一种直柱组合碳纤维管的纤维布卷管方法与流程

1.本发明属于碳纤维管技术领域，尤其涉及一种直柱组合碳纤维管的纤维布卷管方法。


背景技术：

2.碳纤维，是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。
3.机器手臂是机器人技术领域实际应用最广泛的自动化机械装置，尽管他们的形态各有不同，但他们都有一个共同的特点，即通过接受指令，精确地定位到三维(或二维)空间上的某一点进行作业。根据机械手运动和工作的要求，管路、冷却装置、行程定位装置和自动检测装置等，一般也都装在手臂上。因此，手臂的结构、工作范围、承载能力和动作精度都会直接影响整个机械的工作性能。以往的机械手臂是由常规金属材料制成的，环境因素对机械手臂精度的影响较大，而碳纤维材料具有优良的物理性能，比强度好，比刚度大，其力学性能可通过设计进行控制改变，具有更多的设计灵活性，由碳纤维制成的支撑手臂具有以下几个优点：材质轻、操作灵活准确、强度高、耐温性好、性价比好。
4.目前，碳纤维管的制备方法包括：将多种碳纤维预浸布进行铺层，然后依次进行卷管、热压、脱芯、表面处理、加工、装配、检测以及清洗，其中，卷管为将铺叠好的预浸料熨烫在涂有脱模剂的芯模上进行卷管。现有技术中卷管的操作为一层层地叠加操作，存在着卷管后易形成缝隙，影响碳纤维管的质量，且为人工铺层，操作效率低。
5.因此，亟需开发一种碳纤维管的纤维布卷管方法。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种直柱组合碳纤维管的纤维布卷管方法，提供的卷管方法可以保证卷管各处纤维布厚度均匀一致，使得后续得到的直柱组合碳纤维管的圆度达标、质量稳定，提高了生产效率，有利于工业化生产。
7.为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
8.本发明提供了一种直柱组合碳纤维管的纤维布卷管方法，所述纤维布卷管方法包括：将纤维布按照卷管先后顺序进行排序并划分为3-5组，每组所述纤维布经过预备叠层得到纤维组合层，然后将碳纤维管模芯的一端直管垫上硅胶垫，之后将3-5组所述纤维组合层依次卷覆在碳纤维管模芯上；
9.所述碳纤维管模芯的结构为两端为直管、中间为圆台形管。
10.本发明优选为8层纤维布，按照先后顺序划分为4组。
11.本发明所述纤维布卷管方法先将纤维布经过预备叠层得到3-5组纤维组合层，然后将模芯先端垫上硅胶垫，之后将纤维组合层依次卷覆在碳纤维管模芯上；所述卷管方法
可以保证卷管各处纤维布厚度均匀一致，使得后续得到的直柱组合碳纤维管的圆度达标、质量稳定，提高了生产效率，有利于工业化生产。
12.作为本发明优选的技术方案，所述纤维布包括玻璃纤维布和/或碳纤维布。
13.优选地，所述碳纤维布包括pan基碳纤维布和/或沥青基碳纤维布。
14.优选地，所述玻璃纤维布的型号包括gf100和/或c0200。
15.作为本发明优选的技术方案，所述pan基碳纤维布的厚度为0.125-0.25mm，例如可以是0.125mm、0.14mm、0.15mm、0.17mm、0.2mm、0.23mm或0.25mm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
16.优选地，所述pan基碳纤维布为五边形，一端宽度为36-41mm，例如可以是36mm、37mm、38mm、39mm、40mm或41mm等，另一端宽度为80-85mm，例如可以是80mm、81mm、82mm、83mm、84mm或85mm等，长度为1800-1810mm，例如可以是1800mm、1802mm、1804mm、1806mm、1808mm或1810mm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
17.本发明中，由类似直角梯形的三条直边及其斜边对应着两条边，形成所述五边形。
18.优选地，所述沥青基碳纤维布的厚度为0.29-0.3mm，例如可以是0.29mm、0.292mm、0.294mm、0.296mm、0.298mm或0.3mm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为0.292mm。
