专利名称：一种纤维增强拉挤杆及其制备方法与应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种拉挤杆及其制备方法与应用，具体讲是一种纤维增强拉挤杆及其制备方法以及用该方法制备的纤维增强拉挤杆加工成的一种便于携带、轻质且适宜于野外露营用的组装式帐篷支架。
背景技术：
现有的纤维增强拉挤杆通常是以单一纤维作为增强材料，如用玻璃纤维作增强材料，其柔韧有余，但刚性不够，当用该拉挤杆加工而成的纤维增强帐篷支架在野外遇见恶劣气候的情况下，无法保证帐篷的支撑稳定性；若使用碳纤维作增强材料，其成本高不经济，还会出现易老化，脆性高易发生断裂等问题，限制了其使用范围。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种轻质高强、便于携带、使用方便的拉挤杆及其制备方法与用该拉挤杆制成的帐蓬支架。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案一种纤维增强拉挤杆，其特征在于它基本上由经过不同浸渍材料浸渍的增强材料复合而成，所述增强材料为碳纤维与玻璃纤维，其中碳纤维与玻璃纤维的重量份数比为0.6-2.0∶15-18；所述浸渍材料分别为碳纤维浸渍胶液与玻璃纤维浸渍胶液。
上述的玻璃纤维为中碱无捻玻璃纤维或无碱无捻连续玻璃粗纱中一种。
上述的碳纤维浸渍胶液由乙烯基酯树脂、偶联剂、内脱模剂、过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酰与过氧化苯甲酸叔丁酯混合而成；其中，取100份所述乙烯基酯树脂，再加入其它各组份的重量份数为偶联剂0.5-2.0份，内脱模剂0.4-1.0份，过氧化甲乙酮0.2-0.8份，过氧化苯甲酰0.6-1.6份与过氧化苯甲酸叔丁酯1.0-1.6份。
上述的玻璃纤维浸渍胶液由不饱和聚酯树脂、相分散剂、润湿分散剂、偶联剂、硬酯酸锌、内脱模剂、过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、填料与色浆混合而成；其中，取100份所述不饱和聚酯树脂，再加入其它各组份的重量份数为相分散剂0.1-1.0份，润湿分散剂0.1-1.0份，偶联剂0.5-2.0份，硬酯酸锌0.1-1.0份，内脱模剂0.4-1.0份，过氧化甲乙酮0.2-0.8份，过氧化苯甲酰0.6-1.6份，过氧化苯甲酸叔丁酯1.0-1.6份，填料6-5份与色浆1-4份。
为了实现上述目的，本发明同时公开了上述纤维增强拉挤杆的制备方法，它包括利用设有牵引装置的预成型拉挤机的成型步骤，该预成型拉挤机包括依次设置的分纱板、预成型模板与模具；其特点为具体操作步骤如下，1)所述碳纤维与所述玻璃纤维经同一所述分纱板不同过纱孔分别在其各自的所述牵引装置作用下，进行浸胶处理；其牵引速度为0.3-0.42m/min；2)经步骤1)浸胶后的碳纤维与玻璃纤维按所述重量份数比通入所述预成型模板中的导纱孔进入所述模具，在该预成型模板与该模具间设的芯棒表层层叠排布且混杂成型为一圆柱形拉挤杆；3)将步骤2)预成型的圆柱形拉挤杆随芯棒送入所述模具内加温固化；该模具外壁四周帖设有加热板，模具内设置有热电耦，将其模腔内分段为加温固化区，其固化温度为140-185℃；所述芯棒终端位于该模具进口端3/4处，所述圆柱形拉挤杆经分段加温固化且脱离芯棒成型为空心拉挤杆。
