[發明專利]多用途高強度集成式實心碳纖維拉索及其制備方法

在審

• 申請號: 202110093480.0
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112761070A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 譚佃龍;朱桂龍;李少華;易紅平;韓德濱
• 申請（專利權）人: 江蘇集萃碳纖維及復合材料應用技術研究院有限公司
• 主分類號: E01D19/16
• 分類號: E01D19/16;C08L63/00;C08K7/06;C08K3/22
• 代理公司: 常州市英諾創信專利代理事務所(普通合伙) 32258
• 代理人: 李楠

本發明公開了一種多用途高強度集成式實心碳纖維拉索，包括：拉索本體，由預浸碳纖維經多次繞制后形成的預浸碳纖維繞組經扭轉、壓實和固化后形成，包括拉索主體和形成在拉索主體的兩端的封閉環，其中拉索主體為實心結構，所述預浸碳纖維的纖維長度方向與拉索主體的長度方向相同；線材繞組，由線材纏繞并綁緊在拉索主體上形成；2個合金接頭，分別被緊固在封閉環內，合金接頭的材質為非鑄態的不銹鋼或鈦合金，所述的合金接頭帶有連接孔，且連接孔的軸線方向與拉索本體的長度方向垂直。通過預浸碳纖維扭絞與緊固真正實現了密實碳纖維與預浸樹脂膠液的完全浸潤與結合，配合合金接頭的使用達到高強度、輕質的要求，且安裝簡單，使用長度不受限制。

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，涉及一種集成碳纖維拉索，具體為一種多用途高強度集成式實心碳纖維拉索及其制備方法。

背景技術

目前橋梁、工程機械、基建等各領域所用到的各種拉索或支撐索基本采用鋼索。鋼索具有價格低廉、工藝成熟的特點，一直在各行業得到廣泛應用。但鋼索缺點也很明顯，主要表現在：①耐腐蝕性能差，對于大型纜索維護成本高，對于小型索由于腐蝕問題需要經常更換；②自重大，比重約為7.8g/cm³；③采用錨杯連接，接頭采用鋼制錨杯，將鋼絲與錨杯用灌漿形式連在一起，再將錨杯與結構件螺紋連接或鏈接，不僅連接件制作麻煩，而且容易損壞受力鋼絲。中國專利文獻(申請號為201310004771.3)公開一種碳纖維復合材料拉板的制造方法，包括步驟：(1)鈦合金鑄造拉板的端部連接件；(2)制造碳纖維復合材料拉板：將碳纖維絲束纏繞在兩個端部連接件表面，在纏繞時對處于兩個端部連接件之間的碳纖維絲束施加橫向壓力，使碳纖維絲束緊貼端部連接件，同時將碳纖維絲束均勻的分布在端部連接件表面，使碳纖維絲束不重合；將定型模具放入熱壓固化箱中，進行拉板的固化處理，使固化均勻；固化完成后，在拉板中部纏繞與拉板呈±45°碳纖維布帶。其制備出的碳纖維復合材料拉板用于汽車吊支撐索的拉板，但存在如下缺陷：(1)采用鑄造鈦合金做接頭，強度低缺陷多不適合做高強度拉索使用；(2)采用未經預浸碳纖維絲和塑料結合需要必須加熱固化；(3)所制成的板材心部無樹脂浸潤，只是表面覆蓋一層塑料難以成密實的實芯；(4)只能用于汽車吊支撐索或類似設備，且由于是板型結構，有時會受到風向影響，造成車吊搖晃等問題。由于上述缺陷，其專利產品尚未獲得很好應用。中國專利文獻(申請號為202010942659.4)公開了一種自錨式碳纖維拉索，是由單向碳纖維預浸料依次層疊環繞固化形成的具有多層碳纖維層的索體，碳纖維索體的纖維方向與碳纖維索體的長度方向相同，其中，碳纖維索體的兩端形成封閉環，碳纖維索體在位于兩個封閉環之間的部分為索體主體；兩個錨具分別包括鋼內芯、鋼夾板和緊固件；兩個錨具的鋼內芯分別一一對應地位于兩個封閉環中并與相應的封閉環的內表面貼合；兩個錨具的鋼夾板分別對應地設置在封閉環的外表面上；兩個錨具的緊固件分別將對應的鋼夾板與鋼內芯緊固。但是該專利存在如下技術缺陷：(1)單純由單向碳纖維預浸料依次層疊環繞固化形成的具有多層碳纖維層的索體為非密實索體，甚至中間可能存在空心，在受力時容易分層；剛度差，使用時容易折彎，特別是長度很大時很容易受彎損壞；同體積情況下承載能力下降；(2)鋼制夾板增加重量，受力時與碳纖維接觸的邊緣容易刮傷碳纖維，而且夾板制作也麻煩增加額外成本；(3)索體為片狀，只能應用于特定場合，室外使用時易受風向干擾而出現振動、搖晃等；(4)需高溫固化，但高溫固化只適合長度較小索的生產一般小于10米。

現有技術中還有以碳纖維筋束索來代替鋼絲制作吊索，但存在以下缺點：(1)以碳纖維筋代替鋼絲，雖然減小了一些重量，但碳纖維筋之間合并程度有限，導致碳纖維筋束在索內存有空隙，影響使用強度，且筋束之間易有損傷進而導致抗拉變形和斷裂載荷降低；(2)為了保證它的使用強度，碳纖維筋束索的外表面需包裹多層保護層，因此整體重量減輕有限；(3)連接仍采用笨重的錨杯和灌漿模式，在這種模式下，碳纖維筋由于抗剪性能差將更容易受到損傷，同時由于錨杯重量大，對于短索，例如3米以下拉索，其減重效果并不明顯。另外連接錨具一般采用合金鋼，耐腐蝕性能與碳纖維筋束索體不能保持一致。

發明內容

為了克服上述現有技術中的問題，本發明提供了一種高強、輕質、耐蝕、安裝簡單的多用途高強度集成式實心碳纖維拉索及其制備方法。