CN103031069A - 一种透明件与复合材料骨架的连接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种航空座舱盖透明件与复合材料骨架的连接方法，所述方法包括以下步骤：（1）前处理：确定透明件和复合材料骨架的连接区，将所述连接区打磨至消除光泽，然后除油除脂；（2）胶接：在连接区涂覆胶黏剂，然后将二者贴合在一起，使胶黏剂固化；（4）密封：将透明件和复合材料骨架上需要密封的密封区表面除油除脂，然后涂覆胶黏剂，使胶黏剂固化。本发明所述方法在透明件边缘连接装配过程中运用胶接技术，采用胶黏剂将复杂曲面透明件和复合材料骨架粘接到一起，再用胶黏剂进行密封，从而实现复杂曲面透明件的边缘连接装配，这种边缘连接方法工艺简单、操作方便，且能够确保透明件装配后的安全性、可靠性和气密性。
Description
技术领域
本发明属于航空座舱盖透明件与复合材料骨架的连接装配方法，尤其是一种透明件与复合材料骨架的胶接装配方法。
背景技术
在飞机上，最常见的透明件就是座舱透明件，它在结构上比飞机其他构件薄弱，它的承载能力直接关系到飞机及飞行员的安全，座舱透明件的承载能力不仅与透明材料的性能有关，而且还与边缘连接装配的形式有很大的关系。
现有技术中，最常见的透明件的边缘连接装配形式有刚性连接和柔性连接两种。刚性连接又叫螺栓连接，如附图1所示，是通过玻璃钻孔用螺钉3将座舱透明件1与飞机复合材料骨架2连接起来，这种连接方式连接强度比较大，但机械加工后容易造成应力集中，同时打孔后座舱透明件边缘连接处的机械强度损失较大，孔处容易破坏。柔性连接又叫软连接，如附图2所示，是由合成纤维织物粘到透明材料边缘，用金属棒或尼龙棒穿到织物圈中限制在框架里，从而达到座舱透明件1与机身复合材料骨架2连接的目的，由于织物圈的自由度很大，可以把透明件承受的载荷均匀地传递到边缘连接整个长度范围，使透明件承受应力时尽可能地均匀分布，这样就最大限度地减少了应力集中，延长透明件的使用寿命，但是其连接强度比刚性连接低。两种连接方法各有优缺点，在不同机型的边缘连接中都有应用，但这两种方法除了要进行复杂的边缘连接制造工作以外，还要进行密封装配，工艺复杂，工艺操作难度大。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足之处而提供一种工艺简单、操作方便且能够确保透明件装配后的安全性、可靠性和气密性的透明件和复合材料骨架的连接方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：1、一种透明件与复合材料骨架的连接方法，所述连接方法包括以下步骤：
（1）前处理：确定透明件和复合材料骨架的连接区，将所述透明件和复合材料骨架上的连接区打磨至消除光泽，然后对透明件和复合材料骨架打磨后的连接区除油除脂；
（2）胶接：在经过步骤（1）处理后的透明件和复合材料骨架的连接区涂覆胶黏剂，然后将二者贴合在一起，使胶黏剂固化；
（4）密封：将透明件和复合材料骨架上需要密封的密封区表面除油除脂，然后在所述透明件和复合材料骨架的密封区涂覆胶黏剂，使胶黏剂固化。
作为本发明所述透明件和复合材料骨架的连接方法的优选实施方式，所述步骤（1）中采用砂布将所述透明件和复合材料骨架上的连接区打磨至消除光泽。优选地，所述砂布采用P60~P180的砂布。
