結構性連接長形模塊式中空支柱或杆的方法及獲得的產品的製作方法
2023-06-13 03:24:26 1
專利名稱:結構性連接長形模塊式中空支柱或杆的方法及獲得的產品的製作方法
技術領域：
本發明涉及利用(採用或者不採用纖維增強的)聚合物材料來製造中空的支柱或杆，其用於例如但非專門地需要支承柱作為電線、照明裝置、高架臺的支承件的任何應用場合，並且更具體地說，本發明涉及利用纖維增強樹脂來製造用於帆船的桅杆。本發明專利申請說明了適用於結構性連接長形模塊的方法，所述模塊僅構成支柱或者杆的全長的一部分並因而易於運輸。所述模塊可以彼此相同或者不同，並且它們可以被連續製造，同時保持整個支柱或者杆的適應性以滿足任何特定支承的需要。可以採用任何用於製造纖維增強樹脂產品的公知技術來製造所述模塊，即使由於整個支柱或者杆的總尺寸使得所述技術可能不適用於整個支柱或者杆。
背景技術：
許多物體由包括熱固性樹脂的複合材料製成，該熱固性樹脂通常為纖維增強的環氧樹脂，而該纖維通常為碳纖維或者玻璃纖維或者aramidic纖維。
手工浸漬或者預浸漬了樹脂的纖維層布置在模具的內側表面上。然後對樹脂進行熱聚合處理，採用這種方式來獲得外形與模具的內側表面相同的固體。為了獲得具有優良機械性能的複合材料，基本的要求是去除任何可能包含在各層纖維之間的空氣，並且使這些纖維層彼此牢固地附著在一起。
為了達到這個目的，將具有纖維和樹脂的層疊層的模具包封在一袋內，然後將該袋放在高壓釜內。
接著，將包含模具和層疊件的袋與真空泵連接，同時將高壓釜內的壓力設定為適當的值。
因此，纖維和樹脂的層疊件被壓在模具上，同時任何可能滯留於纖維和樹脂之間的空氣被抽出。
為了獲得具有優良機械性能的材料，基本的要求是在層疊期間去除滯留於各增強層之間的空氣。
另外的基本要求是使各層纖維彼此緊密地接觸。
通過施加高達6～7巴的高壓來獲得這些結果。
此外，許多樹脂需要利用高溫來進行適當的聚合。
在結構很長的情形下，例如帆船的桅杆，實現最佳壓力和溫度所必需的高壓釜的成本非常高。此外，製造帆船的桅杆所必需的模具既大又重，且因此既昂貴又難以處理。表現出的另一個問題是，在層疊特長件的過程中需要檢驗纖維和定位任何內部元件。
發明內容為了克服所有這些缺陷，研究出了以模塊製造中空杆的新方法。
新方法的目的是通常在高壓釜中，在高壓和高溫處理/固化纖維增強樹脂而獲得長形的中空物體。
新方法的另一個目的是由較短的模塊獲得較長物體，該模塊利用各種不同的技術和材料而製成，並且利用不影響所需結構特性的可靠方法連接該模塊。
所述方法的另一個目的是獲得具有內部橫向加強件的長形中空物體，其中該加強件用於增強中空物體的壁的穩定性。
所述方法的另一個目的是可以由短模塊獲得長物體，並且該短模塊易於運輸和可以被連接，而不需採用昂貴且笨重的設備，即使遠離單模塊所製造的地方。
所述方法的另一個目的是獲得可以容易和經濟地運輸到任何地方以組成較長物體的模塊，如果不利用特定的設備該物體將難以運輸。
所述方法的另一個目的是獲得可以連續製造且根據不同的組合來組裝的模塊，從而允許定製支柱或者杆，例如通過改變支柱或者杆的長度、或者其端部形狀，或者在不同位置安裝連接件或者支承件，而無需使用特別用於該目的的任何工具或者設備。
通過用於製造模塊式支柱或者杆的新方法可以實現這些和其它的直接目的和附加目的。
