[發明專利]碳纖維分段纏繞復合材料厚壁圓筒

有效

• 申請號: 201710774038.8
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN108081700B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 孫九霄;陸野;劉剛
• 申請（專利權）人: 鎮江春環密封件集團有限公司
• 主分類號: B32B15/00
• 分類號: B32B15/00;B32B15/04;B32B15/18;B32B15/092;B32B27/38
• 代理公司: 北京哌智科創知識產權代理事務所(普通合伙) 11745
• 代理人: 蔣輝

本發明提出一種碳纖維分段纏繞復合材料厚壁圓筒，包括圓筒主體，所述圓筒主體沿其長度方向均勻間隔交錯設有多個復合材料纏繞段和金屬復合段，所述復合材料纏繞段由內至外依次包括金屬層和碳纖維增強環氧樹脂層，所述碳纖維增強環氧樹脂層內設有導熱層，所述導熱層包括設置在碳纖維增強環氧樹脂層內的導熱部和與所述導熱部相連接的傳熱端，所述傳熱端與所述金屬層一體連接。本發明的碳纖維分段纏繞復合材料厚壁圓筒，設計了導熱層結構，在碳纖維增強環氧樹脂層內設有導熱層，提高了內壁散熱效率，延長了管壁的使用壽命。

技術領域

本發明涉及機械制造領域，具體涉及一種應用在管壁外延伸部分的碳纖維分段纏繞復合材料厚壁圓筒。

背景技術

眾所周知，纖維纏繞復合材料具有比強度大、比剛度高和耐腐蝕等優點，其在航空航天、能源輸送和壓力容器等領域得到了廣泛應用。其中，碳纖維復合材料因具有一般碳素材料的特性，如：耐摩擦、導電、導熱及耐腐蝕性等，同時其還具有優異的抗疲勞、抗沖擊特性，尤其是具有超高的強度重量比和硬度重量比，從而廣泛應用在航天和汽車工業領域中。迄今為止，碳纖維復合材料已經成為一種不可或缺的工業材料。此外，近年來，伴隨著工程中熱應力問題的日益凸顯，比如說柴油機活塞、機床主軸等這一類圓筒軸對稱結構，都高頻承受著熱負荷和機械復合的雙重作用，對它們進行應力計算都必須把熱的影響充分考慮在內。

但是由于復合材料的導熱性能差，使用溫度較低，因此且容易產生管壁溫度超過復合材料許用溫度、管壁內溫度過高、壽命下降等問題。因此如何很好地解決復合材料層散熱性差的問題是本領域技術人員亟待解決的技術問題。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為此，本發明的目的在于提出一種碳纖維分段纏繞復合材料厚壁圓筒。具體技術方案如下：

一種碳纖維分段纏繞復合材料厚壁圓筒，包括圓筒主體，所述圓筒主體沿其長度方向均勻間隔交錯設有多個復合材料纏繞段和金屬復合段，所述復合材料纏繞段由內至外依次包括金屬層和碳纖維增強環氧樹脂層，所述碳纖維增強環氧樹脂層內設有導熱層，所述導熱層包括設置在碳纖維增強環氧樹脂層內的導熱部和與所述導熱部相連接的傳熱端，所述傳熱端與所述金屬層一體連接。

根據本發明提供的碳纖維分段纏繞復合材料厚壁圓筒，設計了導熱層結構，在碳纖維增強環氧樹脂層內設有導熱層，提高了內壁散熱效率，延長了管壁的使用壽命。

根據本發明的一個示例，所述導熱部的數量為多個，且每個導熱部呈板狀或柱狀件，所述傳熱端的截面呈圓環狀，且所述傳熱端為網格狀結構。

根據本發明的一個示例，所述碳纖維增強環氧樹脂層為通過將碳纖維通過液態樹脂浸泡，并施加張力將碳纖維纏繞到所述金屬層上，所述樹脂為熱固性樹脂或者熱塑性樹脂，所述熱固性樹脂為酚醛樹脂、環氧樹脂、改性酚醛樹脂、改性環氧樹脂、雙馬來酰胺樹脂或熱固性聚酰亞胺樹脂中的一種或幾種的組合，所述熱塑性樹脂為熱塑性聚酰亞胺樹脂、聚醚酰亞胺樹脂、聚砜樹脂或聚酯樹脂中的一種或幾種的組合。

根據本發明的一個示例，所述樹脂中添加有增塑劑和/或稀釋劑。

根據本發明的一個示例，碳纖維增強環氧樹脂層的纏繞角為50°～65°。

根據本發明的一個示例，所述碳纖維增強環氧樹脂層為多層結構，單層厚度為0.3～0.5mm。

根據本發明的一個示例，所述導熱部和/或所述傳熱端的材質為鋼。

根據本發明的一個示例，所述導熱部成型時以900℃加熱保溫40min后淬火水冷，再通過560℃加熱保溫80min后回火空冷，并經過84℃保溫40min后水冷亞溫淬火，再通過560℃加熱保溫80min回火空冷處理。