[发明专利]玻璃纤维与碳纤维混杂复合材料锥形管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及玻璃纤维与碳纤维混杂复合材料锥形管及其制备方法。

背景技术

以往的电线杆、路灯杆主要由木材、水泥、钢筋混凝土或金属钢材料制作的。随着电力工业、路桥建设以及市政建设等的发展，对电线杆、灯杆的性能要求越来越高，从最初的木杆到当前的水泥、钢筋混凝土或金属钢杆，材料的强度、电线杆的尺度都越来越大。木杆虽然重量轻，移动和安装方面，但由于强度低、不耐环境腐蚀以及资源紧缺在新建线路不再采用了；金属、水泥和钢筋混凝土电线杆因其原料丰富，制作工艺简单，价格便宜而取代了木杆成为路面高架电线支撑杆的主要材料，但是对于在有电磁控制的重要军事武器区域、有重量要求的高架桥梁或出区安装架设的输电线路，金属、水泥和钢筋混凝土电线杆由于反射电磁波和重量太大移动困难而限制了使用。

新一代结构材料纤维复合材料以其轻质高强、绝缘、透波、透磁等特性而广泛应用于电力、交通、市政建设等领域。其中玻璃纤维复合材料具有强度高、绝热、耐热、绝缘、耐辐射、耐腐蚀、透电磁波、耐低温等特性，且价格低而成为最广泛应用的一种复合材料，但是玻璃纤维的拉伸模量较低，为12GPa左右，一般用于低压电线杆、灯杆的制作，限制了应用范围，而碳纤维复合材料相比于玻璃纤维复合材料，具有更低的密度、更高的强度、模量、耐高温性、抗蠕变性、耐化学腐蚀性以及低电阻、高热导、热膨胀系数小等特性，缺点是碳纤维复合材料其断裂应变和冲击韧性较低，且价格相对较高，因此寻找一种综合性能优异的纤维复合材料是必要的。

发明内容

本发明为了解决现有金属、水泥或钢筋混凝土电线杆的结构重量过大和反射电磁波以及单一玻璃纤维复合材料的拉伸模量低，单一碳纤维复合材料的价格高的问题，而提供一种玻璃纤维与碳纤维混杂复合材料锥形管及其制备方法。

本发明的所述的玻璃纤维与碳纤维混杂复合材料锥形管的管壁为三层复合结构，内层为第一玻璃纤维层，中层为碳纤维层，外层为第二玻璃纤维层，所述锥形管中部的通孔为圆柱形，通孔长度为7.0～15.0m，通孔直径为50～200mm，锥形管底端管壁厚度为19.0～32.0mm，顶端管壁厚度为9.0～17.0mm。

本发明的玻璃纤维与碳纤维混杂复合材料锥形管的制备方法按以下步骤进行：

一、将玻璃纤维和碳纤维浸渍于树脂基体中，然后湿法缠绕在圆柱形模具的外表面，圆柱形模具的长度为7.0～15.0m，圆柱形模具的外径为50～200mm；具体的缠绕步骤如下：

A、内层采用玻璃纤维变长度、变缠绕角的线型缠绕方法，缠绕角依次为15.0°、17.0°、19.0°、20.0°、19.0°、17.0°和15.0°，螺旋向缠绕长度依次为锥形管长度的100％、90％、80％、70％、60％、50％和100％，每个缠绕层的厚度为2.0～3.0mm，得到内层第一玻璃纤维层；

B、中层采用碳纤维，以每层的缠绕角为14.5°～20.0°，每层螺旋向缠绕的长度锥形管长度的100％，缠绕2～4层，每个缠绕层的厚度为1.5～2.0mm，得到中层碳纤维层；

C、外层采用玻璃纤维，以缠绕角为15.0°～17.0°，螺旋向缠绕的长度为锥形管长度的100％，缠绕1层，缠绕层的厚度为2.0～3.0mm，得到外层第二玻璃纤维层，完成缠绕成型过程；

二、将上述缠绕成型后的锥形管在温度为70～80℃的条件下，保温1～2h，然后升温至110～120℃，保温3～5h，完成固化，固化后自然冷却至室温，抽去模具，得到玻璃纤维与碳纤维混杂复合材料锥形管。