作为本发明所述透明件和复合材料骨架的连接方法的优选实施方式，所述步骤（1）中采用蘸有清洗溶剂的脱脂纱布擦拭透明件和复合材料骨架打磨后的连接区以对其除油除脂，擦拭后晾置5~35min。优选地，所述清洗溶剂为丙酮或汽油。
作为本发明所述透明件和复合材料骨架的连接方法的优选实施方式，所述步骤（2）将胶黏剂涂覆在透明件和复合材料骨架的连接区后，将二者贴合一起，然后对其施加0~0.6MPa的压力，在10-60℃下固化6~12h后卸除压力，使胶黏剂固化。透明件和复合材料骨架涂覆胶黏剂后贴合在一起，胶黏剂的固化直接影响透明件和复合材料骨架胶接装配在一起的强度，采用不同的压力，在不同的温度下固化不同的时间，胶黏剂得到不同程度的固化，发明人发现，当采用上述所述条件对胶黏剂固化时，胶接装配在一起的透明件和复合材料拉伸剪切强度可达到10.1MPa。
作为本发明所述透明件和复合材料骨架的连接方法的优选实施方式，所述步骤（2）中用到的胶黏剂为丙烯酸酯胶黏剂或聚氨酯胶黏剂。
作为本发明所述透明件和复合材料骨架的连接方法的优选实施方式，所述步骤（3）中采用蘸有清洗溶剂的脱脂纱布擦拭透明件和复合材料骨架的密封区表面以对其除油除脂，擦拭后晾置5~35min。优选地，所述清洗溶剂为丙酮或汽油。
作为本发明所述透明件和复合材料骨架的连接方法的优选实施方式，所述步骤（3）将胶黏剂涂覆在所述透明件和复合材料骨架的密封区后，在10~60℃下固化12~24小时，使胶黏剂固化。采用所述条件对密封区的胶黏剂固化后，胶接装配后的透明件和复合材料骨架具有较好的气密性。
作为本发明所述透明件和复合材料骨架的连接方法的优选实施方式，所述步骤（3）中的胶黏剂为环氧胶黏剂。
本发明所述方法，在透明件边缘连接装配过程中运用胶接技术，采用胶黏剂将复杂曲面透明件和复合材料骨架粘接到一起，再用胶黏剂进行密封，从而实现复杂曲面透明件的边缘连接装配，这种边缘连接方法工艺简单、操作方便，可以把座舱增压和空气动力载荷所产生的应力从座舱透明件传递到飞机框架，保证透明件安全可靠的装配到飞机骨架上，另外边缘连接采用胶接和密封的形式保证了飞机的气密性。
附图说明
图1为现有技术中透明件和复合材料骨架刚性连接的结构示意图。
图2为现有技术中透明件和复合材料骨架柔性连接的结构示意图。
图3为采用本发明所述方法连接的透明件和复合材料骨架的结构示意图。
其中，图1中1为透明件、2为复合材料骨架、3为螺钉、4为密封胶；
图2中，1为透明件、2为复合材料骨架、4为密封胶、5为合成纤维织物、6为通条；
图3中，10为透明件、20为复合材料骨架、30为连接区胶黏剂、40为密封区胶黏剂。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种透明件和复合材料骨架的连接方法，包括以下步骤：
（1）前处理：在飞机复合材料骨架和透明件上确定连接区，用P60~P180的砂布打磨复合材料骨架和透明件连接区至消除光泽，非连接区部位可以用压敏胶带保护好；然后用蘸有丙酮的脱脂纱布擦拭复合材料骨架的连接区，用蘸有汽油的脱脂纱布擦拭透明件的连接区，以对复合材料骨架和透明件的连接区除油除脂，擦拭后晾置25min；