上述的分段加温分设为前区与后区，所述热电耦至少设二个，分别位于其前区与后区，所述前区热电耦设于距所述模具进口1/3处，所述后区热电耦设于距所述模具进口2/3处。
上述的前区温度为140-150℃；所述后区温度为170-185℃。
为了实现本发明的第三个目的，本发明还公开了用上述成型的纤维增强拉挤杆制成的帐蓬支架，其特点为将所述固化成型的纤维增强拉挤杆定长切割，其切割后的断头经界面处理后，安装护套与管头。
上述的纤维增强拉挤杆断头与护套、断头与管头之间涂覆有粘结剂，经固化成型。
上述的粘结剂选用聚氨树脂，可在室温或自然条件下固化成型，其固化时间不能低于12小时。
本发明采用上述技术方案，其有益效果如下1、采用玻璃纤维与碳纤维单独浸胶、以不同比例混杂缠绕为一体，以及预成型模板成型且经模具的固化处理等方式制备成型的纤维增强拉挤杆，较传统的同类产品在制造方法和性能上有很大突破，成型的纤维增强拉挤杆即保证了玻璃纤维具有良好的弯曲性能及柔韧度，又具有相当的刚性，其与单一纤维制成的帐蓬支架相比刚性超过一倍。
2、针对碳纤维与玻璃纤维的不同特点，对两个胶槽内的配方相应进行了调整，选择粘度不同的树脂作为基体树脂再与其它材料混合成胶液；玻璃纤维易被浸渍，因而，在其浸渍胶液中加入填料，增加了胶液粘度；而碳纤维因其具有隋性表面，不易浸渍，故而在其胶槽内只加入必要的固化剂和偶联剂，不加填料，以增加碳纤维的浸渍速度，使其碳纤维得到更充分的浸透，大大提高了界面粘结性能；经上述胶液浸渍的玻璃纤维与碳纤维，改变了现有技术中的纤维增强拉挤杆强度低，耐用性能不好等缺陷。
3、该纤维增强拉挤杆的制备方法中采用特制的预成型模板，其预成型模板上的导纱孔通过限位设定，碳纤维与玻璃纤维分开进入不同的导纱孔，避免了采用常规方法时，易发生两种不同纤维均经同一浸胶槽后，再经过相互撕扯进入预成型模板的导纱孔，导致其纤维起毛或因受阻而被磨断，有效保证其产品质量的稳定性，提高其生产效率。
4、由于采用了偶联剂进行处理，使杆体的弯曲韧性得到进一步提高，能够满足野外使用的需要；5、用本发明方法制备的纤维增强拉挤杆加工成的帐蓬支架，其结构简单，刚性强，质量轻，体积小，易于拆卸组装，便于携带。
图1为本发明纤维增强拉挤杆截面纤维分布示意2为本发明纤维增强拉挤杆预成型工艺流程示意3-1为本发明预成型模板导纱孔分布结构示意3-2为图3-1的侧视图具体实施方式
如图1、图2、图3-1、图3-2所示，本发明的纤维增强拉挤杆的成型包括利用常规的拉挤机拉挤方式，首先在拉挤机纱轴上分别套入玻璃纤维A与碳纤维B，通过其拉挤机上设置的牵引装置分别牵引，通过过纱板1上分别设置的过纱孔，进入各自的浸胶槽，其浸胶槽内装有不同配方的浸渍胶液。
碳纤维A落入装有碳纤维浸渍胶液的浸胶槽内，该碳纤维浸渍胶液配方为取100份乙烯基酯树脂，再加入其它各组份的重量份数为偶联剂0.5-2.0份，内脱模剂0.4-1.0份，过氧化甲乙酮0.2-0.8份，过氧化苯甲酰0.6-1.6份与过氧化苯甲酸叔丁酯1.0-1.6份。