此處所述的具體應用適於製造用於帆船的桅杆，但是也可以用來製造用於路燈和電源的柱子、平臺支承件、支柱以及大體任何長形中空結構件，這些物體可以具有任何橫截面(圓形、橢圓形、呈流線型的輪廓等)和任何長度。不像其它要求構造單個結構件的方法，本發明可以通過獨立的模塊來製造和運輸這種類型的結構件。本發明的特點在於，與傳統的方法相比，本發明確保更精密地控制不同模塊之間的連接質量。由於所建議的連接方法，粘合區構成了用於支柱整體的局部增強區，從而消除了潛在的結構弱區。
新方法可以利用纖維增強和在高壓下聚合的樹脂來製造模塊式長形中空結構件。這種方法的優勢表現在如下事實上，即其允許利用可控的方式連接長度縮短的部件以獲得具有預期長度的杆，同時不減弱組件的結構特性。在高壓釜中高壓處理/固化由複合材料製成的桅杆與在大氣壓下或者在真空下僅利用袋進行處理/固化相比，具有顯著優勢，並且此處所述的方法允許在有限長度的高壓釜內執行所述處理/固化方法，並不特別意味著用於處理/固化桅杆，所述方法也得益於用於連接模塊的方法，其中已經完成的桅杆的結構強度不僅沒有減弱反而獲得了局部增強，這降低了壁的不穩定性。
事實上，在此處所述的改型中，除了存在在壓力下粘合優選連接的表面的優勢與橫向隔板(transversal diaphragms)的存在結合，其中所述橫向隔板限制垂直於壁的表面的變形，從而降低了壁自身局部不穩定的危險性。在單個筒形結構中不能採用這些隔板，它們在任何情形下均難以插入即使是由兩個單元在中央連接所構成的普通筒形結構內。然而，採用所建議的方法，如果完成模塊在一端具有外圍肋，則將自動存在這些隔板。
利用新方法可以製造獨立的模塊，可以根據待利用的高壓釜的長度和根據連接模塊而獲得的支柱的特性來選擇該模塊的長度。這些模塊可以彼此相同，在這種情形下，在將其連接之後，它們將構成為具有基本恆定的橫截面的筒形形狀，但是也可以具有不同的特徵，例如用於桅杆端部的錐形部分、用於安裝附件的不同類型的插入件和連接件、用於桅杆的底部和頂部的末端單元。也可以不費力地製造全部或者部分密封嚴密的模塊，或者為了實現有利於防止帆船傾翻的儲備浮力而製造包含泡沫材料的模塊。
為了部分連續地製造用於帆船的桅杆，可以製備尺寸縮小、價格便宜的少量模具，根據使用者的需要利用這些模具可以獲得具有不同長度和特性的桅杆，並且該桅杆配備有所有通常應當以後安裝的部件。
可以確保連接具有結構和經濟上的優勢的基本特徵是模塊的末端部的形狀。
模塊的末端部必須是截頭錐形，其尺寸適用於將一個末端部引入另一個末端部。採用這種方式，軸向壓力轉變為與截頭錐形末端部的相鄰表面垂直的壓力，可以通過滑入桅杆內的具有螺紋端的牽引索纜或者杆容易地獲得所述軸向壓力。
可以通過控制對內索纜的牽引來容易地控制所述壓力，例如利用轉矩扳手使螺母螺合至索纜的螺紋端且作用在位於桅杆端部的適當的支承板上。
因此，可以根據用於連接模塊的粘合劑的特性來調整模塊的截頭錐形末端部的壁上壓力，從而允許所述粘合劑被完好地處理/固化。
壓力也可以去除任何過多的粘合劑或者任何氣泡。粘合劑過厚和粘合劑內存在氣泡是粘合連接中的兩個主要缺陷源，通常通過在所連接的表面上施加高壓來避免。此處建議的方法可以確保易於將壓力施加在將要粘合的表面上，而不必使用昂貴的設備或者採用複雜的方案。
在模塊的截頭錐形末端部上的壓力的另一個作用在於，由於錐形末端部的自對中特性，它們被強制定位於公共軸線上，從而桅杆將必然為直線型。
採用這種類型的連接，每個模塊的截頭錐形「凹入」末端部必須沒有阻擋下一個模塊的「凸出」末端部插入的突起，因此呈完全開口的形式。