（2）用胶枪将丙烯酸酯胶黏剂分别打到复合材料骨架和透明件的连接区，用玻璃棒或铲刀涂刷均匀后迅速将复合材料骨架和透明件的连接区贴合在一起在60℃下固化6h后卸除压力，使胶黏剂固化，然后清除余胶；
（3）用蘸有汽油的脱脂纱布擦拭透明件和复合材料骨架上需要密封的密封区表面，以对其除油除脂，擦拭后晾置5min；然后用玻璃棒或铲刀将环氧胶黏剂涂覆在透明件和复合材料骨架上需要密封的密封区，并将胶黏剂涂刷均匀，在20℃下固化20h，使胶黏剂固化。
采用上述方法胶连的透明件和复合材料骨架的结构示意图如附图3所示，透明件10的连接区通过胶黏剂30胶接在复合材料骨架20的连接区上，所述透明件10和复合材料骨架20的密封区涂覆有胶黏剂40进行密封。
实施例2
一种透明件和复合材料骨架的连接方法，包括以下步骤：
（1）前处理：在飞机复合材料骨架和透明件上确定连接区，用P60~P180的砂布打磨复合材料骨架和透明件连接区至消除光泽，非连接区部位可以用压敏胶带保护好；然后用蘸有汽油的脱脂纱布擦拭复合材料骨架的连接区，用蘸有汽油的脱脂纱布擦拭透明件的连接区，以对复合材料骨架和透明件的连接区除油除脂，擦拭后晾置5min；
（2）用胶枪将聚氨酯胶黏剂分别打到复合材料骨架和透明件的连接区，用玻璃棒或铲刀涂刷均匀后迅速将复合材料骨架和透明件的连接区贴合在一起，采用固化专用工装对贴合在一起的复合材料骨架和透明件的连接区施加0.6MPa的压力，在10℃下固化12h后卸除压力，使胶黏剂固化，然后清除余胶；
（3）用蘸有丙酮的脱脂纱布擦拭透明件和复合材料骨架上需要密封的密封区表面，以对其除油除脂，擦拭后晾置20min；然后用玻璃棒或铲刀将环氧胶黏剂涂覆在透明件和复合材料骨架上需要密封的密封区，并将胶黏剂涂刷均匀，在10℃下固化24h，使胶黏剂固化。
采用上述方法胶连的透明件和复合材料骨架的结构示意图如附图3所示，透明件10的连接区通过胶黏剂30胶接在复合材料骨架20的连接区上，所述透明件10和复合材料骨架20的密封区涂覆有胶黏剂40进行密封。
实施例3
一种透明件和复合材料骨架的连接方法，包括以下步骤：
（1）前处理：在飞机复合材料骨架和透明件上确定连接区，用P60~P180的砂布打磨复合材料骨架和透明件连接区至消除光泽，非连接区部位可以用压敏胶带保护好；然后用蘸有汽油的脱脂纱布擦拭复合材料骨架的连接区，用蘸有丙酮的脱脂纱布擦拭透明件的连接区，以对复合材料骨架和透明件的连接区除油除脂，擦拭后晾置35min；
（2）用胶枪将丙烯酸酯胶黏剂分别打到复合材料骨架和透明件的连接区，用玻璃棒或铲刀涂刷均匀后迅速将复合材料骨架和透明件的连接区贴合在一起，采用固化专用工装对贴合在一起的复合材料骨架和透明件的连接区施加0.5MPa的压力，在20℃下固化10h后卸除压力，使胶黏剂固化，然后清除余胶；
（3）用蘸有汽油的脱脂纱布擦拭透明件和复合材料骨架上需要密封的密封区表面，以对其除油除脂，擦拭后晾置35min；然后用玻璃棒或铲刀将环氧胶黏剂涂覆在透明件和复合材料骨架上需要密封的密封区，并将胶黏剂涂刷均匀，在60℃下固化12h，使胶黏剂固化。
采用上述方法胶连的透明件和复合材料骨架的结构示意图如附图3所示，透明件10的连接区通过胶黏剂30胶接在复合材料骨架20的连接区上，所述透明件10和复合材料骨架20的密封区涂覆有胶黏剂40进行密封。
实施例4
一种透明件和复合材料骨架的连接方法，包括以下步骤：