玻璃纤维B落入装有玻璃纤维浸渍胶液的浸胶槽内，玻璃纤维采用中碱无捻玻璃纤维或无碱无捻连续玻璃粗砂中一种，玻璃纤维浸渍胶液的配方为取不饱和聚酯树脂100份，再加入其它各组份的重量份数为相分散剂0.1-1.0份，润湿分散剂0.1-1.0份，偶联剂0.5-2.0份，硬酯酸锌0.1-1.0份，内脱模剂0.4-1.0份，过氧化甲乙酮0.2-0.8份，过氧化苯甲酰0.6-1.6份，过氧化苯甲酸叔丁酯1.0-1.6份，填料6-5份与色浆1-4份。
由增强材料、基体材料与浸渍材料复合而成，该增强材料为经过浸渍材料浸渍的碳纤维A与玻璃纤维B的混绕组合，经过预成型模板1特殊的导纱孔，芯棒为基体材料C，其由不饱和聚酯树脂或乙烯基酯树脂组成；碳纤维A与玻璃纤维B的重量份数比为0.6-2.0∶15-18，其中玻璃纤维采用中碱无捻玻璃纤维或无碱无捻连续玻璃粗砂中一种。上述的浸渍材料为两种配方的胶液，一种胶液为碳纤维浸渍胶液，另一种为玻璃纤维浸渍胶液；其中，碳纤维浸渍胶液的配方为取100份乙烯基酯树脂，再加入其它各组份的重量份数为偶联剂0.5-2.0份，内脱模剂0.4-1.0份，过氧化甲乙酮0.2-0.8份，过氧化苯甲酰0.6-1.6份与过氧化苯甲酸叔丁酯1.0-1.6份。
上述纤维增强拉挤杆的预成型工艺流程如图2所示，利用传统的设有牵引装置的预成型拉挤机，该预成型拉挤机包括依次设置的分纱板1、预成型模板2与模具3，在分纱板1与预成型模板2之间放置有二个对应于两股纱线位置的浸渍槽，分纱板1上分设有两个过纱孔，预成型模板2中心处设置有一芯棒6如图3-1所示，围绕芯棒6等距均布一圈玻璃纤维导纱孔22，玻璃纤维导纱孔22可根据玻璃纤维加入量分设有若干个；该芯棒6的另一端穿入模具3且位于模具3进口端的3/4处(图中未示)；在玻璃纤维导纱孔22与芯棒6之间设置有碳纤维导纱孔21，碳纤维导纱孔21分设有三个，与玻璃纤维导纱孔22同心且均匀分布；预成型模板2上的玻璃纤维导纱孔22与碳纤维导纱孔21的设计如图3-1与图3-2所示，碳纤维导纱孔21与玻璃纤维导纱孔22在该预成型模板2的厚度方向设置为斜向通道，由周边向中心倾斜，其与芯棒6的角度为30°，经过预成型模板2的玻璃纤维A与碳纤维B采用迭落的间混方式在芯棒6表面层铺形成一圆柱形拉挤杆C，该圆柱形拉挤杆C沿芯棒6进入模具3内高温固化，当圆柱形拉挤杆C行至芯棒6位于模具3进口端的3/4时的端口处，其圆柱形拉挤杆C固化成型且自然脱离芯棒6，成型为一中空的纤维增强拉挤杆。
该模具3内设置有多块加热板与热电耦，加热板可以根据需要设置成任意形状，均布于该模具模腔内壁四周任意位置；沿该模具3的模腔长度分设为固化前区与固化后区，其固化前区位于该模具进口端1/3处，温度设为140-150℃，固化后区位于该模具进口端2/3处，后区温度设为150-185℃；二个热电偶分别装设于固化前区与固化后区，热电偶的作用是控制该模具3的模腔温度，用以对成型的拉挤杆进行固化处理。
其预成型工艺流程由如下步骤实现，步骤1)将上述的碳纤维A与玻璃纤维B通过各自的牵引装置将其引入过纱板1，其牵引速度为0.3-0.42m/min；通过过纱板1的过纱孔后分别浸渍于所对应的浸渍槽内，碳纤维A经装有碳纤维浸渍胶液的浸渍槽4，玻璃纤维B对应于装有玻璃纤维浸渍胶液的浸渍槽5；步骤2)将经过步骤1)浸胶处理的碳纤维A与玻璃纤维B以0.6-2.0∶15-18的重量份数比例引入预成型模板2，经过特定的导纱孔，玻璃纤维B使用中碱无捻玻璃纤维或无碱无捻连续玻璃粗纱，经玻璃纤维浸渍胶液浸渍后，再分散以均布的方式穿入预成型模板2的玻璃纤维导纱孔22；碳纤维A经碳纤维浸渍胶液浸渍后，分散为三根，穿入预成型模板2的碳纤维导纱孔21，玻璃纤维B与碳纤维A在芯棒6上以层铺重叠的排布方式，混杂成型为一圆柱形拉挤杆C；步骤3)将步骤2)成型的圆柱形拉挤杆C引入模具3内，经高温固化后自然脱离芯棒6，成型为一中空的纤维增强拉挤杆。
