碳纖維複合材料桅杆的製造方法
2023-05-15 16:00:51 1
專利名稱：碳纖維複合材料桅杆的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種桅杆的製造方法。
背景技術：
帆船桅杆作為帆船上的重要部件，是推進帆船航行的重要裝置。此外，還 可用它裝信號燈、掛旗幟、架電報天線、支撐吊貨杆、吊裝和卸運貨物等。傳 統的桅杆採用金屬材料，它的缺點是密度大、強度剛度不夠，在大風力作用下 穩定性不好，不利於其航行控制，限制了船的快速航行，且金屬結構帆船桅杆 質量大，除了其本身增加了帆船的負重外，桅杆的增重又使得桅杆和快艇的重 心上升，從而需要更多的壓艙物，這樣又額外增加了船的龍骨重量，使得船體 不易於平衡。複合材料工業從它一開始起就與船艇工業結下不解之緣，從研製 複合材料船艇到其配件，但複合材料桅杆在國內外還沒有研製。
發明內容
本發明的目的是為解決現有金屬桅杆的質量大、強度低、穩定性不好，限 制了船的快速航行的問題，提供一種碳纖維複合材料桅杆的製造方法。
本發明的碳纖維複合材料桅杆的製造方法的步驟如下步驟一、按桅杆的
橫截面形狀設計芯模，芯模長度為4~12米；步驟二、將碳纖維在80 10(TC條 件下乾燥5.5~6.5小時，再將經乾燥處理的碳纖維浸漬於樹脂混合液中20-30秒， 得到浸漬碳纖維，樹脂混合液佔浸漬碳纖維總質量的17% 25%;步驟三、將 芯模裝在纏繞機上，將步驟二製得的浸漬碳纖維在芯模上逐層纏繞，第一層順 著芯模的軸向纏繞，其纏繞角度為0° ，第二層在第一層基礎上往返纏繞，第 一層與第二層的纏繞厚度之和為1.25毫米;第三層與第一層纏繞方向成45°角， 第四層在第三層基礎上往返纏繞，第三層與第四層的纏繞厚度之和為1.25毫米; 第五層與第一層纏繞方向相同，第六層在第五層基礎上往返纏繞，第五層與第 六層的纏繞厚度之和為1,25毫米；第七層與第三層纏繞方向相同，第八層在第 七層基礎上往返纏繞，第七層與第八層的纏繞厚度之和為L25毫米；第九層與 第一層纏繞方向成90。角，第十層在第九層基礎上往返纏繞，第九層與第十層的纏繞厚度之和為0.5毫米，每層均依次纏繞製成碳纖維複合材料體；步驟四、 將步驟三製成的碳纖維複合材料體放在固化爐中加熱固化；步驟五、拆除芯模 後即得到碳纖維複合材料桅杆的毛料，去除毛料兩端的加工長度，去除毛刺， 即得到碳纖維複合材料桅杆。
本發明的有益效果是由於本發明的桅杆是採用碳纖維複合材料製成的， 使得本發明的桅杆的重量比金屬桅杆的重量減輕43.4%,又由於碳纖維複合材 料是層層交叉纏繞，因此提高了碳纖維複合材料桅杆的強度，增加了帆船的穩 定性，使得帆船能夠快速航行。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實施方式中碳纖維複合材料桅杆的製造方法是通過以 下步驟實現的步驟一、按桅杆的橫截面形狀設計芯模，芯模長度為4 12米；
步驟二、將碳纖維在80 10(TC條件下乾燥5.5~6.5小時，為去除纖維的潮氣， 再將經乾燥處理的碳纖維浸漬於樹脂混合液中20~30秒，得到浸漬碳纖維，樹 脂混合液佔浸漬碳纖維總質量的17% 25%;步驟三、將芯模裝在纏繞機上， 將步驟二製得的浸漬碳纖維在芯模上逐層纏繞，第一層順著芯模的軸向纏繞， 其纏繞角度為0° ，第二層在第一層基礎上往返纏繞，第一層與第二層的纏繞 厚度之和為1.25毫米；第三層與第一層纏繞方向成45。角，第四層在第三層基 礎上往返纏繞，第三層與第四層的纏繞厚度之和為1.25毫米；第五層與第一層 纏繞方向相同，第六層在第五層基礎上往返纏繞，第五層與第六層的纏繞厚度 之和為1.25毫米；第七層與第三層纏繞方向相同，第八層在第七層基礎上往返 纏繞，第七層與第八層的纏繞厚度之和為L25毫米；第九層與第一層纏繞方向 成90°角，第十層在第九層基礎上往返纏繞，第九層與第十層的纏繞厚度之和 為0.5毫米，每層均依次纏繞製成碳纖維複合材料體，纏繞後的截面厚度為5.5 毫米；步驟四、將步驟三製成的碳纖維複合材料體放在固化爐中加熱固化；其 目的是使溶劑充分揮發，以保證固化物的性能，從而提高了單純使用環氧樹脂 製品的耐熱性、耐溼性及耐化學性等綜合性能；步驟五、拆除芯模後即得到碳 纖維複合材料桅杆的毛料，去除毛料兩端的加工長度，去除毛刺，即得到碳纖 維複合材料桅杆。碳纖維複合材料強度高、剛度大，且具有可設計性、抗疲勞 性能好等許多優點，碳纖維複合材料桅杆與金屬材料桅杆相比，重量減輕了
