一种超强超韧复合材料杆体及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种超强超韧复合材料杆体及其制造方法，属于复合材料应用领域，本发明的杆体包括薄壁管部和支撑部，所述薄壁管部的其纤维方向为多维度，支撑部填充整个薄壁管部或仅填充部分薄壁管部，所述杆体为圆柱状或圆台状，其薄壁管部和支撑部与杆体形状一致。本发明空心薄壁管的腔体内用支撑物进行填充，对薄壁管腔体起到支撑作用，杆体的抗弯曲、抗剪切强度高；薄壁管的纤维方向为多维度，杆体抗扭力强度高、纤维连续性好，不易劈裂；杆体重量轻，舒适度高。本发明制备方法其工艺简单，方便根据需要制备超强超韧复合材料杆体，由可选择的多种支撑部来支撑具有多维度纤维的薄壁管，从而形成强度高、韧性好的杆体，产品适用范围广。
【专利说明】
一种超强超韧复合材料杆体及其制造方法
技术领域
[0001]本发明属于复合材料应用领域，具体涉及一种超强超韧复合材料杆体及其制造方法。
【背景技术】
[0002]复合材料由于各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。纤维和树脂是复合材料领域常用的原料，使用树脂与纤维的复合材料可以加工质量轻、强度高的杆体，复合材料杆体被广泛应用于各个领域。目前在钓具领域使用杆体主要有两种，一种是空心薄壁管结构的杆体，一种是实心结构的杆体。空心薄壁管杆体的优点是质量轻，但由于腔体内部无支撑，受力弯曲时杆体横截面容易发生变形，造成纤维和树脂体系的破坏，导致杆体受损。实心结构的杆体其锥体是由不等长纤维断面堆砌而成的，纤维的连续性差，在使用中容易出现劈裂;并且纤维方向单一，几乎都与杆体轴线平行，造成维向(与杆体轴线垂直方向)抗扭力强度薄弱，实际垂钓中对被垂钓对象的操控能力差；由于整个杆体都充盈着纤维和树脂，杆体重量较大，垂钓过程中的舒适性差。
[0003]目前复合材料制造杆体的方法主要有以下三种:(I)先将预浸纤维布铺设在模具表面上，然后进行外压包裹和升温固化，最后将模具取出并剥离包裹物，形成空心薄壁管结构的杆体。(2)用过复合材料湿法(或干法)缠绕或编织工艺，将纤维布铺设在模具表面上，然后进行外压包裹和升温固化，最后将模具取出并剥离包裹物，从而形成空心薄壁管结构的杆体。(3)通过复合材料拉挤(挤拉)工艺制成杆体毛坯，然后通过磨削工艺加工出预设的杆体形状。采用方法(I)和方法(2)制造的杆体为空心薄壁管结构，腔体内部无支撑，受力弯曲时杆体横截面容易发生变形，造成纤维和树脂体系的破坏，导致杆体受损。采用方法(3)制造的杆体是实心结构，由不等长纤维断面堆砌而成的杆体，其纤维的连续性差，易出现劈裂;纤维方向单一，几乎都与杆体轴线平行，造成维向(与杆体轴线垂直方向)抗扭力强度薄弱。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是空心薄壁管结构的杆体抗弯曲、抗剪切强度差，实心结构杆体抗扭力强度薄弱、纤维不连续容易产生劈裂和使用过程中舒适度差的问题，提供一种超强超韧复合材料杆体及其制造方法。
[0005]本发明为解决上述技术问题采用如下措施:
一种超强超韧复合材料杆体，所述杆体包括薄壁管部和支撑部，所述薄壁管部的其纤维方向为多维度，支撑部填充整个薄壁管部或仅填充部分薄壁管部，所述杆体为圆柱状或圆台状，其薄壁管部和支撑部与杆体形状一致。
[0006]所述支撑部是复合材料成型的圆柱状或圆台状结构I。
[0007]所述支撑部是圆柱状或圆台状结构Π，所述圆柱状或圆台状结构Π是以复合材料成型的圆柱状或圆台状结构I为模具将预浸纤维布外压被覆其上得到的圆柱状或圆台状结构。
[0008]所述支撑部是圆柱状或圆台状结构m，所圆柱状或圆台状结构m是先以复合材料成型得到圆柱状或圆台状结构I，再以圆柱状或圆台状结构I的一端与模具A的对接体形成模具B，预浸纤维布外压被覆模具B外后，取出模具A得到的圆柱状或圆台状结构。
[0009]所述支撑部是圆柱状或圆台状结构IV，所述圆柱状或圆台状结构IV是先以复合材料成型得到圆柱状或圆台状结构I，圆柱状或圆台状结构I的两端分别与模具A和模具B对接形成模具C，预浸纤维布外压被覆模具C外后，取出模具A和模具B得到的圆柱状或圆台状结构。
[0010]所述复合材料中使用的纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、PBO纤维、PE纤维、金属纤维、硼纤维、植物纤维中的一种或几种。
