專利名稱：碳纖維復(fù)合材料桅桿的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種桅桿的制造方法。
背景技術(shù)：
帆船桅桿作為帆船上的重要部件，是推進(jìn)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、支撐吊貨桿、吊裝和卸運(yùn)貨物等。傳 統(tǒng)的桅桿采用金屬材料，它的缺點(diǎn)是密度大、強(qiáng)度剛度不夠，在大風(fēng)力作用下 穩(wěn)定性不好，不利于其航行控制，限制了船的快速航行，且金屬結(jié)構(gòu)帆船桅桿 質(zhì)量大，除了其本身增加了帆船的負(fù)重外，桅桿的增重又使得桅桿和快艇的重 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 不易于平衡。復(fù)合材料工業(yè)從它一開始起就與船艇工業(yè)結(jié)下不解之緣，從研制 復(fù)合材料船艇到其配件，但復(fù)合材料桅桿在國內(nèi)外還沒有研制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有金屬桅桿的質(zhì)量大、強(qiáng)度低、穩(wěn)定性不好，限 制了船的快速航行的問題，提供一種碳纖維復(fù)合材料桅桿的制造方法。
本發(fā)明的碳纖維復(fù)合材料桅桿的制造方法的步驟如下步驟一、按桅桿的
橫截面形狀設(shè)計芯模，芯模長度為4~12米；步驟二、將碳纖維在80 10(TC條 件下干燥5.5~6.5小時，再將經(jīng)干燥處理的碳纖維浸漬于樹脂混合液中20-30秒， 得到浸漬碳纖維，樹脂混合液占浸漬碳纖維總質(zhì)量的17% 25%;步驟三、將 芯模裝在纏繞機(jī)上，將步驟二制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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)上往返纏繞，第九層與第十層的纏繞厚度之和為0.5毫米，每層均依次纏繞制成碳纖維復(fù)合材料體；步驟四、 將步驟三制成的碳纖維復(fù)合材料體放在固化爐中加熱固化；步驟五、拆除芯模 后即得到碳纖維復(fù)合材料桅桿的毛料，去除毛料兩端的加工長度，去除毛刺， 即得到碳纖維復(fù)合材料桅桿。
本發(fā)明的有益效果是由于本發(fā)明的桅桿是采用碳纖維復(fù)合材料制成的， 使得本發(fā)明的桅桿的重量比金屬桅桿的重量減輕43.4%,又由于碳纖維復(fù)合材 料是層層交叉纏繞，因此提高了碳纖維復(fù)合材料桅桿的強(qiáng)度，增加了帆船的穩(wěn) 定性，使得帆船能夠快速航行。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式中碳纖維復(fù)合材料桅桿的制造方法是通過以 下步驟實(shí)現(xiàn)的步驟一、按桅桿的橫截面形狀設(shè)計芯模，芯模長度為4 12米；
步驟二、將碳纖維在80 10(TC條件下干燥5.5~6.5小時，為去除纖維的潮氣， 再將經(jīng)干燥處理的碳纖維浸漬于樹脂混合液中20~30秒，得到浸漬碳纖維，樹 脂混合液占浸漬碳纖維總質(zhì)量的17% 25%;步驟三、將芯模裝在纏繞機(jī)上， 將步驟二制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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)上往返纏繞，第九層與第十層的纏繞厚度之和 為0.5毫米，每層均依次纏繞制成碳纖維復(fù)合材料體，纏繞后的截面厚度為5.5 毫米；步驟四、將步驟三制成的碳纖維復(fù)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(fā)，以保證固化物的性能，從而提高了單純使用環(huán)氧樹脂 制品的耐熱性、耐濕性及耐化學(xué)性等綜合性能；步驟五、拆除芯模后即得到碳 纖維復(fù)合材料桅桿的毛料，去除毛料兩端的加工長度，去除毛刺，即得到碳纖 維復(fù)合材料桅桿。碳纖維復(fù)合材料強(qiáng)度高、剛度大，且具有可設(shè)計性、抗疲勞 性能好等許多優(yōu)點(diǎn)，碳纖維復(fù)合材料桅桿與金屬材料桅桿相比，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(wěn)定性更好，這樣有利 于提高桅桿的各項力學(xué)性能、改善航行性能；因此高性能碳纖維復(fù)合材料桅桿 有著廣闊的應(yīng)用前景和市場前景。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于步驟一中 芯模的材質(zhì)為玻璃鋼。這種材質(zhì)的芯?？梢苑磸?fù)利用且剛度高。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于步驟二中 所述的樹脂混合液是由環(huán)氧樹脂與間苯二胺的乙醇溶液按100:21.7的質(zhì)量比配 帝ij，樹脂混合液的粘度控制在0.35 1.0Pa-s范圍內(nèi)，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(zhì)量比配制，步驟四中加熱固化分三個階段進(jìn)
行首先在40-5(TC條件下固化3小時，然后在8(TC條件下固化2小時，最后 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范圍內(nèi)能夠 使碳纖維浸透膠液。這樣配制避免固化過程中產(chǎn)生大量氣孔，從而影響固化物 的性能。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于步驟二中 所述的樹脂混合液是將環(huán)氧樹脂與氰酸酯樹脂按4 7/3: 1的質(zhì)量比溶于間苯二 胺的二氯甲烷溶液中配制而成，樹脂混合液的粘度控制在0.35 1.0Pa，s范圍內(nèi)， 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(zhì)量比配制， 步驟四中加熱固化分兩個階段進(jìn)行首先在12(TC條件下固化2小時，然后在 18(TC條件下固化2小時。環(huán)氧樹脂與氰酸酯樹脂按4~7/3: 1的質(zhì)量比配制能 提高單純使用環(huán)氧樹脂制品的耐熱性、耐濕性及耐化學(xué)性等綜合性能，同時又 降低了成本。