[发明专利]一种高强度复合材料杆

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度复合材料杆的结构形式，应用于建筑、机械以及日常用品中的受力杆件。 

  

背景技术

      在现代社会生活中，杆件产品被越来越多地应用到日常生活中。常见的产品包括晾衣杆、自行车大梁、残疾车主结构梁、婴儿车主结构梁、医疗床支架等。金属材料由于其良好的性能和低廉的成本而成为这些杆件结构的首选材料。由于普通钢材易生锈，从产品全寿命成本考虑，高端产品首选不锈钢或铝作为杆件的材料。不锈钢管拥有高刚度、高强度、抗腐蚀、低成本等特点，被广泛应用于各类工业和民用产品中。其缺点是制造能耗高，制造过程给社会带来严重污染。 

        为了解决不锈钢资源浪费的缺点，发明一种高强度的复合材料杆，使其拥有与不锈钢相当的力学性能、成本更低、制造能耗远低于不锈钢，同时拥有热传导率低、色泽美观等人们在日常生活中所喜好的优点。可以替代不锈钢管成为性能稳定、性价比更高、环保的杆件部件。 

发明内容

       建筑、机械以及日常产品中的杆件主要受轴向载荷、弯曲载荷和扭转载荷，因此为了实现使用高强度复合材料杆替代不锈钢管，就必须使高强度复合材料杆在上述载荷的作用下的受力效果与不锈钢类似。 

        本发明中所使用的天然纤维复合材料和玻璃钢材料均为各向异性材料，材料纤维方向的性能高，其它方向的性能低，为了充分利用材料各向异性的特点，将高强度复合材料杆设计成由芯轴和蒙皮两部分构造组成，芯轴为天然纤维复合材料，纤维方向与芯轴的长度方向一致，主要承受轴向载荷和弯曲载荷。蒙皮由为缠绕在芯轴表面的玻璃钢，主要承受扭转载荷，并起到保护天然纤维芯轴的作用。 

      天然纤维复合材料主要是以竹木材料为主，竹木材料需控制含水率小于20%，然后经过浸胶压制而成，并加工成所需形状的芯轴，芯轴表面刷涂防水性强的树脂，如环氧树脂或乙烯基树脂。 

      蒙皮为玻璃钢层，是通过玻璃纤维缠绕工艺或玻璃布缠绕加工而成，所选用树脂为防水性强的树脂，如环氧树脂或乙烯基树脂。玻璃纤维的缠绕角度需根据杆件所受扭转载荷的大小设计，一般为30°至90°。玻璃纤维缠绕的厚度一般为0.4mm—5mm。 

附图说明

通过下文中的参照附图所进行的描述部分，能够更好的理解所有上述特征，所述附图为： 

      图1为本发明中高强度复合材料杆的示意图，1为天然纤维复合材料芯轴,2为玻璃钢层；

       图2为图1中高强度复合材料杆的剖面图,芯轴1中天然纤维的方向与高强度复合材料杆的长度方向一致；

      图3为本发明中高强度复合材料杆的侧视图,玻璃钢层2中的玻璃纤维3与杆件轴线4的夹角为30°至90°；

      图4为本发明中高强度复合材料杆截面形状的示例图。

具体实施方式

  本发明所涉及的高强度复合材料杆，主要由芯轴1和蒙皮2组成；其中芯轴为天然纤维复合材料，蒙皮为玻璃钢。 

  天然纤维复合材料芯轴是以竹木材料为主要材料，经过干燥、浸胶、压制、机加工等步骤形成的以天然纤维为主要材料的高强度芯轴。为了保证芯轴1的强度，需要控制竹木材料的含水率小于20%，且保证竹木纤维与芯轴的轴线方向基本一致，其偏差≤5°。芯轴的截面形状根据实际需要加工成圆形、椭圆形、方形或多边形等形状，并在芯轴表面涂刷防水性强的树脂，如环氧树脂或乙烯基树脂，起到密封竹木纤维孔眼的作用。 

芯轴外的蒙皮为玻璃钢层，主要是通过玻璃钢缠绕工艺或玻璃布缠绕加工而成，使用缠绕机将浸防水性树脂的玻璃纤维缠绕在芯轴表面，玻璃纤维缠绕角度（玻璃纤维与芯轴轴线之间的夹角）控制在30°至90°。 

  在生产过程中，高强度复合材料杆的加工方法如下： 

1、     选用天然的竹木材料进行干燥处理，控制竹木材料的含水率低于20%；

2、     在竹木材料表面涂酚醛树脂，将多层竹木材料压制成整块板材；

3、     将板材切割成条状，然后通过机加工的方式加工成各种形状的芯轴；

4、     在芯轴的表面涂防水性树脂，如环氧树脂或乙烯基树脂；

5、     将芯轴固定在玻璃钢缠绕机上，然后缠绕浸有防水性树脂的玻璃纤维或玻璃布，其玻璃纤维角度与芯轴角度控制在30°至90°；

6、     芯轴缠绕玻璃纤维后，进行常温或加热固化（温度控制在70°以下）。