[0011]所述复合材料中使用的树脂为热固性树脂，如环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯、不饱和聚酯等;或热塑性树脂，如聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。
[0012]本发明的杆体可应用于钓竿竿体、高尔夫球竿竿体、羽毛球拍、网球拍、自行车主体框架、帆杆、桨杆、户外天线、雷达支架、风力发电机叶片、桥梁工程建筑等领域。
[0013]本发明超强超韧复合材料杆体，采用如下步骤制备:
步骤SI，用复合材料拉挤(挤拉)或其他成型工艺制成杆体毛坯，然后通过磨削工艺加工出预设的圆柱或圆台形状得到圆柱或圆台杆；
步骤S2，以步骤SI中的圆柱或圆台杆为模具，将预浸纤维布铺设在其表面上，然后进行外压包裹和升温固化，最后剥离包裹物，制造出内部有支撑，外部纤维方向多维度的杆体A;
步骤S3，以步骤SI中的圆柱或圆台杆作为模具的一部分，模具A与其对接形成模具B，将预浸纤维布铺设在模具B表面上，然后进行外压包裹和升温固化，最后将模具A取出并剥离包裹物，从而制造出内部部分有支撑，部分是中空，外部纤维方向多维度的杆体B;或者圆柱或圆台杆的两端分别与模具A和模具B对接形成模具C，预浸纤维布铺设在模具C表面上，然后进行外压包裹和升温固化，最后取出模具A和模具B得到两端中空，外部纤维方向多维度的杆体C;
步骤S4，利用步骤S1、步骤S2、步骤S3中的成品或半成品作为模具D，用过复合材料湿法(或干法)缠绕或编织工艺，将纤维布铺设在模具D表面上，然后进行外压包裹和升温固化，利用步骤S3中制备的半成品最后需要将模具A、模具B取出，并剥离包裹物，从而制造出内部有支撑，外部纤维方向多维度的杆体D。其中所述成品是指升温固化后剥离包裹物的产品，所述半成品是固化前没有剥离材料包裹的制品。
[0014]本发明的复合材料杆体其空心薄壁管的腔体内用与腔体形状一致的支撑物进行填充，对薄壁管腔体起到支撑的作用，提高了杆体的抗弯曲、抗剪切强度；由于薄壁管的纤维方向是多维度的，杆体抗扭力强度高、纤维连续性好，不易劈裂;薄壁管腔体填充长度可变化，降低了杆体重量，提高了使用过程中的舒适度。本发明提供的制备方法其工艺简单，方便根据需要制备超强超韧复合材料杆体，由可选择的多种支撑部来支撑具有多维度纤维的薄壁管，从而形成强度高、韧性好的杆体，产品适用范围广。
【附图说明】
[0015]图1本发明的一种结构示意图。
[0016]具体实施方法
本发明的超强超韧复合材料杆体包括薄壁管部I和支撑部2。薄壁管部I的其纤维方向为多维度，支撑部2填充整个薄壁管部I或仅填充部分薄壁管部I。图1中示意了一种圆台状支撑部2仅填充薄壁管部2部分的结构，在支撑部2中有空腔3，空腔3可以位于支撑部2的前端或后端。也可以根据需要将支撑部2分段设置，空腔3位于支撑部2之间。
[0017]就支撑部而言，它可以是圆柱状或圆台状结构1、圆柱状或圆台状结构Π、圆柱状或圆台状结构m和圆柱状或圆台状结构IV。其中圆柱状或圆台状结构I是由复合材料拉挤/挤拉或其他成型方式形成的圆柱状或圆台状结构；圆柱状或圆台状结构π是先以复合材料经拉挤/挤拉或其他成型方式形成的圆柱状或圆台状结构I，再以圆柱状或圆台状结构I为模具将预浸纤维布外压被覆其上得到的锥形体结构。圆柱状或圆台状结构m，是先以复合材料经拉挤/挤拉或其他成型方式形成的圆柱状或圆台状结构I，圆柱状或圆台状结构I的一端与模具A的对接体成为模具B，预浸纤维布外压被覆模具B外后，取出模具A得到圆柱状或圆台状结构。圆柱状或圆台状结构IV是先以复合材料经拉挤/挤拉或其他成型方式形成的圆柱状或圆台状结构I，圆柱状或圆台状结构I的两端分别与模具A和模具B对接形成模具C，预浸纤维布外压被覆模具C外后，取出模具A和模具B得到圆柱状或圆台状结构结构。
[0018]制备本发明超强超韧复合材料杆体，加工工艺如下:
步骤SI，通过复合材料拉挤(挤拉)工艺或其他成型方式制成杆体毛坯，然后通过磨削工艺加工出预设的圆柱或圆台形状得到圆柱或圆台杆；
步骤S2，以步骤SI中的圆柱或圆台杆杆为模具，将预浸纤维布铺设在其表面上，然后使用聚丙烯或类似塑料膜作为外压包裹物，进行外压包裹和升温固化，最后剥离包裹物，制造出内部有支撑，外部纤维方向多维度的杆体A;
步骤S3，以步骤SI中的圆柱或圆台杆作为模具的一部分，模具A与其对接形成模具B，将预浸纤维布铺设在模具B表面上，然后然后使用聚丙烯或类似塑料膜作为外压包裹物，进行外压包裹和升温固化，最后将模具A取出并剥离包裹物，从而制造出内部部分有支撑，部分是中空，外部纤维方向多维度的杆体B;或者圆柱或圆台杆的两端分别与模具A和模具B对接形成模具C，预浸纤维布铺设在模具C表面上，然后使用聚丙烯或类似塑料膜作为外压包裹物，进行外压包裹和升温固化，最后取出模具A和模具B得到两端中空，外部纤维方向多维度的杆体C;