實際上，「凸出」末端部可以設置有沿與其垂直的方向使其壁變硬和加強的環或者肋。所述加強環或者肋使壁沿垂直方向獲得了有效的加強，從而降低了壁的局部不穩定性。在薄殼類結構中比較常見的這種現象是構成帆船的桅杆破損和裝置的安全性不能提高的主要原因之一。
在該實例中構造模塊可以但並非必須按照通常用於在高壓釜中處理/固化複合材料來製造產品的方法，並且需要使用沿模塊的其中一條經線縱向分成兩部分而獲得的模具。
模具的兩個半模的每一個(也稱其為半模)使得模塊外側表面的其中一半不用進行重新加工。
兩個已經連接的半模重新完成模塊的整個外側表面。
兩個半模均設置有用於相互連接的凸緣。
將浸漬有樹脂的纖維層鋪在待製備物體的模具的凹槽內，為了便於分離所述纖維對其進行適當的處理。在其中一個半模內，纖維和樹脂層一直鋪到用於與另一半模相連接的邊緣，同時，在相反的半模內，纖維和樹脂層突出於所述連接邊緣之外。
優選地但非必須兩端有開口的筒形袋放在具有突出層的半模內，也就是放在纖維和樹脂層頂部和將要獲得的模型內部。所述筒形袋的開口端布置為從模具的末端孔伸出。每個筒形袋的直徑等於或者大於模塊的內橫截面的最大直徑，採用這種方式以確保筒形袋完全充滿中空的內部空間。
所述纖維和樹脂層的突出部分被摺疊和鋪在所述筒形袋的頂部上。
兩個半模連接在一起，並且整個模具包封入一外袋內，利用特殊的密封劑位於模具內的筒形袋的自由端與所述外袋相連接。
採用這種方式，筒形袋和外袋形成連續封閉的尼龍袋，其內含有將要聚合的纖維和樹脂的模具。
根據可能的改型，可以採用單個筒形袋，其直徑超過模具的最大外部橫向長度，且其長度比模具長度的兩倍還大。這種袋部分插入上述模具內，並且使該袋的一大半從模具的其中一個末端孔伸出。在模具已經閉合後，使伸出部分的內部翻向外，採用這種方式來包住模具自身的外側表面。在該操作結束時，該袋的兩個末端開口正好在其中一個模具開口外重疊，因此可以將它們連接和密封在一起。
這種改型允許對該袋執行單個密封操作，而不用執行兩個密封操作，但是在這種情形下，對該袋的處理更多，這導致袋自身損壞的危險性將提高。
由該袋形成的封閉空間放在抽吸泵產生的真空下，該抽吸泵連接於沿模具外側表面的適當位置處且在模具內形成真空，使內袋壓在纖維層上，而纖維層反過來壓在模具的內壁上。
然後，將採用這種方式相連接且包含在袋中的兩個半模的組件放在高壓釜內，在高壓釜內壓力將升高，通常高達6～7巴，纖維和樹脂層在該壓力下被壓緊。
具體地說，放在其中一個半模內的纖維和樹脂層的突出部分壓在另一個半模中的纖維和樹脂層上，從而獲得兩個半模的纖維和樹脂層的連續的連接。與袋連接的泵抽出存在於袋內的空氣以及在層疊期間可能滯留在纖維和樹脂層之間或者在所述層和半模內部之間的空氣。
可以使用具有可以密封在一起的連接邊緣的半模，從而通過靠著模具的外壁密封內袋來避免使用外袋。這種方案雖然要求構造更複雜的模具，但是在生產過程中可以節省時間和成本。
在聚合過程結束時，當泵已經關閉且模具打開以後，將模塊從模具取出。
所獲得的模塊沒有連接線，對應於兩個半模的纖維和樹脂層被完好地連接和沿整個內側表面壓緊，並且模塊的外側表面看不到接合處。
可以利用已選擇的方法來製造獲得完整桅杆的所有必需模塊，不取決於這些模塊是彼此相同還是不同。在後一種情形下，必須使用不同的模具，或者作為選擇，可移除的插入件必須放在模具內，從而可以獲得具有不同特徵的模塊。
在任何情形下，每個模塊必須具有一個(如果模塊將構成桅杆兩端中的一端)或者兩個截頭錐形末端部，該末端部必須與相鄰模塊的末端部相配。為了允許通過以單一操作連接模塊來獲得桅杆，每個末端部的錐形必須相同，從而確保每個連接面上的壓力相同。
