專利名稱：高韌性芳綸碳纖維復(fù)合材料拉桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬液壓或機械提升設(shè)備領(lǐng)域，特別適合用作液壓提升器拉桿。
國內(nèi)外液壓或機械提升設(shè)備中，關(guān)鍵部件之一是拉桿，拉桿在工作過程中，不但要承受交變載荷，震動載荷，沖擊載荷等復(fù)雜外力作用，同時還受到工作環(huán)境中砂子、粉塵、酸、堿、鹽及厭氧菌微生物等的腐蝕，在偏心條件下還要受到拉桿與套管之間的摩擦，拉桿側(cè)面損壞特別嚴重。因而實際工況要求拉桿必須具有高的抗拉強度，疲勞強度，耐復(fù)雜環(huán)境腐蝕，耐磨等性能。
目前國內(nèi)主要有兩種類型拉桿，一種是鋼制拉桿，主要由含有錳鉻等合金元素的中低碳結(jié)構(gòu)鋼組成，這類拉桿經(jīng)熱處理后可以達到較高的強度，但當與套管間存在摩擦時，由于拉桿本身是剛性的，且硬度較高，失效時會導(dǎo)致拉桿和套管同時損壞。第二種為玻璃纖維增強的玻璃鋼拉桿，與鋼制拉桿相比，玻璃鋼拉桿抗拉強度大，耐腐蝕性能好，但耐疲勞特性較差，接口處易于發(fā)生脆斷。目前國內(nèi)的這兩種拉桿均為剛性桿，每根桿長度在八米左右，當長度超過每根桿的長度時，要用多個接頭和接箍連接起來，有時還要根據(jù)實際情況進行截斷和再連接處理。由于接頭的存在，拉桿在服役過程中，又增加了磨損和提拉阻力，并且易于發(fā)生脫扣等問題。
國外除剛性拉桿外，還有柔性桿，主要類型有三種，高強度鋼絲繩拉桿，鋼制帶式拉桿及復(fù)合材料拉桿。前兩種拉桿材質(zhì)主要是高強度貝氏體鋼，與剛性桿相比，運輸使用比較方便，但在使用過程中需配備專用切割，熱處理，焊接等設(shè)備，其他性能無明顯改善。國外柔性復(fù)合材料拉桿的成分主要是高級石墨，玻璃纖維，芳綸纖維和乙烯基樹脂，結(jié)構(gòu)為扁帶狀，該種拉桿比鋼制拉桿有更強的耐腐蝕性，比通常的玻璃鋼拉桿有更好的柔韌性，運輸安裝都比較方便，但成本高，耐溫性能較差，耐磨性能不高。
本發(fā)明的目的在于研制高強度高柔韌性高耐磨芳綸碳纖維復(fù)合材料連續(xù)提升機構(gòu)拉桿，解決長期以來拉桿綜合性能難于提高的難題。
本發(fā)明的連續(xù)拉桿由芳綸和碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料組成，其中碳纖維和芳綸為增強材料，環(huán)氧樹脂為主的工程塑料為基體材料，環(huán)氧樹脂膠液中含有環(huán)氧樹脂，鄰苯二甲酸二丁酯，甲基四氫苯二甲酸酐，脫模劑等。拉桿的原料配比(按重量％)為，芳綸纖維7～12％碳纖維 50～55％環(huán)氧樹脂膠液30～35％玻璃纖維填料10～15％本發(fā)明拉桿的生產(chǎn)工藝采用拉擠成型工藝，即將10束12K芳綸纖維和70束12K碳纖維經(jīng)環(huán)氧樹脂膠液浸漬后，附加玻璃纖維填料在牽引機構(gòu)的拖動下，進入拉擠摸具的預(yù)熱區(qū)和成型固化區(qū)，每隔一定長度，在拉桿上加裝預(yù)成型浸膠耐磨箍。