19.优选地，所述沥青基碳纤维布为五边形，一端宽度为40-42mm，例如可以是40mm、40.4mm、40.8mm、41mm、41.4mm、41.8mm或42mm等，另一端宽度为85-86mm，例如可以是85mm、85.2mm、85.4mm、85.6mm、85.8mm或86mm等，长度为1800-1810mm，例如可以是1800mm、1802mm、1804mm、1806mm、1808mm或1810mm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
20.优选地，所述gf100的厚度为0.05-0.15mm，例如可以是0.05mm、0.07mm、0.09mm、0.1mm、0.13mm或0.15mm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为0.1mm。
21.优选地，所述gf100为五边形，一端宽度为36-44mm，例如可以是36mm、37mm、38mm、39mm、40mm、41mm、42mm、43mm或44mm等，另一端宽度为80-88mm，例如可以是80mm、82mm、84mm、86mm或88mm等，长度为1800-1810mm，例如可以是1800mm、1802mm、1804mm、1806mm、1808mm或1810mm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
22.优选地，所述c0200的厚度为0.01-0.03mm，例如可以是0.05mm、0.07mm、0.09mm、0.1mm、0.13mm或0.15mm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为0.02mm。
23.优选地，所述c0200为长方形，宽度为38-83mm，例如可以是38mm、40mm、45mm、50mm、55mm、60mm、65mm、70mm、80mm或83mm等，长度为100-200mm，例如可以是100mm、120mm、140mm、160mm、180mm或200mm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
24.本发明优选为8层纤维布，按照先后顺序依次为：gf100、pan250、c0200、pan250、gf100、pan125、pitch34和gf100。
25.作为本发明优选的技术方案，所述纤维组合层包括1-3层纤维布。
26.作为本发明优选的技术方案，所述预备叠层包括：先将每组所述纤维布进行叠覆，后经熨烫得到所述纤维组合层。
27.作为本发明优选的技术方案，所述叠覆将每组相邻两块纤维布之间对应长边位置预留间隔。
28.优选地，所述间隔的宽度为4-6mm，例如可以是4mm、4.4mm、4.8mm、5mm、5.4mm、5.8mm或6mm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为5mm。
29.优选地，所述熨烫的温度为50-60℃，例如可以是50℃、52℃、54℃、56℃、58℃或60℃等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
30.作为本发明优选的技术方案，一端所述直管的直径为10-12mm，例如可以是10mm、10.4mm、10.8mm、11mm、11.4mm、11.8mm或12mm等，长度为25-28mm，例如25mm、25.5mm、26mm、26.5mm、27mm、27.5mm或28mm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
31.优选地，另一端所述直管的直径为24-26mm，例如可以是24mm、24.4mm、24.8mm、25mm、25.4mm、25.8mm或26mm等，长度为950-1050mm，例如950mm、960mm、980mm、1000mm、1020mm、1040mm或1050mm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
32.优选地，所述圆台形管的长度为950-1000mm，例如可以是950mm、960mm、970mm、980mm、990mm或1000mm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
