一种碳纤维封端产品及封端方法

技术领域

本发明属于产品密封技术领域，涉及一种碳纤维封端产品及封端方法。

背景技术

碳纤维作为一种重要的无机纤维材料，除了优异的力学性能，还具有多种优良性能，如耐高温、抗化学腐蚀、低电阻、高热导、低热膨胀等，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，已成为目前不可或缺的增强纤维材料，在能源、建筑、材料等领域具有广泛的应用前景。

碳纤维管体作为一种重要的碳纤维制品，在使用过程中往往需要与配件进行装配进行封端处理，以组装为成品；现有技术中通常是直接将封端组件通过粘结剂粘合于管体的端口，待粘结剂固化后即完成封端，但由于管体为空心结构，基于使用的需要，对内部气密性的要求较高，目前的封端方法通常会因使用时内外压差而导致配件脱落，或者因气密性不好造成内部进水，溢出后影响与其接触的产品，因而在成品组装过程中，需要保证配件粘合稳定，并保证连接处紧密结合，不留缝隙，从而完成高质量碳纤维成品的制备。

CN 207583763U公开了一种连接件与碳纤维管体的装配结构，包括主体，所述主体的一端设有与其分体式连接的连接支座，所述连接支座包括能伸入所述主体内壁的第一连接凸起，所述第一连接凸起与所述连接支座的连接处形成第一安装限位台阶；所述第一连接凸起的外表面设有能方便其插入所述主体内壁的第一插接让位槽，所述第一插接让位槽与所述主体内壁连接后能使第一连接凸起定位于所述主体内壁不易偏移。该装配结构通过连接支座的结构设计，提高安装结构的稳定性，但其密封性无法保证，且连接支座结构复杂，适用范围较窄。

CN 211116981U公开了一种碳纤维管，包括管体、第一插接端头、第二定位孔、导流端、第一密封圈、第二插接端头、连接插槽、第一定位孔、定位螺柱和第二密封圈，所述管体的一端固定安装有第一插接端头，第一插接端头的内部端面连接安装有导流端，且导流端与管体的内部连通，所述导流端的外壁套接安装有第一密封圈，且第一密封圈与第一插接端头的内壁贴合连接，所述第一插接端头的外壁端面中央开设有第二定位孔，所述管体的另一端固定安装有第二插接端头；第二插接端头的内部开设有连接插槽，所述连接插槽的一侧端面固定安装有第二密封圈，所述第二插接端头的外壁端面中央开设有第一定位孔，且第一定位孔内通过螺纹连接安装有定位螺柱。该碳纤维管两端的结构设计是为了将多个碳纤维管顺次连接，并非进行封端处理，密封圈的设置只是为了避免流体在连接处的泄露。

综上所述，对于碳纤维管体的封端密封处理，还需要对现有的工艺进行改进，使之能够避免使用时配件容易脱落以及气密性不佳的问题，提高成品的合格率。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种碳纤维封端产品及封端方法，所述产品采用封端配件将碳纤维管体进行封端，并通过封端过程中的操作使粘合剂均匀分布于接触面上，保证封端产品的气密性良好，不漏气，并采用固定配件将两者相对位置进一步固定，避免因内外压差过大造成封端组件的脱落，提高了封端产品的成品合格率，降低产品成本。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种碳纤维封端产品，所述封端产品包括碳纤维管体、封端配件和固定配件，所述碳纤维管体和封端配件的横截面形状相同，所述封端配件呈T型结构，所述封端配件横截面积较小的一端插入碳纤维管体一端的内部，其侧面与碳纤维管体的内壁面相接触，所述封端配件横截面积较大的一端卡住碳纤维管体的端口；

所述碳纤维管体端口附近的侧面上和封端配件横截面积较小一端的侧面上均设有开孔，两者开孔的位置重合，所述固定配件穿过开孔将两者固定。

本发明中，所述碳纤维封端产品的结构组成主要包括三部分，主体部分为碳纤维管体，根据其使用环境的需要，其中的一端采用本发明中的封端处理，封端配件根据碳纤维管体的结构进行选择，其T型结构能够增大与碳纤维管内壁的接触面积，便于更好地进行封口，提高封端产品的气密性；通过在碳纤维管体和封端配件的合适位置上设孔，使两者组装后孔的位置重合，再通过固定配件穿过孔将两者更好地进行物理固定，避免使用时因温度变化产生内外压差而造成封端配件的脱落，使得产品的品质得到控制，成品合格率提高，间接降低产品成本，更好地满足终端使用条件。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