543.4%，減重又使得帆船的重心下降，重心下降就不需要更多的壓艙物，這樣減 少了船體的重量，同時船的龍骨重量也減輕，使得船體穩定性更好，這樣有利 於提高桅杆的各項力學性能、改善航行性能；因此高性能碳纖維複合材料桅杆 有著廣闊的應用前景和市場前景。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一的不同點在於步驟一中 芯模的材質為玻璃鋼。這種材質的芯模可以反覆利用且剛度高。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一的不同點在於步驟二中 所述的樹脂混合液是由環氧樹脂與間苯二胺的乙醇溶液按100:21.7的質量比配 帝ij，樹脂混合液的粘度控制在0.35 1.0Pa-s範圍內，其中所述間苯二胺的乙醇
溶液由乙醇和間苯二胺按l: l的質量比配製，步驟四中加熱固化分三個階段進
行首先在40-5(TC條件下固化3小時，然後在8(TC條件下固化2小時，最後 在12(TC條件下固化2小時。樹脂混合液粘度控制在0.35 1.0Pa-s範圍內能夠 使碳纖維浸透膠液。這樣配製避免固化過程中產生大量氣孔，從而影響固化物 的性能。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一的不同點在於步驟二中 所述的樹脂混合液是將環氧樹脂與氰酸酯樹脂按4 7/3: 1的質量比溶於間苯二 胺的二氯甲烷溶液中配製而成，樹脂混合液的粘度控制在0.35 1.0Pa，s範圍內， 所述的間苯二胺的二氯甲烷溶液由二氯甲烷和間苯二胺按h 1的質量比配製， 步驟四中加熱固化分兩個階段進行首先在12(TC條件下固化2小時，然後在 18(TC條件下固化2小時。環氧樹脂與氰酸酯樹脂按4~7/3: 1的質量比配製能 提高單純使用環氧樹脂製品的耐熱性、耐溼性及耐化學性等綜合性能，同時又 降低了成本。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一的不同點在於步驟二中 所述的樹脂混合液是將環氧樹脂與氰酸酯樹脂按4~7/3: 1的質量比溶於間苯二 胺的1,2-二氯乙烷溶液中配製而成，樹脂混合液的粘度控制在0.35 1.0Pa.s範 圍內，所述的間苯二胺的1,2-二氯乙烷溶液由1，2-二氯乙垸和間苯二胺按1: 1 的質量比配製，步驟四中加熱固化分兩個階段進行首先在12(TC條件下固化2 小時，然後在18(TC條件下固化2小時。環氧樹脂與氰酸酯樹脂按4~7/3: l的 質量比配製能提高單純使用環氧樹脂製品的耐熱性、耐溼性及耐化學性等綜合性能，同時又降低了成本。間苯二胺的1,2-二氯乙烷溶液由1，2-二氯乙烷和間苯
二胺按l: 1的質量比配製避免固化過程中產生大量氣孔，從而影響固化物的性 能。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一的不同點在於步驟二中 的千燥溫度為90'C，乾燥時間為6小時。上述數值乾燥溫度和乾燥時間使得混 合後碳纖維複合材料烘乾效果最佳。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一的不同點在於步驟四中 的每層纏繞速度不超過0.9m/s，纏繞張力每兩層遞減一次，纏繞張力遞減數值 每次為10 20N。這樣設計為使內外各層纖維在纏繞完畢後所受的實際張力相 同，以期在桅杆承載時內外層纖維能同時受載，從而避免製品各纏繞層可能出 現內松外緊現象。
權利要求