在已經獲得所有必需模塊之後，為了進行粘合操作必須對其連接面進行適當的處理，即去除任何可能阻礙完好粘合的雜質和化學物質。通常通過表面打磨來完成這種處理。
這時應該使所有的模塊對正，讓截頭錐形末端部相互靠近，但不必把末端部連接起來。可以在這個階段容易地插入牽引索纜或者杆，使牽引索纜或者杆在不產生任何張力的情形下從一個模塊穿過另一個模塊。
接著，將粘合劑應用於將要粘合的每個末端部的表面，並且用手把一個末端部插入另一個末端部內而使這些末端部進行初步的連接。
在已經插入了所有的末端部之後，使內索纜或者杆的螺紋部分穿過坐靠在桅杆端部的兩塊板的中央孔，這時可以用兩個螺母拉緊該內索纜。
施加在連接表面上的壓力必須足以去除任何過多的粘合劑和氣泡，並且足以確保粘合劑的厚度與其製造者所要求的厚度相同。適當的壓力通常由所用的粘合劑的製造者建議。
公用三角方程式可以用來計算為了獲得待粘合的表面上的所需壓力而必需的恰當索纜張力。而用於螺紋連接的公用公式可以用來計算為了獲得所需張力而必須施加在螺母上的驅動力矩。
應用計算出的張力允許模塊相互牢固地擠壓。末端部的錐形也將使模塊沿桅杆的縱向軸線對正，從而確保桅杆為直線型。
最後，在已經達到必需的壓力之後，可以將末端部加熱到處理/固化粘合劑所必需的溫度。因此，沒有必要對寬區域執行複雜的溫度控制，如果要沿縱向連接從兩個半模獲得的兩個半桅杆(在用複合材料製造船艇桅杆中，這是通常的情形)，則上述溫度控制必不可少。
圖1示出了具有內凹槽(S1)的兩個半模(Sa、Sb)，該內凹槽允許不用重新加工通用模塊的外側表面。
圖2示出了半模的剖視圖。
圖3示意性地表示了所述筒形袋(G1)的位置。
圖4隻通過實例示出了具有下述模塊的可能的排列，即只設置有凸出末端部(S3)的底模塊(R3)、每個均設置有凸出末端部(S3)和凹入末端部(S6)的兩個相同模塊(R1)，和設置有用於桅杆支撐索纜的連接件的模塊(R2)，該模塊(R2)也設置有凹入末端部(S6)和凸出末端部(S3)，但因為缺少用於連接的其它模塊使得該凸出末端部(S3)未被利用，所以圖中未將其示出。
圖5示出了不同的模塊彼此相接觸。
具體實施方式參看附圖，閱讀下面的詳細說明，可以更好地理解用於製造模塊式中空支柱或者杆的新方法和由此獲得的產品的特性，所述附圖僅僅作為非限制性的示例，並且涉及採用纖維增強和在高壓下聚合的樹脂來製造模塊。
雖然下面的說明是關於製造帆船的桅杆，但是所考慮的事項適用於製造任何其它的直線型中空物體，其形狀基本為管狀且不必由纖維增強和在高壓下聚合的樹脂製成。
圖1示出了具有內凹槽(S1)的兩個半模(Sa、Sb)，該內凹槽允許不用重新加工通用模塊的外側表面。
每個半模(Sa、Sb)設置有用於與另一個半模(Sb、Sa)連接的凸緣或者邊緣(S2)。
用於截頭錐形末端部的支座在每個半模上均可見。具有肋(S4)和中央開口(S5)的凸出末端部(S3)位於一端，同時凹入末端部(S6)位於另一端，且該凹入末端部向外完全敞開。
模具(Sa、Sb)均塗覆有分離劑，也就是說，便於下述物體從所述半模本身分離的產品，即用半模(Sa、Sb)製造且材料為纖維和樹脂的物體。
纖維和樹脂層(M)鋪在兩個半模(Sa、Sb)的凹槽(S1)內，並且布置成在將要製造的物體的壁上獲得預期的纖維厚度和布局。
