一种恒温伴热碳纤维连续抽油杆及制备装置和制备方法与流程

文档序号:12426488阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种恒温伴热碳纤维连续抽油杆,包括碳纤维芯体(28),其特征在于:所述的碳纤维芯体(28)的中央设置有电热带A(40),构成碳纤维芯体(28)的碳纤维包覆在电热带A(40)的周围,碳纤维芯体(28)外依次螺旋缠绕有电热带B(45)、缠绕玻璃纤维层A(29)和缠绕玻璃纤维层B(34),缠绕玻璃纤维层B(34)外包覆有纵向玻璃纤维层(30),纵向玻璃纤维层(30)外壁涂覆有环氧树脂层(31),碳纤维芯体(28)由150根/12K-242根/12K,碳纤维通过环氧树脂粘结的碳纤维束构成,缠绕玻璃纤维层A(29)和缠绕玻璃纤维层B(34)两层缠绕玻璃纤维的缠绕螺旋角均为45°,缠绕方向相反,缠绕玻璃纤维层A(29)和缠绕玻璃纤维层B(34)由环氧树脂粘结在碳纤维芯体(28)上,纵向玻璃纤维层(30)的玻璃纤维与碳纤维芯体(28)平行设置,纵向玻璃纤维层(30)由环氧树脂粘结在缠绕玻璃纤维层B(34)外壁,抽油杆的两个端头连接有抽油杆接头。

2.根据权利要求1所述的一种恒温伴热碳纤维连续抽油杆,其特征在于:碳纤维拉伸强度4950Mpa以上,碳纤维芯体(28)直径为11-14mm,缠绕玻璃纤维层A(29)和缠绕玻璃纤维层B(34)两层的缠绕厚度为0.4-0.6mm,纵向玻璃纤维层(30)由42根/2400tex-106根/2400tex的玻璃纤维组成,所述的缠绕玻璃纤维层A(29)、缠绕玻璃纤维层B(34)及纵向玻璃纤维层(30)中的玻璃纤维采用S级无碱玻璃纤维,玻璃纤维强度2500Mpa以上,线密度2400±5%TEX,拉伸弹性模量88Gpa以上,含水率0.1%以下,所述的环氧树脂耐温200℃,环氧树脂拉伸强度60-85Mpa,拉伸模量2.5-3.0Gpa,伸长率3.5-5.0%,弯曲强度100-135Mpa,弯曲模量2.5-3.5Gpa,环氧树脂耐温200℃,抽油杆的外侧还设有聚乙烯层和石墨烯层(33)。

3.根据权利要求1所述的一种恒温伴热碳纤维连续抽油杆,其特征在于:所述的电热带A(40)的结构包括三根截面积相同的铜绞线(44),每根铜绞线(44)的外侧均设置有铜绞线绝缘层(43),三根铜绞线(44)的周围包覆有塑料防护层(41),塑料防护层(41)与铜绞线绝缘层(43)之间的空间内设置有塑料填充层(42),塑料填充层(42)的横截面的外轮廓为圆形。

4.根据权利要求1所述的一种恒温伴热碳纤维连续抽油杆,其特征在于:所述的抽油杆接头主要由锥套(37)、外套管(36)和连接头(38)组成,外套管(36)与连接头(38)之间通过螺纹连接,连接头(38)将锥套(37)封装在外套管(36)内,锥套(37)与外套管(36)的接触面为圆锥面,所述的锥套(37)的两端各加工有一个切口(39),切口(39)沿轴线方向切入,两个切口(39)所在的平面相互垂直,切口(39)的长度占锥套(39)总长度的百分比为85%-90%,抽油杆接头与抽油杆杆体的连接处能承受的拉力达到698KN,剪切强度达到92MPa,拉伸弹性模量150Gpa以上。

5.一种恒温伴热碳纤维连续抽油杆的制备装置,其特征在于:包括纱架(1)、树脂槽(4)、缠绕机A(5)、缠绕机B(6)、拉挤模具(7)、烘干装置A(8)、长度计量装置(15)、牵引机(12)和卷盘(13),所述的树脂槽(4)、缠绕机A(5)和缠绕机B(6)设置在无尘恒温室(17)内,所述的纱架(1)上放置有卷轴(2),碳纤维原料和玻璃纤维原料均为缠绕在卷轴(2)上的线状结构,从纱架(1)上的卷轴(2)上引出的碳纤维(3)依次通过树脂槽(4)、缠绕机A(5)、缠绕机B(6)、拉挤模具(7)、烘干装置A(8)和长度计量装置(15)制成抽油杆成品(14),抽油杆成品(14)通过牵引机(12)后缠绕在卷盘(13)上;

所述的树脂槽(4)的两端分别设置有扶线板A(24)和扶线板B(35),两块扶线板上均设置有扶线孔阵列,碳纤维(3)或玻璃纤维(26)从扶线板A(24)穿入后从扶线板B(35)穿出且分层排列,树脂槽(4)包括树脂滴管(25)、加热水套(18)和回收槽(19),树脂滴管(25)设置在每一层碳纤维(3)的上方,加热水套(18)通过热水或热油的循环实现其加热功能,,所述的树脂槽(4)内的各树脂滴管(25)上下错位分布;

