一種高強(qiáng)度復(fù)合材料桿的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種高強(qiáng)度復(fù)合材料桿件的結(jié)構(gòu)形式及其制作方法。高強(qiáng)度復(fù)合材料桿主要用于建筑、機(jī)械和日常生活中的各種結(jié)構(gòu)桿件，替代不銹鋼桿件。它主要由芯軸（1）和蒙皮（2）組成，其特點是：芯軸由天然纖維復(fù)合材料組成，其纖維方向與芯軸的軸線方向基本一致，主要承受軸向載荷和彎曲載荷；蒙皮為纏繞在芯軸表面的玻璃鋼，主要承受扭轉(zhuǎn)載荷，同時保護(hù)芯軸，避免老化和腐蝕。
【專利說明】一種高強(qiáng)度復(fù)合材料桿

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度復(fù)合材料桿的結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)用于建筑、機(jī)械以及日常用品中的受力桿件。
[0002]

【背景技術(shù)】
[0003]在現(xiàn)代社會生活中，桿件產(chǎn)品被越來越多地應(yīng)用到日常生活中。常見的產(chǎn)品包括晾衣桿、自行車大梁、殘疾車主結(jié)構(gòu)梁、嬰兒車主結(jié)構(gòu)梁、醫(yī)療床支架等。金屬材料由于其良好的性能和低廉的成本而成為這些桿件結(jié)構(gòu)的首選材料。由于普通鋼材易生銹，從產(chǎn)品全壽命成本考慮，高端產(chǎn)品首選不銹鋼或鋁作為桿件的材料。不銹鋼管擁有高剛度、高強(qiáng)度、抗腐蝕、低成本等特點，被廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)和民用產(chǎn)品中。其缺點是制造能耗高，制造過程給社會帶來嚴(yán)重污染。
[0004]為了解決不銹鋼資源浪費的缺點，發(fā)明一種高強(qiáng)度的復(fù)合材料桿，使其擁有與不銹鋼相當(dāng)?shù)牧W(xué)性能、成本更低、制造能耗遠(yuǎn)低于不銹鋼，同時擁有熱傳導(dǎo)率低、色澤美觀等人們在日常生活中所喜好的優(yōu)點。可以替代不銹鋼管成為性能穩(wěn)定、性價比更高、環(huán)保的桿件部件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]建筑、機(jī)械以及日常產(chǎn)品中的桿件主要受軸向載荷、彎曲載荷和扭轉(zhuǎn)載荷，因此為了實現(xiàn)使用高強(qiáng)度復(fù)合材料桿替代不銹鋼管，就必須使高強(qiáng)度復(fù)合材料桿在上述載荷的作用下的受力效果與不銹鋼類似。
[0006]本發(fā)明中所使用的天然纖維復(fù)合材料和玻璃鋼材料均為各向異性材料，材料纖維方向的性能高，其它方向的性能低，為了充分利用材料各向異性的特點，將高強(qiáng)度復(fù)合材料桿設(shè)計成由芯軸和蒙皮兩部分構(gòu)造組成，芯軸為天然纖維復(fù)合材料，纖維方向與芯軸的長度方向一致，主要承受軸向載荷和彎曲載荷。蒙皮由為纏繞在芯軸表面的玻璃鋼，主要承受扭轉(zhuǎn)載荷，并起到保護(hù)天然纖維芯軸的作用。
[0007]天然纖維復(fù)合材料主要是以竹木材料為主，竹木材料需控制含水率小于20%,然后經(jīng)過浸膠壓制而成，并加工成所需形狀的芯軸，芯軸表面刷涂防水性強(qiáng)的樹脂，如環(huán)氧樹脂或乙稀基樹脂。
[0008]蒙皮為玻璃鋼層，是通過玻璃纖維纏繞工藝或玻璃布纏繞加工而成，所選用樹脂為防水性強(qiáng)的樹脂，如環(huán)氧樹脂或乙烯基樹脂。玻璃纖維的纏繞角度需根據(jù)桿件所受扭轉(zhuǎn)載荷的大小設(shè)計，一般為30°至90°。玻璃纖維纏繞的厚度一般為0.4mm — 5mm。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]通過下文中的參照附圖所進(jìn)行的描述部分，能夠更好的理解所有上述特征，所述附圖為: 圖1為本發(fā)明中高強(qiáng)度復(fù)合材料桿的示意圖，I為天然纖維復(fù)合材料芯軸，2為玻璃鋼層；
圖2為圖1中高強(qiáng)度復(fù)合材料桿的剖面圖，芯軸I中天然纖維的方向與高強(qiáng)度復(fù)合材料桿的長度方向一致；
圖3為本發(fā)明中高強(qiáng)度復(fù)合材料桿的側(cè)視圖，玻璃鋼層2中的玻璃纖維3與桿件軸線4的夾角為30°至90° ;
圖4為本發(fā)明中高強(qiáng)度復(fù)合材料桿截面形狀的示例圖。