利用上述成型的纤维增强拉挤杆加工帐蓬支架，其步骤1)将纤维增强拉挤杆经过拉挤机上定长切断装置切割成所需长度的杆；步骤2)将切割口进行倒角处理，即用砂轮片将切割口一端的棱角磨去，形成圆滑过渡；步骤3)对倒角后的部位进行清洗，一般用自来水冲洗即可；然后将其晾干；步骤4)用胶粘剂粘结金属套管与护头，胶粘剂选用聚氨酯胶，其聚氨酯胶的用量以5∶1～2的重量比例的胶涂在晾干的杆端部，将金属套管及护头旋转着套入杆端；然后自然固化至少12小时后，成型为一带有套管与护头的杆。
所用的金属套管优先选用不锈钢材质，其护头优先选用铁质镀铬，铁质牌号标准为08F，镀铬的厚度不小于10μm；当用于帐蓬的支架杆时，选用高强专用的松紧绳，将若干节粘上金属套管或护头的杆按一定的顺序穿接起来，形成一套帐蓬支架产品。然后按产品检验执行标准，对其进行最终质量检验，并按要求进行包装。
上述的碳纤维与玻璃纤维的用量比例、浸渍胶液的配比通过具体实施例进行进一步说明实施例一碳纤维与玻璃纤维以0.6∶18的重量份数比例混杂；其中，玻璃纤维优选中碱无捻玻璃纤维；所用的碳纤维浸渍胶液由乙烯基酯树脂、偶联剂、内脱模剂、过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酰与过氧化苯甲酸叔丁酯混合而成；其中，在100重量份的乙烯基酯树脂中，加入偶联剂0.5重量份，内脱模剂1.0重量份，过氧化甲乙酮0.2重量份，过氧化苯甲酰1.6重量份与过氧化苯甲酸叔丁酯1.0重量份。玻璃纤维浸渍胶液由不饱和聚酯树脂、相分散剂、润湿分散剂、偶联剂、硬酯酸锌、内脱模剂、过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、填料与色浆混合而成；其中，在100重量份的不饱和聚酯树脂中，加入相分散剂0.1重量份，润湿分散剂1.0重量份，偶联剂0.5重量份，硬酯酸锌1.0重量份，内脱模剂0.4重量份，过氧化甲乙酮0.8重量份，过氧化苯甲酰0.6重量份，过氧化苯甲酸叔丁酯1.6重量份，填料6重量份与色浆4重量份。
实施例二碳纤维与玻璃纤维的重量份数比为2.0∶15；其中玻璃纤维优选无碱无捻连续玻璃粗纱，所用的碳纤维浸渍胶液由乙烯基酯树脂、偶联剂、内脱模剂、过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酰与过氧化苯甲酸叔丁酯混合而成；其中，在100重量份的乙烯基酯树脂中，加入其它各组份的重量份数为偶联剂2.0重量份，内脱模剂0.4重量份，过氧化甲乙酮0.8重量份，过氧化苯甲酰0.6重量份与过氧化苯甲酸叔丁酯1.6重量份。玻璃纤维浸渍胶液由不饱和聚酯树脂、相分散剂、润湿分散剂、偶联剂、硬酯酸锌、内脱模剂、过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、填料与色浆混合而成；其中，在100重量份的不饱和聚酯树脂中，加入相分散剂1.0重量份，润湿分散剂0.1重量份，偶联剂2.0重量份，硬酯酸锌0.1重量份，内脱模剂1.0份，过氧化甲乙酮0.2重量份，过氧化苯甲酰1.6重量份，过氧化苯甲酸叔丁酯1.0重量份，填料5重量份与色浆1重量份。