具體地說，在一個半模(Sa)內，纖維和樹脂層(M)一直鋪到將與相配的另一半模(Sb)連接的該半模(Sa)的表面，同時在該另一半模(Sb)內也鋪有纖維和樹脂層(M)，從而該纖維和樹脂層以合適的量突出於半模(Sb)的連接表面之外，這一點可以從圖2所示的剖視圖中看出。
接著，將由耐高溫的塑料(通常用聚醯胺或者尼龍)製成的筒形袋(G1)放在具有突出的纖維和樹脂層(M)的半模(Sb)內，所述袋在兩端部是敞開的，並且所述端部布置為從設置在模具(Sb)內的開口(S5、S6)伸出。
所述筒形袋(G1)的形狀為柱形，且其直徑等於或者大於待製造物體的最大內橫截面，該筒形袋採用如下方式定位，即佔據待製造物體內的所有空間。
圖3示意性地表示了所述筒形袋(G1)的位置。
纖維和樹脂層(M)的突出部分鋪在筒形袋(G1)的頂部上，並且兩個半模(Sa、Sb)連接和閉合在一起。
由兩個相連接的半模(Sa、Sb)構成的模具(S)裝入一筒形袋內(為簡化起見，下文稱之為外袋)，使得從模具(S)的開口(S5、S6)伸出的筒形袋(G1)的兩個袋口與外袋的袋口對正。
將內袋(G1)和外袋的所述袋口連接，並且用特殊的密封劑密封。
適用於與真空泵連接的一個或者多個閥安置在外袋上。
由模具(S)、內袋(G1)和外袋組成的組件放在高壓釜內，並且袋(G1、G2)通過所述閥與抽吸泵相連接，從而從袋組件(G1、G2)抽出空氣。
此外，高壓釜的氣壓作用於模具(S)內的袋(G1)上以及纖維和樹脂層(M)上，從而所有纖維和樹脂層(M)壓向兩個半模(Sa、Sb)的內凹槽(S1)的壁。具體地說，內袋(G1)的所述擴張也會使得鋪在半模(Sb)內的纖維和樹脂層(M)的突出部分向另一半模(Sa)的纖維和樹脂層(M)上壓緊，利用這種方式來獲得兩個半模(Sa、Sb)的纖維和樹脂層(M)之間的連續連接。抽吸泵從外袋的內部抽出空氣。存在於模具(S)內的空氣以及纖維和樹脂層(M)之間的空氣過濾於模具(S)本身之外，並由所述抽吸泵抽吸。
為防止剛開始從外袋分離的內袋(G1)繼而又通過如上所述應用於兩端的密封劑又被連接到外袋上，可以利用單個袋(G)，其具有足以完全包圍模具(S)的外部的橫截面和比模具(S)長兩倍多的長度。在這種情形下，該袋(G)的大約一半將被引入半模(Sb)內，以所述用於內袋(G1)的相同方式，使另一端從模具(S)的兩個開口之一(S5或者S6)伸出。在兩個半模(Sa、Sb)已經連接和閉合後，袋(G)的伸出部分的內部將被翻向外，採用這種方式來包住模具(S)的外部。在這種情形下，該袋僅有一端被密封，另一端通過該袋(G)自身摺疊而成。至於其它方面，該方法與已經建議的方法相同。一種等效方案涉及使用可以密封到一起的半模(Sa、Sb)來避免使用外袋。從模具(S)的兩個開口(S5、S6)伸出的內袋(G1)變寬，並且在模具的開口(S5、S6)周圍密封該內袋的邊緣。
沿著兩個半模(Sa、Sb)的連接線密封它們，以形成與模具(S)相對應的封閉腔，並且通過將泵與內袋(G1)的一個或者兩個伸出端相連接而將空氣從模具(S)抽出。
雖然所述第二方案保留了內袋(G1)，但是避免了外袋的使用。
鋪在兩個半模(Sa、Sb)內的纖維和樹脂層(M)將優選地沿著模具的整個內側表面被連接和壓緊。
內袋(G1)確保各個纖維和樹脂層(M)之間的壓緊和附著，同時確保半模(Sa)的層(M)的邊緣和相配的半模(Sb)的層(M)的邊緣之間的壓緊和附著。
上述構造方法使用下述公知技術，即通過在高壓釜中處理/固化樹脂來製造複合材料產品，並且該方法可以獲得具有最佳結構特性的模塊，該結構特性可以利用纖維增強樹脂的複合材料獲得。