33.作为本发明优选的技术方案，直径为10-12mm的一端所述直管垫上硅胶垫。
34.本发明在碳纤维管模芯的先端垫上硅胶垫，能够保证纤维组合层卷实，避免残留空气造成产品不良。
35.优选地，所述硅胶垫的结构为一端为直管，另一端为圆锥形管。
36.优选地，所述直管的直径为6-8mm，例如可以是6mm、6.4mm、6.8mm、7mm、7.4mm、7.8mm或8mm等，长度为25-28mm，例如可以是25mm、25.5mm、26mm、26.5mm、27mm、27.5mm或28mm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
37.优选地，所述圆锥形管的长度为900-950mm，例如可以是900mm、910mm、920mm、930mm、940mm或950mm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。
38.作为本发明优选的技术方案，所述卷覆包括：采用熨斗将所述间隔与对应的卷覆起始线进行熨烫处理。
39.作为本发明优选的技术方案，相邻两组所述纤维组合层对应的卷覆起始线之间的夹角为90-180度，例如90度、100度、110度、120度、130度、140度、150度、160度、170度或180度等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
40.本发明中，将卷管后的模芯按照现有技术依次进行固化成型、脱去模芯，即可得到圆度达标且厚度尺寸均匀的直柱组合碳纤维管。
41.本发明中，脱去模芯后的所述直柱组合碳纤维管的厚度为1.1-1.2mm。
42.本发明所述的数值范围不仅包括上述列举的点值，还包括没有列举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
43.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
44.本发明提供的纤维布卷管方法先将纤维布经过预备叠层得到3-5组纤维组合层，然后将模芯先端垫上硅胶垫，之后将纤维组合层依次卷覆在碳纤维管模芯上，同时结合每层纤维布的尺寸与厚度参数及组合顺序；可以保证卷管各处纤维布厚度均匀一致，使得后续得到的直柱组合碳纤维管的圆度达标、质量稳定，提高了生产效率，有利于工业化生产。
附图说明
45.图1为本发明实施例1采用的碳纤维管模芯的剖面示意图；
46.图2为本发明实施例1采用的第一层纤维布的形状尺寸示意图；
47.图3为本发明实施例1采用的第二层纤维布的形状尺寸示意图；
48.图4为本发明实施例1采用的第三层纤维布的形状尺寸示意图；
49.图5为本发明实施例1采用的第四层纤维布的形状尺寸示意图；
50.图6为本发明实施例1采用的第五层纤维布的形状尺寸示意图；
51.图7为本发明实施例1采用的第六层纤维布的形状尺寸示意图；
52.图8为本发明实施例1采用的第七层纤维布的形状尺寸示意图；
53.图9为本发明实施例1采用的第八层纤维布的形状尺寸示意图；
54.图10为本发明实施例1采用的硅胶垫的剖面示意图；
55.图11为本发明实施例1所述4组纤维组合层对应的卷覆起始线位置示意图；
56.其中，1-直管；2-圆台形管，3-直管。
具体实施方式
57.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
58.本发明实施例和对比例中碳纤维管模芯的材质为铁芯。
59.实施例1
60.本实施例提供了一种直柱组合碳纤维管的纤维布卷管方法，碳纤维管模芯的结构为两端为直管、中间为圆台形管；其结构示意图如图1所示；一端所述直管3的直径为24.92mm，长度为1000mm；另一端所述直管1的直径为10.92mm，长度为26mm；所述圆台形管2的长度为964mm；
61.所述纤维布为8层，具体内容如下：
62.第一层为型号为gf100的玻璃纤维布，厚度为0.1mm，taw为166g/m2，面积为0.1216m2，重量为20.19g，其形状尺寸图示意图如图2所示；一端宽度(b1)为36.3mm，另一端宽度(c1)为80.3mm，长度(a)为1805mm；