实施例三碳纤维与玻璃纤维的重量份数比为1.2∶16；玻璃纤维选用无碱无捻连续玻璃粗纱。浸渍材料分别为碳纤维浸渍胶液与玻璃纤维浸渍胶液。碳纤维浸渍胶液由乙烯基酯树脂、偶联剂、内脱模剂、过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酰与过氧化苯甲酸叔丁酯混合而成；其中，在100重量份的乙烯基酯树脂中，加入重量份数为偶联剂1.5重量份，内脱模剂0.7重量份，过氧化甲乙酮0.6重量份，过氧化苯甲酰1.2重量份与过氧化苯甲酸叔丁酯1.4重量份。玻璃纤维浸渍胶液由不饱和聚酯树脂、相分散剂、润湿分散剂、偶联剂、硬酯酸锌、内脱模剂、过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、填料与色浆混合而成；其中，取100重量份不饱和聚酯树脂，再加入其它各组份的重量份数为相分散剂0.6重量份，润湿分散剂0.5重量份，偶联剂1.5重量份，硬酯酸锌0.5重量份，内脱模剂0.8重量份，过氧化甲乙酮0.6重量份，过氧化苯甲酰1.0份，过氧化苯甲酸叔丁酯1.4重量份，填料6重量份与色浆3重量份。
上述三个实施例中，碳纤维浸渍胶液中，乙烯基酯树脂选用型号为SW901L乙烯基酯树脂，偶联剂选用上纬集团生产的AA-06型偶联剂；内脱模剂、过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯选用本院产品。
在玻璃纤维浸渍胶液中，乙烯基酯树脂选用型号为SW901L乙烯基酯树脂，相分散剂用型号为BYK-972的相分散剂；润湿分散剂用型号为BYK-W9010润湿分散剂；偶联剂选用AA-06偶联剂，过氧化甲乙酮用MEKP过氧化甲乙酮，过氧化苯甲酰用BPO，过氧化苯甲酸叔丁酯用TBPB；填料用氢氧化铝；加入色浆，其着色根据客户需要决定。
权利要求
1.一种纤维增强拉挤杆，其特征在于它基本上由经过不同浸渍材料浸渍的增强材料复合而成，所述增强材料为碳纤维与玻璃纤维，其中碳纤维与玻璃纤维的重量份数比为0.6-2.0∶15-18；所述浸渍材料分别为碳纤维浸渍胶液与玻璃纤维浸渍胶液。
2.根据权利要求1所述的纤维增强拉挤杆，其特征在于所述玻璃纤维为中碱无捻玻璃纤维或无碱无捻连续玻璃粗纱中一种。
3.根据权利要求1所述的纤维增强拉挤杆，其特征在于所述碳纤维浸渍胶液由乙烯基酯树脂、偶联剂、内脱模剂、过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酰与过氧化苯甲酸叔丁酯混合而成；其中，取100份所述乙烯基酯树脂，再加入其它各组份的重量份数为偶联剂0.5-2.0份，内脱模剂0.4-1.0份，过氧化甲乙酮0.2-0.8份，过氧化苯甲酰0.6-1.6份与过氧化苯甲酸叔丁酯1.0-1.6份。