該方法必須重複對應於獲得期望的桅杆所必需的模塊的數量的多次。
然而，也可以利用與所述技術不同的技術來製造單模塊，例如可以利用公知作為纖維纏繞的方法或者通過人工浸漬纖維或者利用熱塑性樹脂代替熱固性樹脂來製造該單模塊。可以通過施加或者不施加壓力完成樹脂的聚合。可以在與所述溫度不同的溫度下甚至在真空下不利用袋來獲得聚合。
不必用相同的模具(S)製造模塊，事實上可以利用不同的模具來製造下述模塊，例如桅杆的底模塊或者頂模塊，或者任何設置有用於桅杆支撐索纜或者用於航行設備的連接件的模塊，如圖1所示。在此所述的本發明的申請允許獲得許多不同特徵的單模塊。僅需要注意的情形是，所有的模塊必須設置有截頭錐形末端部(S3、S6)，它們對於將這些模塊與相鄰模塊連接是必不可少的。如果可能的話，底模塊只需構造為具有頂端(S3)即可，並且如果可能的話，頂模塊只需構造為具有底端(S6)即可。
在利用此處所述的方法獲得構成桅杆的必要模塊之後，這些模塊的截頭錐形末端部(S3、S6)必須按照推薦用於所用粘合劑的步驟進行粘合。在「凸出」末端部(S3)必須製備外側表面，同時在「凹入」末端部(S6)必須製備內側表面。
在每個模塊用於粘合的末端部(S3、S6)準備好之後，必須將模塊對正，例如按照如下既定的順序將它們擱在架子上，例如底模塊放在一側、頂模塊放在相反側、中間模塊放在中央，並且任何設置有用於支撐索纜或者用於航行設備的連接件的模塊放在待製造桅杆的結構所要求的位置上。
圖4隻通過實例示出了具有下述模塊的可能的排列，即只設置有凸出末端部(S3)的底模塊(R3)、每個均設置有凸出末端部(S3)和凹入末端部(S6)的兩個相同模塊(R1)，和設置有用於桅杆支撐索纜的連接件的模塊(R2)，該模塊(R2)也設置有凹入末端部(S6)和凸出末端部(S3)，但因為缺少用於連接的其它模塊使得該凸出末端部(S3)未被利用，所以圖中未將其示出。
將模塊以正確順序排列之後，必須將粘合劑應用於所有截頭錐形末端部(S3、S6)，並且牽引索纜或者杆(A)將滑入每個模塊內，當模塊彼此相鄰但未被連接時，所述牽引索纜或者杆的長度足以貫穿桅杆的整個內腔。
所述牽引索纜或者杆(A)必須設置有適於將可控張力施加於桅杆端部的裝置，從而桅杆端部將相應地被壓緊。一種合適的裝置(此處建議的並不是唯一方案)由應用於牽引索纜端部的兩個具有螺紋的杆構成，或者由整個杆或者杆端部的螺紋構成。在使所述牽引索纜或者杆滑入多個對正模塊內之後，螺紋端必須穿過兩塊板(P1、P2)，每塊板設置有中央孔並且具有足以擱在桅杆兩端的整個外圍上的尺寸，和/或設置有專為此目的而特別構造的支座。然而，所述板必須以下述方式定位，即便於將與桅杆自身的縱向軸線平行的壓力傳遞給桅杆的方式。
接著，可以用手使不同的模塊彼此相接觸，即將 「凸出」截頭錐形末端部(S3)插入相鄰的「凹入」末端部(S6)且儘可能地使這些末端部朝向彼此擠壓(圖5)。
在完成所有模塊的初步連接之後，兩個螺母必須插入牽引索纜或者杆(A)的螺紋端。將所述螺母壓在兩塊板(P1、P2)上且擰緊，這樣便增大了牽引索纜或者杆的張力。通過利用轉矩扳手調整螺母的驅動力矩，可以容易地控制所述張力。
通過兩塊板(P1、P2)將作為對桅杆的軸向壓力的牽引索纜或者杆的張力傳遞給多個前後放置的模塊。
一種內部索纜或者杆應用的可能的改型是利用在支柱外面的裝置，該裝置適於將可控軸向壓力施加給支柱自身。