63.第二层为型号为pan250的pan基碳纤维布，厚度为0.25mm，taw为373g/m2，面积为0.1226m2，重量为45.73g，其形状尺寸图示意图如图3所示；一端宽度(b2)为36.9mm，另一端宽度(c2)为80.9mm，长度(a)为1805mm；
64.第三层为型号为c0200的玻璃纤维布，厚度为0.02mm，taw为36g/m2，面积为0.0187m2，重量为0.67g，其形状尺寸图示意图如图4所示；其中一个宽度为38.5mm，长度为100mm；另一个宽度为82.5mm，长度为200mm；
65.第四层为型号为pan250的pan基碳纤维布，厚度为0.25mm，taw为373g/m2，面积为0.1257m2，重量为46.89g，其形状尺寸图示意图如图5所示；一端宽度(b4)为38.6mm，另一端宽度(c4)为82.6mm，长度(a)为1805mm；
66.第五层为型号为gf100的玻璃纤维布，厚度为0.1mm，taw为166g/m2，面积为0.1285m2，重量为21.33g，其形状尺寸图示意图如图6所示；一端宽度(b5)为40.2mm，另一端宽度(c5)为84.2mm，长度(a)为1805mm；
67.第六层为型号为pan125的pan基碳纤维布，厚度为0.125mm，taw为188g/m2，面积为0.1296m2，重量为24.36g，其形状尺寸图示意图如图7所示；一端宽度(b6)为40.8mm，另一端宽度(c5)为84.8mm，长度(a)为1805mm；
68.第七层为型号为pitch34的沥青基碳纤维布，厚度为0.292mm，taw为500g/m2，面积为0.131m2，重量为65.50g，其形状尺寸图示意图如图8所示；一端宽度(b7)为41.6mm，另一端宽度(c7)为85.6mm，长度(a)为1805mm；
69.第八层为型号为gf100的玻璃纤维布，厚度为0.1mm，taw为166g/m2，面积为0.1337m2，重量为22.19g，其形状尺寸图示意图如图9所示；一端宽度(b8)为43.2mm，另一端宽度(c8)为87.1mm，长度(a)为1805mm；
70.其中，第一层和第二层为第1组，将两层纤维布按照第一层在下，第二层在上的位置关系进行叠覆，在长度为1805mm的长边位置预留宽度为5mm的间隔，后采用55℃的熨斗进行熨平烫实，得到第1组纤维组合层；
71.第三层至第五层为第2组，将三层纤维布按照第四层在下，第五层在上的位置关系进行叠覆，且第三层位于第四层的两端，在长度为1805mm的长边位置预留宽度为5mm的间隔，后采用55℃的熨斗进行熨平烫实，得到第2组纤维组合层；
72.第六层和第七层为第3组，将两层纤维布按照第六层在下，第七层在上的位置关系进行叠覆，在长度为1805mm的长边位置预留宽度为5mm的间隔，后采用55℃的熨斗进行熨平烫实，得到第3组纤维组合层；
73.第八层单独为第4组纤维层；
74.将碳纤维管模芯的直径为10.92mm的直管一端垫上硅胶垫，然后将上述4组所述纤维组合层依次卷覆在涂有离型剂的碳纤维管模芯上，以第1组纤维组合层为例，采用熨斗将第1组纤维组合层的间隔与碳纤维管模芯的第1组卷覆起始线进行熨平烫实处理，采用卷布机将第1组纤维组合层卷覆在碳纤维管模芯上；如图11所示，第1组纤维组合层对应的第1组卷覆起始线与第2组纤维组合层对应的第2组卷覆起始线之间的夹角为180度，第2组纤维组合层对应的第2组卷覆起始线与第3组纤维组合层对应的第3组卷覆起始线之间的夹角为90度，第3组纤维组合层对应的第3组卷覆起始线与第4组纤维组合层对应的第4组卷覆起始线之间的夹角为180度；同时，4组所述纤维组合层依次卷覆的方向相同，例如同为顺时针或者同为逆时针；
75.所述硅胶垫的结构为一端为直管，另一端为圆锥形管；其结构示意图如图10所示；所述直管的直径为7mm，长度为26mm；所述圆锥形管的长度为910mm。
76.采用本实施例所述纤维布卷管方法，将8层纤维布全部卷覆在涂有离型剂的碳纤维管模芯上，然后按照现有技术依次进行固化成型、脱去模芯，即可得到圆度达标、厚度尺寸均匀、厚度为1.1mm的直柱组合碳纤维管。
77.实施例2
78.本实施例提供了一种直柱组合碳纤维管的纤维布卷管方法，所述纤维布为8层，除了将4组纤维组合层调整为5组纤维组合层，其他条件均与实施例1相同；
79.将第三层和第四层为第2组，第三层位于第四层的两端，在长度为1805mm的长边位置预留宽度为5mm的间隔，后采用55℃的熨斗进行熨平烫实，得到第2组纤维组合层；