作为本发明优选的技术方案，所述碳纤维管体包括方管或圆管，优选为方管。

优选地，所述碳纤维管体包括同径管或带锥度的管体。

本发明中，所述碳纤维管体的种类根据使用需要进行调整，例如用作自动化搬运支架时，所用的碳纤维管体的长度往往较长，可达3～4m，其截面形状常用的主要有方形、圆形两类，本发明中优先选择方形管体，尤其是长方形截面形状；当碳纤维管体带锥度时，相应的封端配件的选择由待封端口的尺寸决定。

作为本发明优选的技术方案，所述封端配件呈空心结构，所述封端配件横截面积较小一端的端面开口。

优选地，所述封端配件横截面积较大一端的端面尺寸与碳纤维管体的端口尺寸相同。

优选地，所述封端配件的材质包括塑胶。

本发明中，所述封端配件的T型结构，也就是工字结构的1/2形状，底部端，也就是横截面积较大的一端的厚度较小，主要是其卡位固定作用，而工字头的突出部分，即横截面积较小的一端，可设置为空心结构，便于侧面进行开孔，也可降低封端组件的重量。

所述封端配件可由模具进行制备，横截面积较小的一端的尺寸稍小于管体的尺寸，使其能够插入管体中，但不能过小，要能够与侧面相接触，通过粘合剂进行固定。

本发明中，所述封端配件的材质一般选择塑胶，与粘合剂组分相近，便于固定，同时塑胶组分耐腐蚀等性能较强，适应多种环境，且重量较轻，例如可选择ABS塑料、聚丙烯、聚甲醛、聚醚醚酮等，综合考虑耐高温、配件重量、配件成本等因素，优先选择ABS塑料。

作为本发明优选的技术方案，所述碳纤维管体上的孔开设在机械加工面上。

本发明中，碳纤维管为方管时，机械加工面通常是该产品的天面，为水平面，与之相对的是地面，一般为非水平斜面，另两个称为侧面；当碳纤维管为圆管时，则无需限制加工面。

优选地，所述封端配件上的孔开设在与碳纤维管体的机械加工面相贴合的侧面上。

优选地，所述碳纤维管体和封端配件上开设的孔均至少为一个，优选为两个。

优选地，所述碳纤维管体和封端配件上开设的孔的尺寸相同。

本发明中，所述封端产品组装时，所述碳纤维管体置于工作台面上，为了便于操作，通常选择方管，机械加工面向上，也便于观察碳纤维管体和封端配件上开孔的相对位置；为了增强固定效果，开孔可不止设置一个，根据管体的尺寸，通常对称设置两个，有助于稳定性的提高。

作为本发明优选的技术方案，所述固定配件呈伞帽结构，所述伞帽结构中的伞柄的横截面尺寸与所述碳纤维管体和封端配件上开孔的尺寸相同。

本发明中，所述固定配件为类似“图钉”形状的结构，该固定配件本是产品设计中的配件，用于连接碳纤维管和搬运载体，其顶部的两个正好可用作本发明中的固定配件。

优选地，所述伞帽结构中的伞柄穿过开孔至伞帽贴合在碳纤维管体的侧面上。

优选地，所述固定配件的材质包括聚丙烯、聚甲醛或聚醚醚酮中任意一种或至少两种的组合，选择依据主要是需要具备光滑、耐磨有韧性、耐高温不易变形的特性。

本发明中，所述固定配件整体上来说，通过穿过开孔，固定碳纤维管体和封端配件的相对位置，在粘合剂固定作用基础上进一步起到物理隔断的作用，避免长时间使用后封端组件容易脱落，而且为了增强固定配件的固定作用，通常也涂覆粘合剂后插入开孔内，避免固定配件容易脱落的问题。

另一方面，本发明提供了一种上述碳纤维封端产品的封端方法，所述封端方法包括以下步骤：

(1)在碳纤维管体和封端配件相应位置开孔后，在碳纤维管体封口端的内壁面和封端配件横截面积较小一端的侧面上涂覆粘合剂；

(2)将涂覆粘合剂后的封端配件插入碳纤维管体的封口端，至封端配件横截面积较大的一端与碳纤维管体的端口接触，擦拭多余的粘合剂至无粘合剂流出；

(3)将步骤(2)组装后的产品中的碳纤维管体的封口端朝下进行倒置，至粘合剂不再流出，再将产品平放静置，至粘合剂完全固化，得到碳纤维封端半成品；

(4)将固定配件插入步骤(3)得到的碳纤维封端半成品上的侧面开孔中，将碳纤维管体和封端配件进一步固定，得到所述碳纤维封端产品。

作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述碳纤维管体和封端配件上开孔的位置满足两者组装后孔的位置重合。

优选地，步骤(1)所述粘合剂的组成包括主剂和硬化剂。

本发明中，所述粘合剂种类包括环氧树脂类、酚醛树脂类等，其中主剂作为主要组成，即为环氧树脂、酚醛树脂等组分，硬化剂的成为主要选择三级胺，例如三甲胺、三丙胺、三异丙胺、三正丁胺、三乙醇胺、四甲基乙二胺或乙醇胺衍生物等。

优选地，所述主剂和硬化剂的质量比为(1～3):1，例如1:1、1.5:1、2:1、2.5:1或3:1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。

作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述封端配件插入时，带有开孔的封端配件侧面正对碳纤维管体上带有开孔的一面。

优选地，所述封端配件插入后，多次擦拭粘合剂，直至静置1～10min后无粘合剂流出，例如1min、1.5min、2min、3min、5min、8min或10min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。

本发明中，所述封端配件插入后，粘合剂会有流出，采用净化布多次擦拭，短时静置无流出后可进行下一步操作。

作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述组装后的产品倒置于夹具支架上。

本发明中，封端配件装配完成后，由于粘合剂在固化前有一定的流动性，边缘的粘合剂容易流出，靠近端口处与封端组件横截面积较大的一端接触部分的粘合剂分布往往不均匀，粘合剂固化后会留有缝隙，因此本发明将组装后的产品倒立放置，使得粘合剂能够反向流动，将封口处充分浸润并均匀分布，静置至初步固化，粘合剂不再流动，即可将产品平放进行后续的固化粘合过程。

优选地，所述夹具支架上设有供组装产品封口端水平放置的平面板材以及至少两组位于平面板材上方的固定管，每组固定管包括两支平行设置的固定管。

优选地，各组固定管中的两支固定管间距均相同。

优选地，各组固定管设置于同一竖直面上。

本发明中，当碳纤维管体长度较长时，而且其另一端往往会有较大的负重，因此，倒置难以维持，因此设置特定的夹具支架，设置多组固定间距的固定管，且位于同一竖直面上，避免碳纤维管的倾斜或弯曲；另外，还可设置可活动固定件，避免了碳纤维管体过长时，需要操作人员上下来进行管体倒立的繁琐操作，可利用固定件的可移动性带动组装产品的上下移动。

作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述组装后的产品倒置时间为30～45min，例如30min、32min、35min、38min、40min、42min或45min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。

优选地，步骤(3)所述组装后的产品平放静置的时间为20～30h，例如20h、22h、24h、25h、27h、28h或30h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。

优选地，步骤(4)所述固定配件的插入部分的截面尺寸与开孔大小相同。

优选地，步骤(4)所述固定配件的插入前，插入部分的表面先涂覆粘合剂。

本发明中，若固定配件直接插入孔中，其稳定性较差，容易脱落，因而在插入孔中前，其表面同样先涂覆粘合剂，在孔中固化后具有较强的连接稳定性。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明所述封端产品采用封端配件将碳纤维管体进行封端，并通过封端过程中的操作使粘合剂均匀分布于接触面上，保证封端产品的气密性良好，不漏气；

(2)本发明通过在碳纤维管体和封端配件上设孔，并采用固定配件将两者相对位置进一步固定，避免因内外压差过大造成封端组件的脱落，使得产品的品质得到控制；

(3)本发明所述封端方法操作简单，产品质量高，成品合格率可达到99.9％以上，间接降低成本，能够更好地满足终端使用条件。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。

以下为本发明典型但非限制性实施例：

实施例1：

本实施例提供了一种碳纤维封端产品，所述封端产品包括碳纤维管体、封端配件和固定配件，所述碳纤维管体和封端配件的横截面形状相同，所述封端配件呈T型结构，所述封端配件横截面积较小的一端插入碳纤维管体一端的内部，其侧面与碳纤维管体的内壁面相接触，所述封端配件横截面积较大的一端卡住碳纤维管体的端口；

所述碳纤维管体端口附近的侧面上和封端配件横截面积较小一端的侧面上均设有开孔，两者开孔的位置重合，所述固定配件穿过开孔将两者固定。

所述碳纤维管体为同径方管，横截面形状为长方形。

所述封端配件呈空心结构，所述封端配件横截面积较小一端的端面开口。

所述封端配件横截面积较大一端的端面尺寸与碳纤维管体的端口尺寸相同。

所述封端配件的材质为ABS塑料。

所述碳纤维管体上的孔开设在机械加工面上，所述封端配件上的孔开设在与碳纤维管体的机械加工面相贴合的侧面上。

所述碳纤维管体和封端配件上开设的孔均为两个，左右对称分布。

所述碳纤维管体和封端配件上开设的孔的尺寸相同。

所述固定配件呈伞帽结构，所述伞帽结构中的伞柄的横截面尺寸与所述碳纤维管体和封端配件上开孔的尺寸相同，所述伞帽结构中的伞柄穿过开孔至伞帽贴合在碳纤维管体的侧面上。

所述固定配件的材质为聚醚醚酮。

实施例2：

本实施例提供了一种碳纤维封端产品，所述封端产品包括碳纤维管体、封端配件和固定配件，所述碳纤维管体和封端配件的横截面形状相同，所述封端配件呈T型结构，所述封端配件横截面积较小的一端插入碳纤维管体一端的内部，其侧面与碳纤维管体的内壁面相接触，所述封端配件横截面积较大的一端卡住碳纤维管体的端口；

所述碳纤维管体端口附近的侧面上和封端配件横截面积较小一端的侧面上均设有开孔，两者开孔的位置重合，所述固定配件穿过开孔将两者固定。

所述碳纤维管体为同径圆管。

所述封端配件呈空心结构，所述封端配件横截面积较小一端的端面开口。

所述封端配件横截面积较大一端的端面尺寸与碳纤维管体的端口尺寸相同。

所述封端配件的材质为聚丙烯塑料。

所述碳纤维管体和封端配件上开设的孔均为三个，沿环形均匀分布。

所述碳纤维管体和封端配件上开设的孔的尺寸相同。

所述固定配件呈伞帽结构，所述伞帽结构中的伞柄的横截面尺寸与所述碳纤维管体和封端配件上开孔的尺寸相同，所述伞帽结构中的伞柄穿过开孔至伞帽贴合在碳纤维管体的侧面上。

所述固定配件的材质为聚甲醛塑料。

实施例3：

本实施例提供了一种碳纤维封端产品的封端方法，所述封端产品采用实施例1中的产品，所述封端方法包括以下步骤：

(1)在碳纤维管体和封端配件相应位置开孔后，开孔的位置满足两者组装后孔的位置重合，在碳纤维管体封口端的内壁面和封端配件横截面积较小一端的侧面上涂覆粘合剂，所述粘合剂为环氧树脂类粘合剂EP331，其组成包括主剂环氧树脂和硬化剂三甲胺，两者质量比为1:1；

(2)将涂覆粘合剂后的封端配件插入碳纤维管体的封口端，带有开孔的封端配件侧面正对碳纤维管体上带有开孔的一面，至封端配件横截面积较大的一端与碳纤维管体的端口接触，擦拭多余的粘合剂，至静置2min无粘合剂流出；

(3)将步骤(2)组装后的产品中的碳纤维管体的封口端朝下倒置于夹具支架上，其中，所述夹具支架上设有供组装产品封口端水平放置的平面板材以及两组位于平面板材上方的固定管，每组固定管包括两支平行设置的固定管，两组固定管设置于同一竖直面上，每组中的两支固定管设置于同一水平面上；倒置36min至粘合剂不再流出，再将产品平放静置24h，至粘合剂完全固化，得到碳纤维封端半成品；

(4)将固定配件的插入部分涂覆粘合剂后插入步骤(3)得到的碳纤维封端半成品上的侧面开孔中，将碳纤维管体和封端配件进一步固定，得到所述碳纤维封端产品。

本实施例中，采用所述方法进行碳纤维管的封端，所得产品的气密性良好，而且各配件与碳纤维管体的结合性好，产品稳定性高，封端配件不易脱落，封端时成品合格率达到99.95％。

实施例4：

本实施例提供了一种碳纤维封端产品的封端方法，所述封端产品采用实施例1中的产品，所述封端方法包括以下步骤：

(1)在碳纤维管体和封端配件相应位置开孔后，开孔的位置满足两者组装后孔的位置重合，在碳纤维管体封口端的内壁面和封端配件横截面积较小一端的侧面上涂覆粘合剂，所述粘合剂为环氧树脂类粘合剂EP331，其组成包括主剂环氧树脂和硬化剂三异丙胺，两者质量比为2:1；

(2)将涂覆粘合剂后的封端配件插入碳纤维管体的封口端，带有开孔的封端配件侧面正对碳纤维管体上带有开孔的一面，至封端配件横截面积较大的一端与碳纤维管体的端口接触，擦拭多余的粘合剂，至静置5min无粘合剂流出；

(3)将步骤(2)组装后的产品中的碳纤维管体的封口端朝下倒置于夹具支架上，其中，所述夹具支架上设有供组装产品封口端水平放置的平面板材以及三组位于平面板材上方的固定管，每组固定管包括两支平行设置的固定管，三组固定管设置于同一竖直面上，每组中的两支固定管设置于同一水平面上；倒置45min至粘合剂不再流出，再将产品平放静置20h，至粘合剂完全固化，得到碳纤维封端半成品；

(4)将固定配件的插入部分涂覆粘合剂后插入步骤(3)得到的碳纤维封端半成品上的侧面开孔中，将碳纤维管体和封端配件进一步固定，得到所述碳纤维封端产品。

本实施例中，采用所述方法进行碳纤维管的封端，所得产品的气密性良好，而且各配件与碳纤维管体的结合性好，产品稳定性高，封端配件不易脱落，封端时成品合格率达到99.98％。

实施例5：

本实施例提供了一种碳纤维封端产品的封端方法，所述封端产品采用实施例2中的产品，所述封端方法包括以下步骤：

(1)在碳纤维管体和封端配件相应位置开孔后，开孔的位置满足两者组装后孔的位置重合，在碳纤维管体封口端的内壁面和封端配件横截面积较小一端的侧面上涂覆粘合剂，所述粘合剂为环氧树脂类粘合剂，其组成包括主剂AV138和硬化剂HV998，两者质量比为5:2；

(2)将涂覆粘合剂后的封端配件插入碳纤维管体的封口端，使得封端配件侧面和碳纤维管体上的开孔重合，至封端配件横截面积较大的一端与碳纤维管体的端口接触，擦拭多余的粘合剂，至静置10min无粘合剂流出；

(3)将步骤(2)组装后的产品中的碳纤维管体的封口端朝下倒置于夹具支架上，其中，所述夹具支架上设有供组装产品封口端水平放置的平面板材以及三组位于平面板材上方的固定管，每组固定管包括两支平行设置的固定管，三组固定管设置于同一竖直面上，每组中的两支固定管设置于同一水平面上；倒置30min至粘合剂不再流出，再将产品平放静置30h，至粘合剂完全固化，得到碳纤维封端半成品；

(4)将固定配件的插入部分涂覆粘合剂后插入步骤(3)得到的碳纤维封端半成品上的侧面开孔中，将碳纤维管体和封端配件进一步固定，得到所述碳纤维封端产品。

本实施例中，采用所述方法进行碳纤维管的封端，所得产品的气密性良好，而且各配件与碳纤维管体的结合性好，产品稳定性高，封端配件不易脱落，封端时成品合格率达到99.92％。

对比例1：

本对比例提供了一种碳纤维封端产品，所述封端产品的结构参照实施例1中的结构，区别仅在于：所述封端产品不包括固定配件，所述碳纤维管体和封端配件上不开孔。

本对比例中，由于封端产品仅采用封端配件通过粘合剂的作用进行封端，不设置固定配件进行物理阻隔，在产品使用时由于温度变化，产品内外产生气压差，封端配件受压容易脱落飞出，影响产品的使用寿命。

对比例2：

本对比例提供了一种碳纤维封端产品的封端方法，所述封端方法参照实施例3中的方法，区别仅在于：不包括步骤(3)中的倒置操作，直接平放静置。

本对比例中，由于封端配件粘合后组装产品未进行倒置操作，管体端口处与封端组件横截面积较大的一端接触的部分粘合剂容易分布不均匀，该部分与外界直接接触，粘合剂固化后可能会留有空隙，造成产品气密性较差，封端产品的合格率仅为96％左右。

综合上述实施例和对比例可以看出，本发明所述封端产品采用封端配件将碳纤维管体进行封端，并通过封端过程中的操作使粘合剂均匀分布于接触面上，保证封端产品的气密性良好，不漏气；通过在碳纤维管体和封端配件上设孔，并采用固定配件将两者相对位置进一步固定，避免因内外压差过大造成封端组件的脱落，使得产品的品质得到控制；所述封端方法操作简单，产品质量高，成品合格率可达到99.9％以上，间接降低成本，能够更好地满足终端使用条件。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细产品与方法，但本发明并不局限于上述详细产品与方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细产品与方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品的等效替换及辅助结构的添加、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。