（1）前处理：在飞机复合材料骨架和透明件上确定连接区，用P60~P180的砂布打磨复合材料骨架和透明件连接区至消除光泽，非连接区部位可以用压敏胶带保护好；然后用蘸有丙酮的脱脂纱布擦拭复合材料骨架的连接区，用蘸有丙酮的脱脂纱布擦拭透明件的连接区，以对复合材料骨架和透明件的连接区除油除脂，擦拭后晾置20min；
（2）用胶枪将丙烯酸酯胶黏剂分别打到复合材料骨架和透明件的连接区，用玻璃棒或铲刀涂刷均匀后迅速将复合材料骨架和透明件的连接区贴合在一起，采用固化专用工装对贴合在一起的复合材料骨架和透明件的连接区施加0.2MPa的压力，在50℃下固化7h后卸除压力，使胶黏剂固化，然后清除余胶；
（3）用蘸有丙酮的脱脂纱布擦拭透明件和复合材料骨架上需要密封的密封区表面，以对其除油除脂，擦拭后晾置30min；然后用玻璃棒或铲刀将环氧胶黏剂涂覆在透明件和复合材料骨架上需要密封的密封区，并将胶黏剂涂刷均匀，在50℃下固化15h，使胶黏剂固化。
采用上述方法胶连的透明件和复合材料骨架的结构示意图如附图3所示，透明件10的连接区通过胶黏剂30胶接在复合材料骨架20的连接区上，所述透明件10和复合材料骨架20的密封区涂覆有胶黏剂40进行密封。
实施例5
一种透明件和复合材料骨架的连接方法，包括以下步骤：
（1）前处理：在飞机复合材料骨架和透明件上确定连接区，用P60~P180的砂布打磨复合材料骨架和透明件连接区至消除光泽，非连接区部位可以用压敏胶带保护好；然后用蘸有汽油的脱脂纱布擦拭复合材料骨架的连接区，用蘸有汽油的脱脂纱布擦拭透明件的连接区，以对复合材料骨架和透明件的连接区除油除脂，擦拭后晾置10min；
（2）用胶枪将聚氨酯胶黏剂分别打到复合材料骨架和透明件的连接区，用玻璃棒或铲刀涂刷均匀后迅速将复合材料骨架和透明件的连接区贴合在一起，采用固化专用工装对贴合在一起的复合材料骨架和透明件的连接区施加0.3MPa的压力，在30℃下固化9h后卸除压力，使胶黏剂固化，然后清除余胶；
（3）用蘸有汽油的脱脂纱布擦拭透明件和复合材料骨架上需要密封的密封区表面，以对其除油除脂，擦拭后晾置10min；然后用玻璃棒或铲刀将环氧胶黏剂涂覆在透明件和复合材料骨架上需要密封的密封区，并将胶黏剂涂刷均匀，在30℃下固化18h，使胶黏剂固化。
采用上述方法胶连的透明件和复合材料骨架的结构示意图如附图3所示，透明件10的连接区通过胶黏剂30胶接在复合材料骨架20的连接区上，所述透明件10和复合材料骨架20的密封区涂覆有胶黏剂40进行密封。
实施例6
一种透明件和复合材料骨架的连接方法，包括以下步骤：
（1）前处理：在飞机复合材料骨架和透明件上确定连接区，用P60~P180的砂布打磨复合材料骨架和透明件连接区至消除光泽，非连接区部位可以用压敏胶带保护好；然后用蘸有丙酮的脱脂纱布擦拭复合材料骨架的连接区，用蘸有汽油的脱脂纱布擦拭透明件的连接区，以对复合材料骨架和透明件的连接区除油除脂，擦拭后晾置30min；
（2）用胶枪将聚氨酯胶黏剂分别打到复合材料骨架和透明件的连接区，用玻璃棒或铲刀涂刷均匀后迅速将复合材料骨架和透明件的连接区贴合在一起，采用固化专用工装对贴合在一起的复合材料骨架和透明件的连接区施加0.4MPa的压力，在40℃下固化8h后卸除压力，使胶黏剂固化，然后清除余胶；