圖1給出了耐磨箍剖面結(jié)構(gòu)示意圖，1為右箍，2為拉桿，3為左箍，4為膠粘劑。耐磨箍由結(jié)構(gòu)完全相同中心對稱半內(nèi)燕尾槽卡扣和半外燕尾槽卡扣構(gòu)成，耐磨箍的外側(cè)為扁圓的十字花形，耐磨箍的燕尾槽部位中部設(shè)有扁帶內(nèi)腔，采用尼龍?zhí)祭w維復(fù)合材料擠出成型，復(fù)合材料的尼龍?zhí)祭w維配比(按重量％)為，尼龍 60～90％碳纖維10～40％耐磨箍利用燕尾槽卡扣彼此緊密結(jié)合在一起，耐磨箍內(nèi)腔壁與拉桿2間用膠粘劑4填充。而后再進入后固化爐固化，最后盤繞在制品圓盤上。耐磨箍也可以在拉桿使用現(xiàn)場安裝。
本發(fā)明的高強度高韌性高耐磨性芳綸碳纖維復(fù)合材料拉桿的技術(shù)指標為拉伸強度 ≥2100MPa抗疲勞性能失效的循環(huán)次數(shù)≥107拉伸模量 210Gpa使用溫度 -5℃～140℃密度 1530kg/m3芳綸碳纖維復(fù)合材料拉桿具有較高的模量，耐腐蝕，耐磨性，抗疲勞性能好，使用壽命較長等優(yōu)點，綜合性能明顯優(yōu)于鋼制拉桿及玻璃鋼拉桿；柔韌性更好，而且截面積小，減少了拉桿服役過程中的上下行阻力；拉桿上的耐磨箍，大大提高了拉桿的側(cè)面抗磨損性能；芳綸纖維及碳纖維的減磨特性，極大地保護了套管。
與當前現(xiàn)有拉桿相比，本發(fā)明的拉桿強度更高，耐磨耐腐蝕性能更好，而且柔韌性更高，運輸，安裝更為方便，特別適合用作高腐蝕環(huán)境下液壓提升器拉桿，也適合用作油田的深井采油抽油桿。
權(quán)利要求
1.高韌性芳綸碳纖維復(fù)合材料拉桿，其增強材料為芳綸和碳纖維，基體材料是以環(huán)氧樹脂為基的高分子材料，采用拉擠法成型，拉桿間隔設(shè)有耐磨箍，其特征在于該拉桿原料配比(按重量百分比)為芳綸纖維7～12％碳纖維 50～55％環(huán)氧樹脂膠液30～35％玻璃纖維填料10～15％
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高韌性芳綸碳纖維復(fù)合材料拉桿，其特征在于所述的耐磨箍由結(jié)構(gòu)完全相同的中心對稱半內(nèi)燕尾槽卡扣和半外燕尾槽卡扣構(gòu)成，耐磨箍的外側(cè)為扁圓的十字花形，耐磨箍的燕尾槽部位中部設(shè)有扁帶內(nèi)腔，耐磨箍用尼龍?zhí)祭w維復(fù)合材料擠出成型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的高韌性芳綸碳纖維復(fù)合材料拉桿，其特征在于所述的耐磨箍材料采用尼龍?zhí)祭w維復(fù)合材料，其配比(按重量百分比)為，尼龍 60～90％碳纖維10～40％
全文摘要
本發(fā)明的高強度高韌性高耐磨芳綸碳纖維復(fù)合材料拉桿,以芳綸和碳纖維為增強材料,環(huán)氧樹脂膠液為基體材料,采用拉擠成型工藝制作,拉桿上間隔設(shè)有耐磨箍。具有高的強度、模量、耐磨性和抗疲勞性能,適用于腐蝕而又要求連續(xù)工作的液壓提升機械中,也可用于桿泵機械深井采油抽油桿。
文檔編號C08L63/00GK1331259SQ0011115
公開日2002年1月16日 申請日期2000年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月23日
發(fā)明者朱波, 蔡華蘇, 薛忠臻, 張傳國, 魏善全 申請人:山東工業(yè)大學