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于步驟二中 所述的樹脂混合液是將環(huán)氧樹脂與氰酸酯樹脂按4~7/3: 1的質(zhì)量比溶于間苯二 胺的1,2-二氯乙烷溶液中配制而成，樹脂混合液的粘度控制在0.35 1.0Pa.s范 圍內(nèi)，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(zhì)量比配制，步驟四中加熱固化分兩個階段進(jìn)行首先在12(TC條件下固化2 小時，然后在18(TC條件下固化2小時。環(huán)氧樹脂與氰酸酯樹脂按4~7/3: l的 質(zhì)量比配制能提高單純使用環(huán)氧樹脂制品的耐熱性、耐濕性及耐化學(xué)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(zhì)量比配制避免固化過程中產(chǎn)生大量氣孔，從而影響固化物的性 能。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于步驟二中 的千燥溫度為90'C，干燥時間為6小時。上述數(shù)值干燥溫度和干燥時間使得混 合后碳纖維復(fù)合材料烘干效果最佳。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于步驟四中 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(shù)值 每次為10 20N。這樣設(shè)計為使內(nèi)外各層纖維在纏繞完畢后所受的實(shí)際張力相 同，以期在桅桿承載時內(nèi)外層纖維能同時受載，從而避免制品各纏繞層可能出 現(xiàn)內(nèi)松外緊現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1、一種碳纖維復(fù)合材料桅桿的制造方法，其特征在于該方法的步驟如下步驟一、按桅桿的橫截面形狀設(shè)計芯模，芯模長度為4～12米。步驟二、將碳纖維在80～100℃條件下干燥5.5～6.5小時，再將經(jīng)干燥處理的碳纖維浸漬于樹脂混合液中20～30秒，得到浸漬碳纖維，樹脂混合液占浸漬碳纖維總質(zhì)量的17％～25％；步驟三、將芯模裝在纏繞機(jī)上，將步驟二制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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)上往返纏繞，第九層與第十層的纏繞厚度之和為0.5毫米，每層均依次纏繞制成碳纖維復(fù)合材料體；步驟四、將步驟三制成的碳纖維復(fù)合材料體放在固化爐中加熱固化。步驟五、拆除芯模后即得到碳纖維復(fù)合材料桅桿的毛料，去除毛料兩端的加工長度，去除毛刺，即得到碳纖維復(fù)合材料桅桿。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維復(fù)合材料桅桿的制造方法，其特征在于 步驟一 中芯模的材質(zhì)為玻璃鋼。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維復(fù)合材料桅桿的制造方法，其特征在于-步驟二中所述的樹脂混合液是由環(huán)氧樹脂與間苯二胺的乙醇溶液按100: 21.7 的質(zhì)量比配制，樹脂混合液的粘度控制在0.35 1.0 &3范圍內(nèi)，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(zhì)量比配制，步驟四中加熱固化分 三個階段進(jìn)行首先在40-50。C條件下固化3小時，然后在80。C條件下固化2 小時，最后在12(TC條件下固化2小時。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維復(fù)合材料桅桿的制造方法，其特征在于 步驟二中所述的樹脂混合液是將環(huán)氧樹脂與氰酸酯樹脂按4 7/3: 1的質(zhì)量比溶于間苯二胺的二氯甲烷溶液中配制而成，樹脂混合液的粘度控制在0.35 1.0Pa-s 范圍內(nèi)，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(zhì)量 比配制，步驟四中加熱固化分兩個階段進(jìn)行首先在12(TC條件下固化2小時， 然后在18(TC條件下固化2小時。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維復(fù)合材料桅桿的制造方法，其特征在于 步驟二中所述的樹脂混合液是將環(huán)氧樹脂與氰酸酯樹脂按4 7/3: 1的質(zhì)量比溶 于間苯二胺的1,2-二氯乙烷溶液中配制而成，樹脂混合液的粘度控制在035 l.OPa's范圍內(nèi)，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(zhì)量比配制，步驟四中加熱固化分兩個階段進(jìn)行首先在120'C條 件下固化2小時，然后在180"C條件下固化2小時。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維復(fù)合材料桅桿的制造方法，其特征在于 步驟二中的干燥溫度為9(TC，干燥時間為6小時。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維復(fù)合材料桅桿的制造方法，其特征在于 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(shù)值每次為10 20N。
全文摘要
碳纖維復(fù)合材料桅桿的制造方法，它涉及一種桅桿的制造方法。本發(fā)明為解決現(xiàn)有金屬桅桿的質(zhì)量大、強(qiáng)度低、穩(wěn)定性不好，限制了船的快速航行的問題。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的步驟一、設(shè)計制備芯模；二、將干燥的碳纖維浸漬于樹脂混合液中得到碳纖維復(fù)合材料；三、將碳纖維復(fù)合材料在芯模上逐層纏繞；四、加熱固化；五、拆除芯模后即得到碳纖維復(fù)合材料桅桿的毛料，去除毛料兩端的加工長度，去除毛刺，即得到碳纖維復(fù)合材料桅桿。由于本發(fā)明的桅桿是采用碳纖維復(fù)合材料制成的，使得本發(fā)明的桅桿的重量比金屬桅桿的重量減輕43.4％，又由于碳纖維復(fù)合材料是層層交叉纏繞，因此提高了碳纖維復(fù)合材料桅桿的強(qiáng)度，增加了帆船的穩(wěn)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(yōu)先權(quán)日2009年3月19日
發(fā)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(yè)大學(xué)