[发明专利]碳纤维分段缠绕复合材料厚壁圆筒

说明书

本发明提出一种碳纤维分段缠绕复合材料厚壁圆筒，包括圆筒主体，所述圆筒主体沿其长度方向均匀间隔交错设有多个复合材料缠绕段和金属复合段，所述复合材料缠绕段由内至外依次包括金属层和碳纤维增强环氧树脂层，所述碳纤维增强环氧树脂层内设有导热层，所述导热层包括设置在碳纤维增强环氧树脂层内的导热部和与所述导热部相连接的传热端，所述传热端与所述金属层一体连接。本发明的碳纤维分段缠绕复合材料厚壁圆筒，设计了导热层结构，在碳纤维增强环氧树脂层内设有导热层，提高了内壁散热效率，延长了管壁的使用寿命。

技术领域

本发明涉及机械制造领域，具体涉及一种应用在管壁外延伸部分的碳纤维分段缠绕复合材料厚壁圆筒。

背景技术

众所周知，纤维缠绕复合材料具有比强度大、比刚度高和耐腐蚀等优点，其在航空航天、能源输送和压力容器等领域得到了广泛应用。其中，碳纤维复合材料因具有一般碳素材料的特性，如：耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀性等，同时其还具有优异的抗疲劳、抗冲击特性，尤其是具有超高的强度重量比和硬度重量比，从而广泛应用在航天和汽车工业领域中。迄今为止，碳纤维复合材料已经成为一种不可或缺的工业材料。此外，近年来，伴随着工程中热应力问题的日益凸显，比如说柴油机活塞、机床主轴等这一类圆筒轴对称结构，都高频承受着热负荷和机械复合的双重作用，对它们进行应力计算都必须把热的影响充分考虑在内。

但是由于复合材料的导热性能差，使用温度较低，因此且容易产生管壁温度超过复合材料许用温度、管壁内温度过高、寿命下降等问题。因此如何很好地解决复合材料层散热性差的问题是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种碳纤维分段缠绕复合材料厚壁圆筒。具体技术方案如下：

一种碳纤维分段缠绕复合材料厚壁圆筒，包括圆筒主体，所述圆筒主体沿其长度方向均匀间隔交错设有多个复合材料缠绕段和金属复合段，所述复合材料缠绕段由内至外依次包括金属层和碳纤维增强环氧树脂层，所述碳纤维增强环氧树脂层内设有导热层，所述导热层包括设置在碳纤维增强环氧树脂层内的导热部和与所述导热部相连接的传热端，所述传热端与所述金属层一体连接。

根据本发明提供的碳纤维分段缠绕复合材料厚壁圆筒，设计了导热层结构，在碳纤维增强环氧树脂层内设有导热层，提高了内壁散热效率，延长了管壁的使用寿命。

根据本发明的一个示例，所述导热部的数量为多个，且每个导热部呈板状或柱状件，所述传热端的截面呈圆环状，且所述传热端为网格状结构。

根据本发明的一个示例，所述碳纤维增强环氧树脂层为通过将碳纤维通过液态树脂浸泡，并施加张力将碳纤维缠绕到所述金属层上，所述树脂为热固性树脂或者热塑性树脂，所述热固性树脂为酚醛树脂、环氧树脂、改性酚醛树脂、改性环氧树脂、双马来酰胺树脂或热固性聚酰亚胺树脂中的一种或几种的组合，所述热塑性树脂为热塑性聚酰亚胺树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚砜树脂或聚酯树脂中的一种或几种的组合。

根据本发明的一个示例，所述树脂中添加有增塑剂和/或稀释剂。

根据本发明的一个示例，碳纤维增强环氧树脂层的缠绕角为50°～65°。

根据本发明的一个示例，所述碳纤维增强环氧树脂层为多层结构，单层厚度为0.3～0.5mm。

根据本发明的一个示例，所述导热部和/或所述传热端的材质为钢。

根据本发明的一个示例，所述导热部成型时以900℃加热保温40min后淬火水冷，再通过560℃加热保温80min后回火空冷，并经过84℃保温40min后水冷亚温淬火，再通过560℃加热保温80min回火空冷处理。