【具體實施方式】
[0010]本發(fā)明所涉及的高強(qiáng)度復(fù)合材料桿，主要由芯軸I和蒙皮2組成；其中芯軸為天然纖維復(fù)合材料，蒙皮為玻璃鋼。
[0011]天然纖維復(fù)合材料芯軸是以竹木材料為主要材料，經(jīng)過干燥、浸膠、壓制、機(jī)加工等步驟形成的以天然纖維為主要材料的高強(qiáng)度芯軸。為了保證芯軸I的強(qiáng)度，需要控制竹木材料的含水率小于20%，且保證竹木纖維與芯軸的軸線方向基本一致，其偏差<5°。芯軸的截面形狀根據(jù)實際需要加工成圓形、橢圓形、方形或多邊形等形狀，并在芯軸表面涂刷防水性強(qiáng)的樹脂，如環(huán)氧樹脂或乙烯基樹脂，起到密封竹木纖維孔眼的作用。
[0012]芯軸外的蒙皮為玻璃鋼層，主要是通過玻璃鋼纏繞工藝或玻璃布纏繞加工而成，使用纏繞機(jī)將浸防水性樹脂的玻璃纖維纏繞在芯軸表面，玻璃纖維纏繞角度(玻璃纖維與芯軸軸線之間的夾角)控制在30°至90°。
[0013]在生產(chǎn)過程中，高強(qiáng)度復(fù)合材料桿的加工方法如下:
1、選用天然的竹木材料進(jìn)行干燥處理，控制竹木材料的含水率低于20%；
2、在竹木材料表面涂酚醛樹脂，將多層竹木材料壓制成整塊板材；
3、將板材切割成條狀，然后通過機(jī)加工的方式加工成各種形狀的芯軸；
4、在芯軸的表面涂防水性樹脂，如環(huán)氧樹脂或乙烯基樹脂；
5、將芯軸固定在玻璃鋼纏繞機(jī)上，然后纏繞浸有防水性樹脂的玻璃纖維或玻璃布，其玻璃纖維角度與芯軸角度控制在30°至90° ；
6、芯軸纏繞玻璃纖維后，進(jìn)行常溫或加熱固化(溫度控制在70°以下)。
【權(quán)利要求】
1.一種高強(qiáng)度復(fù)合材料桿，其特征在于，所述高強(qiáng)度復(fù)合材料桿包括芯軸和蒙皮；所述芯軸為天然纖維復(fù)合材料，其纖維方向與芯軸軸線的夾角<5°，其含水率小于20%;所述蒙皮為纏繞在芯軸表面的玻璃鋼，玻璃纖維纏繞方向與芯軸軸線的角度為30°至90°，纏繞厚度0.4至5mm。
2.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度復(fù)合材料桿，其特征在于，所述天然纖維復(fù)合材料主要由竹材、木材經(jīng)浸膠后壓制而成。
3.如權(quán)利要求2所述的高強(qiáng)度復(fù)合材料桿，其特征在于，所述竹材、木材加工成芯軸后，在芯軸表面涂防水性強(qiáng)的樹脂基材料，所述樹脂基材料是環(huán)氧樹脂或乙烯基脂。
4.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度復(fù)合材料桿，其特征在于，所述玻璃鋼使用防水性強(qiáng)的樹脂基體材料，所述樹脂基體材料是環(huán)氧樹脂或乙稀基脂。
5.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度復(fù)合材料桿，其特征在于，其截面形狀為圓形、橢圓形、方形或多邊形。
【文檔編號】F16S3/00GK104266072SQ201410473348
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】杜瑛卓, 劉軍華, 張旺 申請人:北京可汗之風(fēng)科技有限公司