步骤S4，利用步骤S1、步骤S2、步骤S3中的成品(是指升温固化后剥离包裹物的产品)或半成品(是固化前没有剥离材料包裹的制品)作为模具D，用过复合材料湿法(或干法)缠绕或编织工艺，将纤维布铺设在模具D表面上，然后进行外压包裹和升温固化，利用步骤S3中制备的半成品最后需要将模具A、模具B取出，并剥离包裹物，从而制造出内部有支撑，外部纤维方向多维度的杆体D。
【主权项】
1.一种超强超韧复合材料杆体，其特征是所述杆体包括薄壁管部和支撑部，所述薄壁管部的其纤维方向为多维度，支撑部填充整个薄壁管部或仅填充部分薄壁管部，所述杆体为圆柱状或圆台状，其薄壁管部和支撑部与杆体形状一致。2.根据权利要求1所述的杆体，其特征是所述支撑部是复合材料成型的圆柱状或圆台状结构I。3.根据权利要求1所述的杆体，其特征是所述支撑部是圆柱状或圆台状结构Π，所述圆柱状或圆台状结构Π是以复合材料成型的圆柱状或圆台状结构I为模具将预浸纤维布外压被覆其上得到的圆柱状或圆台状结构。4.根据权利要求1所述的杆体，其特征是所述支撑部是圆柱状或圆台状结构m，所圆柱状或圆台状结构m是先以复合材料成型得到圆柱状或圆台状结构I，再以圆柱状或圆台状结构I的一端与模具A的对接体形成模具B，预浸纤维布外压被覆模具B外后，取出模具A得到的圆柱状或圆台状结构。5.根据权利要求1所述的杆体，其特征是所述支撑部是圆柱状或圆台状结构IV，所述圆柱状或圆台状结构IV是先以复合材料成型得到圆柱状或圆台状结构I，圆柱状或圆台状结构I的两端分别与模具A和模具B对接形成模具C，预浸纤维布外压被覆模具C外后，取出模具A和模具B得到的圆柱状或圆台状结构。6.根据权利要求1所述的杆体，其特征是所述复合材料中使用的纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、PBO纤维、PE纤维、金属纤维、硼纤维、植物纤维中的一种或几种。7.根据权利要求1所述的杆体，其特征是所述复合材料中使用的树脂为热固性树脂或热塑性树脂，所述热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯、不饱和聚酯;所述热塑性树脂为聚苯乙稀、聚丙稀、聚氯乙稀。8.根据权利要求1所述的杆体，其特征是所述杆体应用于钓竿竿体、高尔夫球竿竿体、羽毛球拍、网球拍、自行车主体框架、帆杆、桨杆、户外天线、雷达支架、风力发电机叶片、桥梁工程建筑。9.一种超强超韧复合材料杆体的制造方法，包括以下步骤: 步骤SI，用复合材料拉挤、挤拉或其他成型工艺制成杆体毛坯，然后通过磨削工艺加工出预设的圆柱或圆台形状得到圆柱或圆台杆； 步骤S2，以步骤SI中的圆柱或圆台杆为模具，将预浸纤维布铺设在其表面上，然后进行外压包裹和升温固化，最后剥离包裹物，制造出内部有支撑，外部纤维方向多维度的杆体A; 步骤S3，以步骤SI中的圆柱或圆台杆作为模具的一部分，模具A与其对接形成模具B，将预浸纤维布铺设在模具B表面上，然后进行外压包裹和升温固化，最后将模具A取出并剥离包裹物，从而制造出内部部分有支撑，部分是中空，外部纤维方向多维度的杆体B;或者圆柱或圆台杆的两端分别与模具A和模具B对接形成模具C，预浸纤维布铺设在模具C表面上，然后进行外压包裹和升温固化，最后取出模具A和模具B得到两端中空，外部纤维方向多维度的杆体C; 步骤S4，利用步骤S1、步骤S2、步骤S3中的成品或半成品作为模具D，用过复合材料湿法(或干法)缠绕或编织工艺，将纤维布铺设在模具D表面上，然后进行外压包裹和升温固化，利用步骤S3中制备的半成品最后需要将模具A、模具B取出，并剥离包裹物，从而制造出内部有支撑，外部纤维方向多维度的杆体D，其中所述成品是指升温固化后剥离包裹物的产品，所述半成品是固化前没有剥离材料包裹的制品。
【文档编号】B29C70/32GK106079483SQ201610586017
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月25日 公开号201610586017.9, CN 106079483 A, CN 106079483A, CN 201610586017, CN-A-106079483, CN106079483 A, CN106079483A, CN201610586017, CN201610586017.9
【发明人】丛子添, 战持育
【申请人】威海首创实利进出口有限公司