1、一種碳纖維複合材料桅杆的製造方法，其特徵在於該方法的步驟如下步驟一、按桅杆的橫截面形狀設計芯模，芯模長度為4～12米。步驟二、將碳纖維在80～100℃條件下乾燥5.5～6.5小時，再將經乾燥處理的碳纖維浸漬於樹脂混合液中20～30秒，得到浸漬碳纖維，樹脂混合液佔浸漬碳纖維總質量的17％～25％；步驟三、將芯模裝在纏繞機上，將步驟二製得的浸漬碳纖維在芯模上逐層纏繞，第一層順著芯模的軸向纏繞，其纏繞角度為0°，第二層在第一層基礎上往返纏繞，第一層與第二層的纏繞厚度之和為1.25毫米；第三層與第一層纏繞方向成45°角，第四層在第三層基礎上往返纏繞，第三層與第四層的纏繞厚度之和為1.25毫米；第五層與第一層纏繞方向相同，第六層在第五層基礎上往返纏繞，第五層與第六層的纏繞厚度之和為1.25毫米；第七層與第三層纏繞方向相同，第八層在第七層基礎上往返纏繞，第七層與第八層的纏繞厚度之和為1.25毫米；第九層與第一層纏繞方向成90°角，第十層在第九層基礎上往返纏繞，第九層與第十層的纏繞厚度之和為0.5毫米，每層均依次纏繞製成碳纖維複合材料體；步驟四、將步驟三製成的碳纖維複合材料體放在固化爐中加熱固化。步驟五、拆除芯模後即得到碳纖維複合材料桅杆的毛料，去除毛料兩端的加工長度，去除毛刺，即得到碳纖維複合材料桅杆。
2、 根據權利要求1所述的碳纖維複合材料桅杆的製造方法，其特徵在於 步驟一 中芯模的材質為玻璃鋼。
3、 根據權利要求1所述的碳纖維複合材料桅杆的製造方法，其特徵在於-步驟二中所述的樹脂混合液是由環氧樹脂與間苯二胺的乙醇溶液按100: 21.7 的質量比配製，樹脂混合液的粘度控制在0.35 1.0 &3範圍內，其中所述間苯 二胺的乙醇溶液由乙醇和間苯二胺按l: l的質量比配製，步驟四中加熱固化分 三個階段進行首先在40-50。C條件下固化3小時，然後在80。C條件下固化2 小時，最後在12(TC條件下固化2小時。
4、 根據權利要求1所述的碳纖維複合材料桅杆的製造方法，其特徵在於 步驟二中所述的樹脂混合液是將環氧樹脂與氰酸酯樹脂按4 7/3: 1的質量比溶於間苯二胺的二氯甲烷溶液中配製而成，樹脂混合液的粘度控制在0.35 1.0Pa-s 範圍內，所述的間苯二胺的二氯甲垸溶液由二氯甲烷和間苯二胺按l: l的質量 比配製，步驟四中加熱固化分兩個階段進行首先在12(TC條件下固化2小時， 然後在18(TC條件下固化2小時。
5、 根據權利要求1所述的碳纖維複合材料桅杆的製造方法，其特徵在於 步驟二中所述的樹脂混合液是將環氧樹脂與氰酸酯樹脂按4 7/3: 1的質量比溶 於間苯二胺的1,2-二氯乙烷溶液中配製而成，樹脂混合液的粘度控制在035 l.OPa's範圍內，所述的間苯二胺的1,2-二氯乙垸溶液由1,2-二氯乙烷和間苯二 胺按l: l的質量比配製，步驟四中加熱固化分兩個階段進行首先在120'C條 件下固化2小時，然後在180"C條件下固化2小時。
6、 根據權利要求1所述的碳纖維複合材料桅杆的製造方法，其特徵在於 步驟二中的乾燥溫度為9(TC，乾燥時間為6小時。
7、 根據權利要求1所述的碳纖維複合材料桅杆的製造方法，其特徵在於 步驟四中的每層纏繞速度不超過0.9m/s，纏繞張力每兩層遞減一次，纏繞張力 遞減數值每次為10 20N。
全文摘要
碳纖維複合材料桅杆的製造方法，它涉及一種桅杆的製造方法。本發明為解決現有金屬桅杆的質量大、強度低、穩定性不好，限制了船的快速航行的問題。實現本發明的步驟一、設計製備芯模；二、將乾燥的碳纖維浸漬於樹脂混合液中得到碳纖維複合材料；三、將碳纖維複合材料在芯模上逐層纏繞；四、加熱固化；五、拆除芯模後即得到碳纖維複合材料桅杆的毛料，去除毛料兩端的加工長度，去除毛刺，即得到碳纖維複合材料桅杆。由於本發明的桅杆是採用碳纖維複合材料製成的，使得本發明的桅杆的重量比金屬桅杆的重量減輕43.4％，又由於碳纖維複合材料是層層交叉纏繞，因此提高了碳纖維複合材料桅杆的強度，增加了帆船的穩定性，使得帆船能夠快速航行。
文檔編號B29L31/06GK101497243SQ20091007158
公開日2009年8月5日 申請日期2009年3月19日 優先權日2009年3月19日
發明者劉文博, 張劍光, 帆 楊, 王榮國, 赫曉東, 瓊 郭 申請人:哈爾濱工業大學