（3）用蘸有丙酮的脱脂纱布擦拭透明件和复合材料骨架上需要密封的密封区表面，以对其除油除脂，擦拭后晾置15min；然后用玻璃棒或铲刀将环氧胶黏剂涂覆在透明件和复合材料骨架上需要密封的密封区，并将胶黏剂涂刷均匀，在40℃下固化16h，使胶黏剂固化。
采用上述方法胶连的透明件和复合材料骨架的结构示意图如附图3所示，透明件10的连接区通过胶黏剂30胶接在复合材料骨架20的连接区上，所述透明件10和复合材料骨架20的密封区涂覆有胶黏剂40进行密封。
实施例7
本发明所述连接方法的安全性和可靠性检测：在胶接透明件时，按相同工艺制备随炉件进行性能检验，通过检测随炉件的强度表征透明件和复合材料骨架的粘接强度，经测试随炉件拉伸剪切强度可达10.1MPa，且随炉件破坏形式均为透明材料破坏，由此采用本发明所述方法的胶接强度大于基材强度，胶接安全可靠。
气密性：采用本发明所述方法胶接装配好的透明件通过了气密性试验考核，气密性可以满足使用要求。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种透明件与复合材料骨架的连接方法，其特征在于，所述连接方法包括以下步骤：
（1）前处理：确定透明件和复合材料骨架的连接区，将所述透明件和复合材料骨架上的连接区打磨至消除光泽，然后对透明件和复合材料骨架打磨后的连接区除油除脂；
（2）胶接：在经过步骤（1）处理后的透明件和复合材料骨架的连接区涂覆胶黏剂，然后将二者贴合在一起，使胶黏剂固化；
（4）密封：将透明件和复合材料骨架上需要密封的密封区表面除油除脂，然后在所述透明件和复合材料骨架的密封区涂覆胶黏剂，使胶黏剂固化。
2.如权利要求1所述的透明件和复合材料骨架的连接方法，其特征在于，所述步骤（1）中采用砂布将所述透明件和复合材料骨架上的连接区打磨至消除光泽。
3.如权利要求1所述的透明件和复合材料骨架的连接方法，其特征在于，所述步骤（1）中采用蘸有清洗溶剂的脱脂纱布擦拭透明件和复合材料骨架打磨后的连接区以对其除油除脂，擦拭后晾置5~35min。
4.如权利要求3所述的透明件和复合材料骨架的连接方法，其特征在于，所述清洗溶剂为丙酮或汽油。
5.如权利要求1所述的透明件和复合材料骨架的连接方法，其特征在于，所述步骤（2）将胶黏剂涂覆在透明件和复合材料骨架的连接区后，将二者贴合一起，然后对其施加0~0.6MPa的压力，在10-60℃下固化6~12h后卸除压力，使胶黏剂固化。
6.如权利要求1或5所述的透明件和复合材料骨架的连接方法，其特征在于，所述步骤（2）中用到的胶黏剂为丙烯酸酯胶黏剂或聚氨酯胶黏剂。
7.如权利要求1所述的透明件和复合材料骨架的连接方法，其特征在于，所述步骤（3）中采用蘸有清洗溶剂的脱脂纱布擦拭透明件和复合材料骨架的密封区表面以对其除油除脂，擦拭后晾置5~35min。
8.如权利要求7所述的透明件和复合材料骨架的连接方法，其特征在于，所述清洗溶剂为丙酮或汽油。
9.如权利要求1所述的透明件和复合材料骨架的连接方法，其特征在于，所述步骤（3）将胶黏剂涂覆在所述透明件和复合材料骨架的密封区后，在10~60℃下固化12~24小时，使胶黏剂固化。
10.如权利要求1或9所述的透明件和复合材料骨架的连接方法，其特征在于，所述步骤（3）中的胶黏剂为环氧胶黏剂。
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