80.第五层单独为第3组；
81.将碳纤维管模芯的直径为10.92mm的直管一端垫上硅胶垫，然后将上述5组所述纤维组合层依次卷覆在涂有离型剂的碳纤维管模芯上，以第1组纤维组合层为例，采用熨斗将第1组纤维组合层的间隔与碳纤维管模芯的第1组卷覆起始线进行熨平烫实处理，采用卷布机将第1组纤维组合层卷覆在碳纤维管模芯上；第1组纤维组合层对应的第1组卷覆起始线与第2组纤维组合层对应的第2组卷覆起始线之间的夹角为72度，第2组纤维组合层对应的第2组卷覆起始线与第3组纤维组合层对应的第3组卷覆起始线之间的夹角为90度，第3组纤维组合层对应的第3组卷覆起始线与第4组纤维组合层对应的第4组卷覆起始线之间的夹角为40度；第4组纤维组合层对应的第4组卷覆起始线与第5组纤维组合层对应的第5组卷覆起始线之间的夹角为90度；同时，5组所述纤维组合层依次卷覆的方向相同，例如同为顺时针或者同为逆时针。
82.采用本实施例所述纤维布卷管方法，将8层纤维布全部卷覆在涂有离型剂的碳纤维管铁芯上，然后按照现有技术依次进行固化成型、脱去模芯，得到的直柱组合碳纤维管的质量不稳定，易出现圆度不达标的现象。
83.实施例3
84.本实施例提供了一种直柱组合碳纤维管的纤维布卷管方法，所述纤维布为8层，除了将4组纤维组合层调整为3组纤维组合层，其他条件均与实施例1相同；
85.将第六层和第八层为第3组，将三层纤维布按照第六层在下，第七层在中间，第八层在上的位置关系进行叠覆，在长度为1805mm的长边位置预留宽度为5mm的间隔，后采用55℃的熨斗进行熨平烫实，得到第3组纤维组合层；
86.将碳纤维管模芯的直径为10.92mm的直管一端垫上硅胶垫，然后将上述3组所述纤维组合层依次卷覆在涂有离型剂的碳纤维管模芯上，以第1组纤维组合层为例，采用熨斗将第1组纤维组合层的间隔与碳纤维管模芯的第1组卷覆起始线进行熨平烫实处理，采用卷布机将第1组纤维组合层卷覆在碳纤维管模芯上；第1组纤维组合层对应的第1组卷覆起始线与第2组纤维组合层对应的第2组卷覆起始线之间的夹角为120度，第2组纤维组合层对应的第2组卷覆起始线与第3组纤维组合层对应的第3组卷覆起始线之间的夹角为120度；同时，3组所述纤维组合层依次卷覆的方向相同，例如同为顺时针或者同为逆时针。
87.采用本实施例所述纤维布卷管方法，将8层纤维布全部卷覆在涂有离型剂的碳纤维管铁芯上，然后按照现有技术依次进行固化成型、脱去模芯，得到的直柱组合碳纤维管的质量不稳定，易出现圆度不达标的现象。
88.实施例4
89.本实施例提供了一种直柱组合碳纤维管的纤维布卷管方法，除了第三层以外，其他各层均采用型号为pan250的pan基碳纤维布，其他条件均与实施例1相同。
90.采用本实施例所述纤维布卷管方法，将8层纤维布全部卷覆在涂有离型剂的碳纤维管铁芯上，然后按照现有技术依次进行固化成型、脱去模芯，得到的直柱组合碳纤维管的质量不稳定，易出现圆度不达标的现象。
91.对比例1
92.本对比例提供了一种直柱组合碳纤维管的纤维布卷管方法，除了碳纤维管模芯的直径为10.92mm的直管未垫硅胶垫以外，其他条件均与实施例1相同。
93.采用本对比例所述纤维布卷管方法，将8层纤维布全部卷覆在涂有离型剂的碳纤维管铁芯上，然后按照现有技术依次进行固化成型、脱去模芯，得到的直柱组合碳纤维管的质量不稳定，易出现厚度不均匀的问题。
94.对比例2
95.本对比例提供了一种直柱组合碳纤维管的纤维布卷管方法，将8层纤维布一层层地卷覆在涂有离型剂的碳纤维管铁芯上。
96.采用本对比例所述纤维布卷管方法，将8层纤维布全部卷覆在涂有离型剂的碳纤维管铁芯上，然后按照现有技术依次进行固化成型、脱去模芯，得到的直柱组合碳纤维管的质量不稳定，易出现圆度不达标、厚度不均匀等问题。
97.申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
98.以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
99.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
100.此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。