[发明专利]一种复合材料无磁滚筒及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及选矿设备技术领域，具体来说，涉及一种复合材料无磁滚筒及其制作方法。

背景技术

传统的矿山选矿设备大多由不锈钢或普通钢材制成，这些材料制成的设备在工作中普遍存在着感应涡流、质量重、易腐蚀和能耗大的缺陷，并且还存在着耐久性差、使用寿命较短、施工运输和运行维护比较困难的弊端，因此也增加了设备的整个成本。

近年来，纤维增强树脂基复合材料(以下简称FRP)由于其无磁、强度高、质量轻以及耐腐蚀、耐疲劳和可设计性强的优点得到了广泛的应用。同时，用复合材料制备无磁设备的理念也被证实是无磁设备的最佳选择。因此，将FRP应用于选矿设备也成为国内外的主要研究热点。针对现有无磁滚筒的状况，将FRP成功制成无磁滚筒成为业内人士亟需解决的难题。但是由于无磁滚筒尺寸较大且载荷工况复杂，因此采用常规设计方法设计制成的复合材料无磁滚筒虽然相对钢制选矿筒重量有所减少，但其结构耐久性和可靠性还是较差，所以设备成本得不到有效降低，不适宜推广应用。

针对上述相关技术中所述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中上述的问题，本发明提出一种复合材料无磁滚筒及其制作方法，能够有效使得制成的复合材料无磁滚筒具有无磁、重量轻、刚度高、耐腐蚀、耐疲劳及可靠性高的优点，同时有效解决了现有无磁滚筒高能耗、高损耗的弊端，进而有效降低了设备的生产成本和维护成本。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种复合材料无磁滚筒，包括筒体及增强区，所述筒体由内而外包括内功能层、结构层及外功能层，其中，所述结构层由玻璃纤维增强热固性树脂复合体系缠绕而成，并且，所述内功能层与所述外功能层的厚度比为1∶5～1∶10。

进一步地，所述筒体的树脂材质为环氧树脂、不饱和聚酯树脂或乙烯基树脂中的任一种。

一种复合材料无磁滚筒的制作方法，包括以传统滚筒结构为基础设计其筒体壁厚的步骤、复合材料连接为基础设计增强区域结构的步骤及在筒体外壁覆防老化、抗滑功能表层的步骤，还包括如下步骤：

1)确定该复合材料无磁滚筒的结构：由内而外分别设计为内功能层、结构层及外功能层，其中所述结构层由玻璃纤维增强热固性树脂缠绕而成；

2)确定步骤1)中所述玻璃纤维增强热固性树脂的原料及重量配比以及所述结构层的铺层方案；

3)根据选矿设备使用条件的要求，按照步骤1)中的结构设计制作出不同铺层方向复合材料无磁滚筒结构层的试样和功能层的试样，并对这些试样进行综合测试，最终得出所述内功能层、所述结构层及所述外功能层的机械性能参数和抗滑性能参数；

4)根据步骤3)中所得的各方向铺层的机械性能参数以确定所述结构层的厚度，并确定所述玻璃纤维增强热固性树脂中玻璃纤维的铺层方式；其中，所述内功能层与所述外功能层的厚度比为1∶5～1∶10；所述玻璃纤维增强热固性树脂中玻璃纤维的缠绕方式为按照以下缠绕方向角：90°、0°、54°和-54°进行组合缠绕；

5)将步骤3)中所得的各方向铺层机械性能参数与步骤4)中所得的结构层厚度值以及所述玻璃纤维增强热固性树脂的铺层方案输入到有限元分析软件中，构建有限元分析模型，施加载荷然后仿真计算得到该复合材料无磁滚筒在不同载荷工况时的应力值和变形值；

6)将所述复合材料无磁滚筒预先设计的许用应力值与步骤5)中获得的应力值进行对比后计算出该复合材料无磁滚筒的安全系数值，然后将该安全系数值及变形值与设计要求进行比较，即在正常工况条件下所述复合材料无磁滚筒中部的变形值应不大于筒体长度的15‰，安全系数应不小于3，若满足上述设计要求，则进入构件成型阶段；

7)上述步骤6)中如果不满足设计要求，则返回步骤4)，重新调整结构层的厚度及玻璃纤维增强热固性树脂中玻璃纤维的铺层方式；然后重复进行步骤5)及步骤6)直到满足设计要求为止，最后进行构件成型阶段，从而完成整个的制作过程。

进一步地，步骤2)中所述玻璃纤维增强热固性树脂为玻璃纤维经高温下固化的环氧树脂胶液浸渍后按规定的方向角顺序缠绕而成的，其中，所述环氧树脂胶液由以下组分的原料组成：环氧树脂90～100份、固化剂1～3份、促进剂0.2～1.5份及色浆0.2～1份。