高韌性芳綸碳纖維複合材料拉杆的製作方法
2023-04-25 11:45:56
專利名稱：高韌性芳綸碳纖維複合材料拉杆的製作方法
技術領域：
本發明屬液壓或機械提升設備領域，特別適合用作液壓提升器拉杆。
國內外液壓或機械提升設備中，關鍵部件之一是拉杆，拉杆在工作過程中，不但要承受交變載荷，震動載荷，衝擊載荷等複雜外力作用，同時還受到工作環境中砂子、粉塵、酸、鹼、鹽及厭氧菌微生物等的腐蝕，在偏心條件下還要受到拉杆與套管之間的摩擦，拉杆側面損壞特別嚴重。因而實際工況要求拉杆必須具有高的抗拉強度，疲勞強度，耐複雜環境腐蝕，耐磨等性能。
目前國內主要有兩種類型拉杆，一種是鋼製拉杆，主要由含有錳鉻等合金元素的中低碳結構鋼組成，這類拉杆經熱處理後可以達到較高的強度，但當與套管間存在摩擦時，由於拉杆本身是剛性的，且硬度較高，失效時會導致拉杆和套管同時損壞。第二種為玻璃纖維增強的玻璃鋼拉杆，與鋼製拉杆相比，玻璃鋼拉杆抗拉強度大，耐腐蝕性能好，但耐疲勞特性較差，接口處易於發生脆斷。目前國內的這兩種拉杆均為剛性杆，每根杆長度在八米左右，當長度超過每根杆的長度時，要用多個接頭和接箍連接起來，有時還要根據實際情況進行截斷和再連接處理。由於接頭的存在，拉杆在服役過程中，又增加了磨損和提拉阻力，並且易於發生脫扣等問題。
國外除剛性拉杆外，還有柔性杆，主要類型有三種，高強度鋼絲繩拉杆，鋼製帶式拉杆及複合材料拉杆。前兩種拉杆材質主要是高強度貝氏體鋼，與剛性杆相比，運輸使用比較方便，但在使用過程中需配備專用切割，熱處理，焊接等設備，其他性能無明顯改善。國外柔性複合材料拉杆的成分主要是高級石墨，玻璃纖維，芳綸纖維和乙烯基樹脂，結構為扁帶狀，該種拉杆比鋼製拉杆有更強的耐腐蝕性，比通常的玻璃鋼拉杆有更好的柔韌性，運輸安裝都比較方便，但成本高，耐溫性能較差，耐磨性能不高。
本發明的目的在於研製高強度高柔韌性高耐磨芳綸碳纖維複合材料連續提升機構拉杆，解決長期以來拉杆綜合性能難於提高的難題。
本發明的連續拉杆由芳綸和碳纖維增強樹脂基複合材料組成，其中碳纖維和芳綸為增強材料，環氧樹脂為主的工程塑料為基體材料，環氧樹脂膠液中含有環氧樹脂，鄰苯二甲酸二丁酯，甲基四氫苯二甲酸酐，脫模劑等。拉杆的原料配比(按重量％)為，芳綸纖維7～12％碳纖維 50～55％環氧樹脂膠液30～35％玻璃纖維填料10～15％本發明拉杆的生產工藝採用拉擠成型工藝，即將10束12K芳綸纖維和70束12K碳纖維經環氧樹脂膠液浸漬後，附加玻璃纖維填料在牽引機構的拖動下，進入拉擠摸具的預熱區和成型固化區，每隔一定長度，在拉杆上加裝預成型浸膠耐磨箍。
圖1給出了耐磨箍剖面結構示意圖，1為右箍，2為拉杆，3為左箍，4為膠粘劑。耐磨箍由結構完全相同中心對稱半內燕尾槽卡扣和半外燕尾槽卡扣構成，耐磨箍的外側為扁圓的十字花形，耐磨箍的燕尾槽部位中部設有扁帶內腔，採用尼龍碳纖維複合材料擠出成型，複合材料的尼龍碳纖維配比(按重量％)為，尼龍 60～90％碳纖維10～40％耐磨箍利用燕尾槽卡扣彼此緊密結合在一起，耐磨箍內腔壁與拉杆2間用膠粘劑4填充。而後再進入後固化爐固化，最後盤繞在制品圓盤上。耐磨箍也可以在拉杆使用現場安裝。
本發明的高強度高韌性高耐磨性芳綸碳纖維複合材料拉杆的技術指標為拉伸強度 ≥2100MPa抗疲勞性能失效的循環次數≥107拉伸模量 210Gpa使用溫度 -5℃～140℃密度 1530kg/m3芳綸碳纖維複合材料拉杆具有較高的模量，耐腐蝕，耐磨性，抗疲勞性能好，使用壽命較長等優點，綜合性能明顯優於鋼製拉杆及玻璃鋼拉杆；柔韌性更好，而且截面積小，減少了拉杆服役過程中的上下行阻力；拉杆上的耐磨箍，大大提高了拉杆的側面抗磨損性能；芳綸纖維及碳纖維的減磨特性，極大地保護了套管。
與當前現有拉杆相比，本發明的拉杆強度更高，耐磨耐腐蝕性能更好，而且柔韌性更高，運輸，安裝更為方便，特別適合用作高腐蝕環境下液壓提升器拉杆，也適合用作油田的深井採油抽油杆。
權利要求
1.高韌性芳綸碳纖維複合材料拉杆，其增強材料為芳綸和碳纖維，基體材料是以環氧樹脂為基的高分子材料，採用拉擠法成型，拉杆間隔設有耐磨箍，其特徵在於該拉杆原料配比(按重量百分比)為芳綸纖維7～12％碳纖維 50～55％環氧樹脂膠液30～35％玻璃纖維填料10～15％
2.根據權利要求1所述的高韌性芳綸碳纖維複合材料拉杆，其特徵在於所述的耐磨箍由結構完全相同的中心對稱半內燕尾槽卡扣和半外燕尾槽卡扣構成，耐磨箍的外側為扁圓的十字花形，耐磨箍的燕尾槽部位中部設有扁帶內腔，耐磨箍用尼龍碳纖維複合材料擠出成型。
3.根據權利要求1、2所述的高韌性芳綸碳纖維複合材料拉杆，其特徵在於所述的耐磨箍材料採用尼龍碳纖維複合材料，其配比(按重量百分比)為，尼龍 60～90％碳纖維10～40％
全文摘要
本發明的高強度高韌性高耐磨芳綸碳纖維複合材料拉杆,以芳綸和碳纖維為增強材料,環氧樹脂膠液為基體材料,採用拉擠成型工藝製作,拉杆上間隔設有耐磨箍。具有高的強度、模量、耐磨性和抗疲勞性能,適用於腐蝕而又要求連續工作的液壓提升機械中,也可用於杆泵機械深井採油抽油杆。
文檔編號C08L63/00GK1331259SQ0011115
公開日2002年1月16日 申請日期2000年6月23日 優先權日2000年6月23日
發明者朱波, 蔡華蘇, 薛忠臻, 張傳國, 魏善全 申請人:山東工業大學