末端部(S3、S6)的錐形使軸向壓力作為與壁垂直且成徑向的壓力作用在連接區。該壓力使凸出末端部(S3)的壁的外側壓在凹入末端部(S6)的壁的內側上。
如果對於所有截頭錐形末端部來說錐形相同，則垂直於壁的壓力在每個連接區也相同。採用這種方式，通過給末端部分配適當的錐角，例如2°，可以計算出通過牽引索纜或者杆(A)施加給桅杆的軸向壓力與同末端部的壁垂直且成徑向的壓力之間的數學關係。
將要粘合的壁之間的壓力對於確保下列各項是必不可少的1)壁自身之間並且因此層疊件的纖維之間進行接觸，而不用加入過厚的粘合劑層；2)去除在連接區端部的過多的粘合劑；3)去除任何存在於末端部的壁之間的氣泡；4)使各個模塊軸向居中。
要點1)、2)和3)表示為了確保下述目的而需滿足的一些基本因素，即粘合而成的部件的連接達到採用所用的粘合劑可以獲得的最佳機械性能。如果考慮了這些情況並且如果所採用的粘合劑具有足夠的機械性能，則可以確保粘合而成的末端部的機械強度等於或者高於被連接的模塊的機械強度。
適於實現目的1)、2)和3)的壓力必須由粘合劑的製造者進行驗證，但是通過控制模塊的末端部(S3、S6)的錐角和螺母驅動力矩，並且通過利用上述簡單設備，本發明可以使所述壓力被容易地施加。
利用此處所述的截頭錐形末端部也可以實現目的4)，而不必使用複雜的支承件來使模塊在粘合期間保持完好對正。由於末端部的錐形，各個模塊沿桅杆的軸線自動對正，而沒有任何向側向或者豎直向上彎曲的趨勢。
為了消除模塊靜載的影響以及確保對桅杆進行直線型組裝，利用簡單的架子來支撐已對正的模塊或者將這些模塊擱在地面上就足夠了。
由於錐形末端部具有這種特性，所以可以避免使用任何類型的模板或者支承件來正確地組裝支柱，並且沒有必要檢驗支柱的各個單元是否對正，在另一方面，如果沿著與支柱的軸線平行的方向把單元分開則上述操作必不可少。
在完成所述連接和用計算力矩擰緊螺母之後，如果需要的話，可以使粘合劑經受熱處理。
為了這個目的，沒有必要加熱整根桅杆，這是因為將要處理的部分只是模塊之間的末端部(S3、S6)。在複合材料的製作中所採用的普通樹脂和纖維的不足熱傳導性(scarce heat conductivity)將限制施加在末端部的熱量的擴散，也因此限制為了達到所需溫度而必要的能量。
為了在粘合劑的處理/固化期間使末端部的溫度升高，在另外的方法中，可以使用加熱毯，如果必要的話，採用多層熱絕緣材料包裹末端部。
因此，參考上面的說明和附圖，說明權利要求
書。
權利要求
1.一種以聚合物製造中空結構的支柱或者杆的方法，其通過組裝具有較短長度的模塊實現，其特徵在於，所述中空結構的支柱或者杆包括兩個或者多個長形模塊，每個模塊設置有相應的凸出截頭錐形末端部和凹入截頭錐形末端部，其中，所述凹入末端部的內側表面的錐角與所述凸出末端部的外側表面的錐角相同，並且所述方法包括下述步驟對正所述中空模塊；製備所述凹入末端部和所述凸出末端部，其中利用粘合劑以便進行粘合併且插入相鄰的、對正的模塊的相應末端部中；應用軸向壓力裝置，優選在端部應用，以使得在由所述模塊構成的杆的端部被壓緊後，在末端部的結構連接和粘合、以及粘合劑的聚合的過程中，每個外側凸出錐形表面粘附於和施加適當的壓力於相鄰模塊的內側凹入錐形表面。
2.根據權利要求
1所述的以聚合物製造中空結構的支柱或者杆的方法，其特徵在於，所述凸出錐形末端部和所述凹入錐形末端部的重疊區足夠寬以確保膠粘劑或者結構粘合劑適於傳遞工程載荷。
3.根據權利要求