所述的缠绕机A(5)和缠绕机B(6)的结构相同,均包括一个安装在空心轴上的、由电机驱动的转盘(20),两个转盘(20)的来料一侧均设置有预成型模具(22),缠绕机A(5)的进料处设置有用于将各股碳纤维(3)均匀分布在圆形面上的圆形布线盘(23),缠绕机B(6)的进口处设置有一个脱模剂加注装置(16),每个缠绕机的转盘(20)的侧面的边缘至少对称设置有两个缠绕有玻璃纤维(3)的卷轴(2),每个卷轴(2)的内侧对应设置有一个扶线针(21),卷轴(2)上的玻璃纤维(26)穿过扶线针后缠绕在碳纤维芯体(28)上,形成缠绕玻璃纤维层A(29)和缠绕玻璃纤维层B;

所述的树脂槽(4)、缠绕机A(5)和缠绕机B(6)均设置在无尘恒温室(17)内;

所述的无尘恒温室(17)与拉挤模具(7)之间也设置有圆形布线盘(23),所述的碳纤维束从该圆形布线盘(23)中央的通孔穿过,从纱架(1)上的卷轴(2)上引出的玻璃纤维(26)经由设置在无尘恒温室(17)内的另一树脂槽(4)后,在该圆形布线盘(23)的作用下均匀分布在碳纤维束的周围,该圆形布线盘(23)的进料一侧也设置有一个脱模剂加注装置(16);

所述的拉挤模具(7)为长条状结构,拉挤模具(7)的外侧延长度方向套有三个模具加热装置(27);

所述的烘干装置A(8)为带有上盖的箱体式结构,通过打开上盖可将抽油杆半成品含于箱体内,以实现环绕加热烘干;

所述的卷盘(13)安装在电驱动的卷盘支架上。

6.根据权利要求5所述的一种恒温伴热碳纤维连续抽油杆的制备装置,其特征在于:还包括挤塑机(9)、雾化室(10)和烘干装置B(11),挤塑机(9)、雾化室(10)和烘干装置B(11)设置在烘干装置A(8)和牵引机(12)之间,抽油杆半成品从烘干装置A(8)出来后,先后通过挤塑机(9)、雾化室(10)和烘干装置B(11),然后进入牵引机(12),烘干装置B(11)与烘干装置A(8)的结构相同。

7.根据权利要求5所述的一种恒温伴热碳纤维连续抽油杆的制备装置,其特征在于:所述的卷盘(13)的直径大于3米,卷盘(13)与卷盘支架之间为可拆卸连接。

8.一种恒温伴热碳纤维连续抽油杆的制备方法,其特征在于:包括:

步骤一,将纱架(1)上的电热带A(40)、碳纤维(3)和玻璃纤维(26)引入无尘恒温室(17)内,并使碳纤维(3)和玻璃纤维(26)各自经由一个树脂槽(4),在此过程中,通过树脂槽(4)上的树脂滴管(25)向碳纤维(3)和玻璃纤维(26)上滴洒树脂;

步骤二,通过扶线板(24)和圆形布线盘(23)将涂有树脂的碳纤维(3)聚拢排布在电热带A(40)周围后,在预成型模具(22)的聚拢挤压作用下初步形成碳纤维芯体(28),碳纤维芯体(28)再经由缠绕机A(5)和缠绕机B(6),缠绕机A(5)和缠绕机B(6)先后将两层缠绕玻璃纤维缠绕在碳纤维芯体(28)上,形成缠绕玻璃纤维层A(29)和缠绕玻璃纤维层B(34),然后将抽油杆半成品引出无尘恒温室(17),缠绕机A(5)和缠绕机B(6)上的转盘(20)的转动方向相反,缠绕的螺旋角通过调整扶线针(21)与碳纤维之间的相对位置进行控制;与此同时,将涂有树脂的玻璃纤维(26)引出无尘恒温室(17);

步骤三,通过圆形布线盘(23)将上一步骤中涂有树脂的玻璃纤维(26)均匀环绕在抽油杆半成品周围,并与抽油杆半成品一同穿过拉挤模具(7),以使得碳纤维(3)和玻璃纤维(26)被充分压紧,并形成纵向玻璃纤维层(30),在此过程中,通过拉挤模具(7)外侧套装的模具加热装置(27)进行加热,以使树脂析出固化,三个模具加热装置(27)的加热温度按照产品行进方向依次为160℃,180℃,190℃;

步骤四,将抽油杆半成品继续引入烘干装置A(8)进行烘干,以使树脂进一步脱水干燥;

步骤五,将抽油杆半成品继续引入挤塑机(9),以形成聚乙烯层(32);

步骤六,将抽油杆半成品继续引入雾化室(10),在雾化室(10)中通过雾化喷涂的方式向抽油杆半成品的表面喷涂石墨烯,然后在喷涂后通过烘干装置B(11)进行烘干,形成抽油杆成品(14)。

9.根据权利要求8所述的恒温伴热碳纤维连续抽油杆的制备方法,其特征在于:碳纤维芯体(28)的端部穿过拉挤模具(7)后,将该端部与一条扁带连接,通过牵引机(12)牵引扁带来提供产品行进的动力;碳纤维芯体(28)的端部到达牵引机(12)后,牵引机(12)直接牵引抽油杆成品(14),以实现连续生产,连续生产中牵引机12的拉挤速度为0.25-0.45m/min。

10.根据权利要求8所述的恒温伴热碳纤维连续抽油杆的制备方法,其特征在于:所述的碳纤维(3)或玻璃纤维(26)穿过扶线板A(24)和扶线板B(35)之后和穿过之前相比,碳纤维(3)或玻璃纤维(26)呈逐渐聚拢的状态。

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