过浸胶槽浸胶处理，所述预固化工序为把经包覆工序后的多芯绞合型纤维加强芯材通过预固化装置预固化处理。本发明多芯绞合型纤维加强芯材湿法生产工艺采用湿法生产装置加工如图1所示，所述湿法生产装置包括绞合装置、包覆层缠绕装置(本实施例有两个，分别为第一多轴向包覆层缠绕装置4和第二多轴向包覆层缠绕装置5)和收卷装置7，所述绞合装置由张力可调纱架1和成型装置3组成，多芯绞合型纤维加强芯材安装在纱架上，所述纱架1与成型装置 3之间还安装有一计量浸胶槽2，成型装置3与收卷装置7之间还安装有一预固化装置6。
其工作原理为:多个纤维束(或碳纤维与其它混合的复合材料 )经计量浸胶槽2预浸胶，然后经纱架1旋转绞合在一起，再经成型装置3自然成型，再经包覆层缠绕装置包覆缠绕，随后经预固化装置6进一步固化成型，使多芯绞合型纤维加强芯材绞合更紧，不松散，最后到收卷装置7收卷。由于纤维本身的特性，如果不施以张力进行胶槽预浸胶和预固化装置的进一步固化成型，其绞合效果差，易松散。
由于增加了预浸工序，所以本发明的多芯绞合型纤维加强芯材加捻后缠绕纤维层使捻合的纤维不易松散从而有利于二次加捻及固化，而生产出来的碳纤维电缆芯密度较小，力学性能优异。本发明的碳纤维电缆芯的性能如下：
| 拉伸强度/MPa | ≥2100MPa |
| 玻璃化转变温度/℃ | ≥200 |
| 长期允许使用温度/℃ | ＞180 |
| 热膨胀系数1/℃ | ≤2×10-6 |
| 密度g/cm3 | ＜1.8 |
实施例二
同实施例一的一种多芯绞合型纤维加强芯材湿法生产工艺，其不同之处在于：所述绞合工序包括单层绞合工序和多层绞合工序，所述的多层绞合工序采用的多层绞合装置加工，如图2所示，所述的多层绞合装置包括纱架1、成型装置3、固化装置8、牵引装置9和收卷装置7，把绞合好的多芯型纤维芯棒放至纱架上，重复加捻、固化和收卷步骤，可以得到多层绞合或者说多次绞合的多芯绞合型纤维加强芯材，以进一步提高其绞合加捻效果。
实施例三
同实施例一的一种多芯绞合型纤维加强芯材湿法生产工艺，其不同之处在于：所述多芯绞合型纤维加强芯材包括芯层和包覆层，芯层和包覆层所用材料为纤维或树脂或两者的混合物，所述纤维可以为同种纤维，也可以是混杂纤维，所述纤维为有机纤维和无机纤维或两者的混合物，所述有机纤维为超高分子量聚乙烯纤维、聚酯类纤维、芳纶纤维和聚酰胺类纤维中的一种或几种，所述无机纤维包括碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维和硼纤维中的一种或几种；所述树脂种类为热固性或热塑性树脂或其混合物，具体如环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、双马来酰亚胺树脂、聚苯硫醚、聚醚醚酮等。
实施例四
同实施例三的一种多芯绞合型纤维加强芯材湿法生产工艺，其不同之处在于：当多芯绞合型纤维加强芯材的芯层、包覆层材料为纤维与树脂混合物时，纤维的体积百分含量为55-80%。
实例例五
同实施例一的一种多芯绞合型纤维加强芯材湿法生产工艺，其不同之处在于：所述固化工序采用的固化方式为热固化、紫外光固化、电子束固化、微波固化或超声波辅助固化。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种多芯绞合型纤维加强芯材湿法生产工艺，包括加捻工序、包覆工序、绞合工序、固化工序和收卷工序，其特征在于：所述加捻工序前还有浸胶工序，所述的包覆工序和绞合工序之间还设置有预固化工序，所述浸胶工序为把多芯绞合型纤维加强芯材通过浸胶槽浸胶处理，所述预固化工序为把经包覆工序后的多芯绞合型纤维加强芯材通过预固化装置预固化处理。
2.根据权利要求1所述的一种多芯绞合型纤维加强芯材湿法生产工艺，其特征在于：本发明采用多芯绞合型纤维加强芯材湿法生产装置生产，所述多芯绞合型纤维加强芯材湿法生产装置包括绞合装置、包覆层缠绕装置和收卷装置，所述绞合装置由纱架和成型装置组成，多芯绞合型纤维加强芯材安装在纱架上，所述纱架与成型装置之间安装有一计量浸胶槽，成型装置与收卷装置之间安装有一预固化装置。
3.根据权利要求1所述的一种多芯绞合型纤维加强芯材湿法生产工艺，其特征在于：所述绞合工序包括单层绞合工序和多层绞合工序，所述的多层绞合工序采用的多层绞合装置加工，所述多层绞合装置包括纱架、成型装置、固化装置、牵引装置和收卷装置。
4.根据权利要求1所述的一种多芯绞合型纤维加强芯材湿法生产工艺，其特征在于：所述多芯绞合型纤维加强芯材包括芯层和包覆层，芯层和包覆层所用材料为纤维或树脂或两者的混合物，所述纤维可以为同种纤维，也可以是混杂纤维，所述纤维为有机纤维和无机纤维或两者的混合物，所述有机纤维为超高分子量聚乙烯纤维、聚酯类纤维、芳纶纤维和聚酰胺类纤维中的一种或几种，所述无机纤维包括碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维和硼纤维中的一种或几种；所述树脂为热固性或热塑性树脂或其混合物。
5.根据权利要求1所述的一种多芯绞合型纤维加强芯材湿法生产工艺，其特征在于：当多芯绞合型纤维加强芯材的芯层、包覆层材料为纤维与树脂混合物时，纤维的体积百分含量为55-80%。
6.根据权利要求1所述的一种多芯绞合型纤维加强芯材湿法生产工艺，其特征在于：所述固化工序采用的固化方式为热固化、紫外光固化、电子束固化、微波固化或超声波辅助固化。
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