4.根据权利要求1所述的纤维增强拉挤杆，其特征在于所述玻璃纤维浸渍胶液由不饱和聚酯树脂、相分散剂、润湿分散剂、偶联剂、硬酯酸锌、内脱模剂、过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酸叔丁酯、填料与色浆混合而成；其中，取100份所述不饱和聚酯树脂，再加入其它各组份的重量份数为相分散剂0.1-1.0份，润湿分散剂0.1-1.0份，偶联剂0.5-2.0份，硬酯酸锌0.1-1.0份，内脱模剂0.4-1.0份，过氧化甲乙酮0.2-0.8份，过氧化苯甲酰0.6-1.6份，过氧化苯甲酸叔丁酯1.0-1.6份，填料6-5份与色浆1-4份。
5.一种权利要求1-4任一项所述纤维增强拉挤杆的制备方法，包括利用设有牵引装置的预成型拉挤机的成型步骤，该预成型拉挤机包括依次设置的分纱板、预成型模板与模具；其特征在于具体操作步骤如下，1)所述碳纤维与所述玻璃纤维经同一所述分纱板不同过纱孔分别在其各自的所述牵引装置作用下，进行浸胶处理；其牵引速度为0.3-0.42m/min；2)经步骤1)浸胶后的碳纤维与玻璃纤维按所述重量份数比通入所述预成型模板中的导纱孔，在该预成型模板与该模具间设的芯棒表层层叠排布且混杂成型为一圆柱形拉挤杆；3)将步骤2)预成型的圆柱形拉挤杆随芯棒送入所述模具内加温固化，该模具外壁四周帖设有加热板，模具内设置有热电耦，将其模腔内分段为加温固化区，其固化温度为140-185℃；所述芯棒终端位于该模具进口端3/4处，所述圆柱形拉挤杆经分段加温固化且脱离芯棒成型为空心拉挤杆。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述分段加温区分设为前区与后区，所述热电耦至少设二个，分别位于其前区与后区，所述前区热电耦设于距所述模具进口1/3处，所述后区热电耦设于距所述模具进口2/3处。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于所述前区温度为140-150℃；所述后区温度为170-185℃。
8.一种纤维增强拉挤帐蓬支架，其利用权利要求5-7任一项所述方法制备的权利要求1-4任一项所述纤维增强拉挤杆加工而成，其特征在于将所述固化成型的纤维增强拉挤杆定长切割，其切割后的断头经界面处理后，安装护套与管头。
9.根据权利要求8所述的帐蓬支架，其特征在于所述纤维增强拉挤杆断头与护套、断头与管头之间涂覆有粘结剂，经固化成型。
10.根据权利要求9所述的帐蓬支架，其特征在于所述粘结剂为聚氨树脂，所述固化时间至少12小时。
全文摘要
本发明公开一种纤维增强拉挤杆及制备方法与应用，其中，特点为纤维增强拉挤杆由经过不同浸渍材料浸渍的增强材料复合而成，增强材料为碳纤维与玻璃纤维，浸渍材料分别为碳纤维浸渍胶液与玻璃纤维浸渍胶液；其制备方法包括利用设牵引装置的预成型拉挤机成型步骤，碳纤维与玻璃纤维经分别牵引通过同一分纱板不同过纱孔，分别浸胶处理后的碳纤维与玻璃纤维以0.6－2.0∶15－18重量份引入预成型模板中的导纱孔，经层叠排布于芯棒上，混杂成型为一圆柱形拉挤杆；再经模具高温固化成型；用成型的纤维增强拉挤杆经定长切割、界面处理及安套管与护头成型为帐篷支架。该帐篷支架质轻、工艺简单，刚性提高一倍以上，便于组装携带，且宜于推广应用。
文档编号E04H15/34GK1631656SQ20051000012
公开日2005年6月29日 申请日期2005年1月4日 优先权日2005年1月4日
发明者方敏, 张明辉, 覃兆平 申请人:北京玻璃钢研究设计院