1或2所述的以聚合物製造中空結構的支柱或者杆的方法，其特徵在於，所述末端部的錐形把所述支柱上的軸向壓力轉變為相對於所述末端部的壁垂直且成徑向的局部壓力。
4.根據權利要求
1至3中任一所述的以聚合物製造中空結構的支柱或者杆的方法，其特徵在於，所述末端部的錐形確保在組裝和粘合步驟中所述各模塊自動對正。
5.根據權利要求
1至4中任一所述的以聚合物製造中空結構的支柱或者杆的方法，其特徵在於，所述凸出末端部設置有垂直的壁或者分隔部，其用作為適於限制壁的不穩定性的局部加強件。
6.根據前述權利要求
任一所述的以聚合物製造中空結構的支柱或者杆的方法，其特徵在於，所述模塊在兩端設置有開口，所述開口用於所述軸向壓力裝置的通道。
7.根據權利要求
1至6中任一所述的以聚合物製造中空結構的支柱或者杆的方法，其特徵在於，所述軸向壓力裝置包括沿軸向方位穿過所有所述模塊的杆，並且設置有位於第一個模塊和最後一個模塊的端部處的板或者連接元件。
8.根據權利要求
7所述的以聚合物製造中空結構的支柱或者杆的方法，其特徵在於，所述軸向壓力裝置允許控制施加在所述裝置上的張力。
9.根據前述權利要求
任一所述的以聚合物製造中空結構的支柱或者杆的方法，其特徵在於，所述軸向壓力裝置位於所述杆或者所述支柱外部。
10.根據前述權利要求
任一所述的以聚合物製造中空結構的支柱或者杆的方法，其特徵在於，一些模塊可以設置有橫向元件、連接件、支承件、接頭、支架等。
11.根據前述權利要求
任一所述的以聚合物製造中空結構的支柱或者杆的方法，其特徵在於，一個或者多個模塊設置有密封腔。
12.根據前述權利要求
任一所述的以聚合物製造中空結構的支柱或者杆的方法，其特徵在於，所述聚合物與任何適當類型的纖維結合，所述纖維例如為碳纖維、玻璃纖維、aramidic纖維、硼纖維或者其它金屬的纖維，或者陶瓷纖維。
13.一種由聚合物製成的中空結構的支柱或者杆，其特徵在於，所述中空結構的支柱或者杆通過組裝具有較短長度的模塊而構成，並且所述中空結構的支柱或者杆包括兩個或者多個對正的長形中空模塊，每個所述中空模塊設置有相應的凹入截頭錐形末端部和凸出截頭錐形末端部，利用粘合劑處理所述末端部，其中，凹入末端部的內側表面的錐角與凸出末端部的外側表面的錐角相同，並且在末端部的結構連接和粘合、以及粘合劑的聚合的過程中，位於杆端部之間的軸向壓力裝置將適當的壓力施加在所述各模塊之間的接觸面上。
專利摘要
本發明涉及以聚合物製造中空結構的支柱或者杆的新方法，其通過組裝具有更短長度的模塊獲得，所述支柱或者杆包括兩個或者多個長形模塊，每個模塊設置有凸出－凹入截頭錐形末端部(S3、S6)，其中，「凹入」末端部(S6)的內側表面的錐角與「凸出」末端部(S3)的外側表面的錐角相同，所述新方法包括下述步驟對正所述中空模塊；將所述凹入和凸出末端部插入相鄰的對正模塊，並且用粘合劑將所述凹入和凸出末端部粘合；優選地在端部應用軸向壓力裝置，以至因為由所述模塊構成的杆的端部被壓緊，所以在末端部的結構連接和粘合，以及粘合劑的聚合的過程中，每個外側凸出錐形表面粘附於和施加適當的壓力於相鄰模塊的內側凹入錐形表面。
文檔編號B63B15/00GK1993218SQ20058002267
公開日2007年7月4日 申請日期2005年6月23日
發明者朱塞佩·博塔奇恩 申請人:埃克塞特工程責任有限公司, 朱塞佩·博塔奇恩導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan