專利名稱：樹脂基碳纖維復(fù)合材料桁架桿件連接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料桿件連接方法。
背景技術(shù)：
復(fù)合材料桁架結(jié)構(gòu)具有諸多優(yōu)勢(shì)，在航空航天領(lǐng)域得到大量的使用，在輕質(zhì)大跨 土建結(jié)構(gòu)中也有應(yīng)用。復(fù)合材料桁架中桿件的連接是是影響桁架承載能力的關(guān)鍵，并且經(jīng) 常成為復(fù)合材料桁架使用過程中的薄弱環(huán)節(jié)。目前，復(fù)合材料桁架主要是由已成型復(fù)合材 料桿和接頭粘接組裝而成，桿通過接頭連接，并且接頭多采用金屬接頭，金屬接頭質(zhì)量大， 連接處熱膨脹系數(shù)不匹配，連接界面強(qiáng)度低。此外，組裝式桁架還存在組裝精度差、裝配困 難的問題。目前，復(fù)合材料桁架的桿件連接尚未達(dá)到連接強(qiáng)度高、連接附加重量低以及桁架 尺寸精度高的要求。由于復(fù)合材料不能進(jìn)行焊接，機(jī)械連接對(duì)于細(xì)長桿件的損傷過大，容易 造成連接部位破壞，從而引起整個(gè)結(jié)構(gòu)的失效。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種樹脂基碳纖維復(fù)合材料桁架桿件連接方法，以解決目前 復(fù)合材料桁架中桿件連接不能兼顧連接強(qiáng)度高、質(zhì)量小、精度高以及工藝實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)的的問 題。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是所述方法包括以下步驟步驟 一、制備碳纖維復(fù)合材料薄殼首先需要在金屬制備模具的曲面凹槽上涂一層脫模劑，再 將裁減好的環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料手工鋪放在金屬制備模具的曲面凹槽上，壓實(shí)并排出 氣泡，使用真空袋法加壓并放入固化爐固化，固化溫度為120°C且時(shí)間為3小時(shí)，再升溫至 170°C環(huán)境固化4小時(shí)，之后隨爐自然冷卻；完成薄殼的制作；
步驟二、桿件初步連接固定用砂紙打磨薄殼的所有表面以及桿件連接部分的外 表面，通過定位工裝固定待連接桿件的空間位置，并在薄殼的粘接面上均勻地涂上一層E51 環(huán)氧樹脂作為粘接劑，然后使用薄殼包裹桿件連接部分，使薄殼緊貼桿件連接部分的外表 面，將初步連接處進(jìn)行固化，固化溫度為70°C且時(shí)間為6小時(shí)，之后隨爐自然冷卻；
步驟三、桿件初步連接固定后，將碳纖維束浸潤樹脂，手工引導(dǎo)浸潤過樹脂的碳纖 維束沿著薄殼外表面連續(xù)纏繞；
步驟四、在加壓金屬模具的緊固面上鋪放一層連續(xù)的T700-3K平紋碳布，然后將 多個(gè)加壓金屬模具扣合在相對(duì)應(yīng)的纏繞碳纖維束的薄殼外部，通過螺栓緊固加壓金屬模具 并實(shí)現(xiàn)對(duì)連接處加壓；將經(jīng)上述步驟后的桿件連接部位送入固化爐固化，固化溫度為70°C 且時(shí)間為6小時(shí)，之后隨爐自然冷卻；
步驟五、固化脫模后對(duì)桿件連接部位進(jìn)行修整，每兩個(gè)桿件根部之間保留三角形 薄片增強(qiáng)區(qū)域，復(fù)合材料桿件連接完成。
本發(fā)明具有以下有益效果1、連接桿件空間位置由其他固定裝置固定，在此基礎(chǔ) 上進(jìn)行桿件連接，保證了桿件連接幾何精度；
2、桿件通過薄殼粘接初步固定，并通過纖維束纏繞緊固，最后使用外模具加壓固 化并鋪放纖維織物，使連接強(qiáng)度較高，并且連接附加質(zhì)量較??；
3、復(fù)合材料桁架制備時(shí)可以同時(shí)對(duì)多處連接部位進(jìn)行連接操作，這樣縮短了桁架 制備周期；
4、此種復(fù)合材料桁架的桿件連接方式工藝可實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化流程。
圖1是制備薄殼所用到的模具示意圖，圖2是薄殼與桿件粘接初步固定桿件的示 意圖，圖3是纖維束纏繞薄殼的示意圖，圖4是金屬模具通過螺栓合緊對(duì)桁架連接部位加壓 的示意圖，圖5是桿件最終實(shí)現(xiàn)連接的示意圖，其中1、金屬制備模具，2、薄殼，3、碳纖維束， 4、加壓金屬模具,5、螺栓,6、三角形薄片。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1-圖5本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的方法包括以下步驟 步驟一、制備碳纖維復(fù)合材料薄殼2 :首先需要在金屬制備模具I的曲面凹槽上涂一層脫模 劑，再將裁減好的環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料手工鋪放在金屬制備模具I的曲面凹槽上，壓 實(shí)并排出氣泡，使用真空袋法加壓并放入固化爐固化，固化溫度為120°C且時(shí)間為3小時(shí)， 再升溫至170°C環(huán)境固化4小時(shí)，之后隨爐自然冷卻；完成薄殼2的制作；
步驟二、桿件初步連接固定用砂紙打磨薄殼2的所有表面以及桿件連接部分的 外表面，通過定位工裝固定待連接桿件的空間位置，并在薄殼2的粘接面上均勻地涂上一 層E51環(huán)氧樹脂作為粘接劑，然后使用薄殼2包裹桿件連接部分，使薄殼2緊貼桿件連接 部分的外表面，將初步連接處進(jìn)行固化，固化溫度為70°C且時(shí)間為6小時(shí)，之后隨爐自然冷 卻；
步驟三、桿件初步連接固定后，將碳纖維束浸潤樹脂，手工引導(dǎo)浸潤過樹脂的碳纖 維束3沿著薄殼2外表面連續(xù)纏繞；
步驟四、在加壓金屬模具4的緊固面(模具之間相互接觸的面)上鋪放一層連續(xù) 的T700-3K平紋碳布，然后將多個(gè)加壓金屬模具4扣合在相對(duì)應(yīng)的纏繞碳纖維束3的薄殼 2外部，通過螺栓5緊固加壓金屬模具4并實(shí)現(xiàn)對(duì)連接處加壓；將經(jīng)上述步驟后的桿件連接 部位送入固化爐固化，固化溫度為70°C且時(shí)間為6小時(shí)，之后隨爐自然冷卻；
步驟五、固化脫模后對(duì)桿件連接部位進(jìn)行修整，每兩個(gè)桿件根部之間保留三角形 薄片增強(qiáng)區(qū)域6，復(fù)合材料桿件連接完成。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式的步驟一中薄殼2的厚度為O. 5mm，這樣既可增強(qiáng)連 接處抗彎能力，又不使連接附加質(zhì)量過大。其他實(shí)施步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的步驟三中碳纖維束3的 纏繞層數(shù)為2-3層，從而提高桿件連接強(qiáng)度。其他實(shí)施步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式的步驟三中樹脂為環(huán)氧樹脂E51，浸潤過程中使用 固化劑和觸變劑，固化劑為低分子量聚酰胺651，觸變劑為氣相SiO2，從而保證固化順利實(shí) 施并具有良好的固化效果。其他實(shí)施步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
權(quán)利要求
1.一種樹脂基碳纖維復(fù)合材料桁架桿件連接方法，其特征在于所述方法包括以下步驟步驟一、制備碳纖維復(fù)合材料薄殼(2):首先需要在金屬制備模具(I)的曲面凹槽上涂一層脫模劑，再將裁減好的環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料手工鋪放在金屬制備模具(I)的曲面凹槽上，壓實(shí)并排出氣泡，使用真空袋法加壓并放入固化爐固化，固化溫度為120°C且時(shí)間為3小時(shí)，再升溫至170°C環(huán)境固化4小時(shí)，之后隨爐自然冷卻；完成薄殼(2)的制作；步驟二、桿件初步連接固定用砂紙打磨薄殼(2)的所有表面以及桿件連接部分的外表面，通過定位工裝固定待連接桿件的空間位置，并在薄殼(2)的粘接面上均勻地涂上一層E51環(huán)氧樹脂作為粘接劑，然后使用薄殼(2)包裹桿件連接部分，使薄殼(2)緊貼桿件連接部分的外表面，將初步連接處進(jìn)行固化，固化溫度為70°C且時(shí)間為6小時(shí)，之后隨爐自然冷卻；步驟三、桿件初步連接固定后，將碳纖維束浸潤樹脂，手工引導(dǎo)浸潤過樹脂的碳纖維束(3)沿著薄殼(2)外表面連續(xù)纏繞；步驟四、在加壓金屬模具(4)的緊固面上鋪放一層連續(xù)的T700-3K平紋碳布，然后將多個(gè)加壓金屬模具(4)扣合在相對(duì)應(yīng)的纏繞碳纖維束(3)的薄殼(2)外部，通過螺栓(5)緊固加壓金屬模具(4)并實(shí)現(xiàn)對(duì)連接處加壓；將經(jīng)上述步驟后的桿件連接部位送入固化爐固化，固化溫度為70°C且時(shí)間為6小時(shí)，之后隨爐自然冷卻；步驟五、固化脫模后對(duì)桿件連接部位進(jìn)行修整，每兩個(gè)桿件根部之間保留三角形薄片增強(qiáng)區(qū)域6，復(fù)合材料桿件連接完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述樹脂基碳纖維復(fù)合材料桁架桿件連接方法，其特征在于步驟一中薄殼(2)的厚度為O. 5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述樹脂基碳纖維復(fù)合材料桁架桿件連接方法，其特征在于步驟三中碳纖維束(3)的纏繞層數(shù)為2-3層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述樹脂基碳纖維復(fù)合材料桁架桿件連接方法，其特征在于步驟三中樹脂為環(huán)氧樹脂E51，浸潤過程中使用固化劑和觸變劑，固化劑為低分子量聚酰胺651，觸變劑為氣相SiO2。
全文摘要
樹脂基碳纖維復(fù)合材料桁架桿件連接方法，它涉及一種復(fù)合材料桿件連接方法。該方法解決目前復(fù)合材料桁架中桿件連接不能兼顧連接強(qiáng)度高、質(zhì)量小、精度高以及工藝實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)的問題。所述方法包括以下步驟制備碳纖維復(fù)合材料薄殼；桿件初步連接固定；桿件初步連接固定后，將碳纖維束浸潤樹脂，手工引導(dǎo)浸潤過樹脂的碳纖維束沿著薄殼外表面連續(xù)纏繞；在加壓金屬模具的緊固面上鋪放一層連續(xù)的T700-3K平紋碳布，然后將多個(gè)加壓金屬模具扣合在相對(duì)應(yīng)的纏繞碳纖維束的薄殼外部，緊固加壓金屬模具并實(shí)現(xiàn)對(duì)連接處加壓；將經(jīng)上述步驟后的桿件連接部位送入固化爐固化。本發(fā)明用于復(fù)合材料桁架桿件連接。
文檔編號(hào)B29C65/00GK103029293SQ20121057032
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者譚惠豐, 熊波, 羅錫林 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)