[發明專利]一種提高圓管環向剛度的拉擠纏繞組合制造工藝及設備

在審

• 申請號: 202210902380.2
• 申請日: 2022-07-29
• 公開（公告）號: CN115366446A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 張寶德;于新麗;閆紀軍;韓啟凱;馮冰輝;潘瑩瑩;范曉璐;王友香;臧偉淇;王貝寧;王露;胡玥;趙冰冰;李文龍;劉馨迪;楊帆;劉仲璇;王紹吉;劉姝
• 申請（專利權）人: 遼寧石油化工大學
• 主分類號: B29C70/52
• 分類號: B29C70/52
• 代理公司: 沈陽一諾君科知識產權代理事務所(普通合伙) 21266
• 代理人: 王建男

本發明涉及管材生產技術領域，一種提高圓管環向剛度的拉擠纏繞組合制造工藝，包括準備干燥拉擠粗紗，將干燥拉擠粗紗經過分紗板進行整理進入浸膠槽浸膠，浸膠后的拉擠紗預成形后備用；將多根拉擠紗沿擬制備復合材料圓管的軸向牽引，使得拉擠紗均勻分布擬制備圓管管體的截面，拉擠紗的延伸方向與擬制備圓管管體軸心方向平行，多根所述拉擠紗等間距布置；沿第一方向旋轉將內層纏繞紗纏繞在上述的外附最內層拉擠紗；再沿第二方向旋轉將外層纏繞紗纏繞在上述的內層纏繞紗外部；將上述的附有拉擠紗、內層纏繞紗和外層纏繞紗與樹脂充分浸潤，樹脂充分滲入拉擠紗和纏繞紗的纖維內后加熱定型。本發明還提出一種提高圓管環向剛度的拉擠纏繞組合制造設備。

技術領域

本發明涉及管材生產技術領域，特別是一種提高圓管環向剛度的拉擠纏繞組合制造工藝及設備。

背景技術

復合材料構件具有輕質高強、耐腐蝕、抗磁電干擾等優異性能已應用于航空航天、石油化工、海洋石油勘探開采等領域。目前復合材料生產工藝主要包括熱壓罐、模壓、拉擠和纏繞工藝等。

其中拉擠工藝和纏繞工藝均可制備圓形復合材料制品。

拉擠工藝：拉擠工藝非常適合于連續單向纖維增強復合材料,這種復合材料的縱向力學強度特別突出,適合于制造承受縱向拉伸強度要求高的制品，因此產品具有拉伸強度高，截面恒定，生產效率高，在復合材料橫截面管材及工字梁等產品中，得到廣泛應用。然而,由于拉擠工藝制備的復合材料產品纖維沿著軸向布置，拉擠制品的橫向強度特別低,限制了拉擠復合材料的應用。

纏繞工藝：纏繞成型工藝是復合材料成型工藝中機械化、自動化程度比較高的一種工藝技術,該技術是將經過表面處理的連續玻璃纖維或玻璃布在浸漬樹脂膠液后,連續地纏繞在芯模上或內襯上,然后經加熱固化或常溫固化,脫除模芯,即得產品。一般根據產品的形狀尺寸、技術指標要求、設備情況來確定成型方法,選擇合適的原材料,設計合理的纏繞參數。纖維纏繞工藝技術的顯著特征是纖維纏繞方向沿著產品的徑向布置，或者是單純的垂直方向，能夠按照復合材料結構的負載要求，將增強材料按最優方向排列，從而提高了產品的環向結構效能。特別適用于制造內壓容器，火箭發動機殼體，管材和儲存罐等復合結構，在國防軍工和國民經濟建設工程中獲得了廣泛的應用，形成了大規模的產業。

然而在實際應用中，復合材料往往處于復雜的受力環境中，承受多種載荷，對軸向力學性能和環向力學性能都有較高的要求，我們發現了單一的拉擠工藝或纏繞工藝很難滿足各個方向力學性能均衡的高性能復合材料構件。例如復合材料圓管在要求承受彎曲載荷，由于截面剛度低，環向而先于軸向拉伸而破壞，因此迫切需要同時提高軸向強度和環向剛度。拉擠工藝優勢在于其產品具有明顯的軸向力學性能，而環向性能比較不足。由于拉擠工藝的局限性，不能實現環向力學性能的提高，而纏繞工藝可以提升環向性能，因此需要在拉擠工藝的基礎上，輔助環向纏繞工藝，即開發拉擠纏繞組合工藝。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出一種提高圓管環向剛度的拉擠纏繞組合制造工藝，通過該設備可以制造出各個方向均有纖維鋪設，表現出具有綜合優異力學性能的復合材料圓管。本發明還提出一種提高圓管環向剛度的拉擠纏繞組合制造設備。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

在第一個技術方案中，一種提高圓管環向剛度的拉擠纏繞組合制造工藝，其特征在于：包括

步驟A1：準備干燥拉擠粗紗，將干燥拉擠粗紗經過分紗板進行整理進入浸膠槽浸膠，浸膠后的拉擠紗預成形后備用；

步驟A2：將多根拉擠紗沿擬制備復合材料圓管的軸向牽引，使得拉擠紗均勻分布擬制備圓管管體的截面，拉擠紗的延伸方向與擬制備圓管管體軸心方向平行，且多根所述拉擠紗等間距布置；

步驟A3：沿第一方向旋轉將內層纏繞紗纏繞在步驟A2制成的外附最內層拉擠紗；再沿第二方向旋轉將外層纏繞紗纏繞在上述的內層纏繞紗外部；