CN103707449B - 一种预埋连接件的三维复合材料织造方法及其制品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种预埋连接件的三维复合材料织造方法及其制品。本发明方法的步骤为：根据需制备制件的外形尺寸、结构等特征确定预制件中导向套的尺寸及排布方式；在连接件位置预留的区域内，根据预埋连接件的直径、高度等特征，确定辅助导向套尺寸及排布方式；将导向套、辅助导向套及连接件按上述设计布置在模板上，并对预制体中的连接件进行防胶处理；按制件要求选取相应的丝材，以布置有导向套、连接件的模板为基础进行丝材的铺设，得到预制体；将经过连接件封口处理的预制体浸渍到基体中成型，得到所要求的预埋连接件的三维织造复合材料制品。本发明提供了三维编制复合材料与其他零部件之间连接的新方法，省略了三维编织件在浇注完成后打孔的时间与成本，提高了复合材料连接时的强度。复合材料与其他零部件连接时，用螺丝通过预埋连接件将复合材料固定在其他零部件上，拆装十分方便。

Description

一种预埋连接件的三维复合材料织造方法及其制品

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体而言，涉及一种便于与其他零部件相连接的具有特殊结构的复合材料制品。

背景技术

近些年天然资源逐渐匮乏，材料制造业的生产和运输成本逐年增加，因此研究材料轻量化技术是许多科研工作者工作的重心，尤其是在航天航空、汽车、石油化工等领域。在保证材料的基本性能要求的基础上，降低所用材料的重量级能大大减少生产和运输成本。复合材料以其轻质高强、良好的抗疲劳、抗腐蚀性能以及材料的可设计等优点，广泛应用于各个领域。

国内外对于三维制造复合材料的研究已经取得了许多成果，复合材料结构设计力求整体成型，尽量不用或少用连接，但是由于模具尺寸、加工设备等限制及使用需求，连接不可避免。复合材料连接技术要求考虑接头形式、承载能力、疲劳寿命和制造工艺等一系列问题。

目前复合材料连接技术主要为胶连接、机械连接和缝合连接。胶连接主要依靠接触面上的胶黏剂传递构件间力的作用，抗剪能力较强，但抗剥离能力较差，接头处需要尽量避免承受弯矩等引起的剥离力，设计中接头处应以受剪为主，避免承受弯矩等引起的剥离力，对于不可避免的剥离力，需要在局部采用铆钉或螺栓加强。胶连接易剥离、传载小、受环境影响大、可靠性差。机械连接是在构建连接处局部开孔，再用铆钉、销钉和螺栓等紧固件将其连接成整体。由于开孔会削弱材料，同时由于复合材料各向异性，孔周将出现严重应力集中，在设计过程中需要考虑设计需用应力、安全系数、铺层顺序和方向、接头处几何参数以及紧固件的属性和预紧力等，设计过程较复杂，尽量降低对复合材料本身属性的破坏。缝合连接是采用缝线进行连接，缝合连接可以明显提高层压板的层间断裂韧性和层间剪切强度，可以避免机械连接中钻孔造成的应力集中，避免胶连接可靠性较低的缺点，同时零件破坏后，缝合可使碎片连接在一起，避免后续的更危险的灾难性破坏，但缝合连接会造成面内强度的降低，对缝线材料性能要求严格，缝纫需要专用的缝纫设备，增加制造成本。

中国专利号201010125066.5的专利，提供了一种复合材料三维织造方法，导向柱根据三维模型排布在模板上，导向套沿Z向穿过导向柱排布在导向模板上，然后层层织造，直到完成整个零件的织造。

本发明根据上述专利的织造方法，将导向套预先加工出相应的孔或螺纹，其外表面与其他Z向导向套相同，即可替代原有的导向套。本发明中的方法提高了复合材料连接时的强度，避免了开孔对复合材料性能的削弱，缩短了加工时间，提高了加工效率，降低了制造成本，可大大节省复合材料后期加工成本，尤其适用于厚壁件、连接工艺要求较高的零件的生产。

发明内容

针对现有复合材料连接技术本发明旨在提供一种预埋连接件的三维复合材料织造方法及其制品，以解决现有技术中复合材料之间相互连接时，连接强度低或复合材料性能低的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提出了一种预埋连接件的三维复合材料织造方法。

进一步的，预埋连接件可以是螺母，或者是具有内螺纹或通孔的管件。

进一步的，预埋连接件与普通导向套作用相同，丝材以导向套所在位置为基点进行缠绕编织。

进一步的，当预埋的连接件与普通导向套直径或高度不同时，在两种导向套中间选用辅助导向套进行过渡，保证零件整体纤维体积分数均匀。

进一步的，导向套与辅助导向套为实心棒材或空心管材，材质为复合材料或金属材料。

进一步的，预埋连接件的材质为复合材料或金属材料。

进一步的，根据零件特性选取丝材，包括碳纤维、金属丝、芳纶纤维、聚乙烯纤维等复合材料。

进一步地，在浸渍时需对预埋连接件进行防胶处理，保证没有基体进入预埋连接件内。

应用本发明的技术方案，具有预埋连接件在复合材料当中，使得浇注后的复合材料具有通孔或内螺纹孔，当与其他零部件相连接时，不需再对复合材料进行打孔等加工，同时该方法复合材料不会出现性能降低及严重应力集中的现象，大大提高了复合材料连接时的承载性能，提高了连接时的疲劳寿命。

附图说明

说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明典型实施例的连接件的局部主视结构示意图；

图2示出了根据本发明典型实施例的连接件预埋进复合材料结构件的示意图；

图3示出了根据本发明典型实施例的对预埋连接件进行防胶处理的方法；

图4示出了根据本发明典型实施例的带有预埋连接件的复合材料与其他零部件连接的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实例来详细说明本发明。

根据本发明典型的实施例，如图1所示，预埋连接件本体及连接件内的内螺纹孔。应用本发明的技术方案，预先在尺寸形状合适的管件内壁加工螺纹孔，在复合材料浸渍结束后，可省去后续加工打孔过程，方便复合材料与其他零部件的连接，提高复合材料连接的承载性能，消除机加工对复合材料性能的削弱，降低孔造成的孔周围应力集中的影响，降低了复合材料结构件的制造成本。

根据本发明的一种典型实施例，连接件预埋进复合材料中，如图2所示；该结构包括导向套、辅助导向套、连接件及复合材料增强体材料和基体材料，连接件的预埋位置及数量可根据实际连接位置、连接强度、零件形状等多方面因素确定。

根据本发明的一种典型实施例，预埋连接件与导向套直径、高度不同时，选用辅助导向套进行过渡，保证复合材料不同位置纤维体积分数相近。

根据本发明的一种典型实施例，连接件本体是管材，该管材上要设置通孔或内螺纹孔，连接件的材质可以是碳纤维或是不锈钢、钛合金等金属材料，以及其他高性能材料。

根据本发明的一种典型实施例，当对预制件进行浸渍时，对连接件进行防胶处理，选用聚四氟乙烯对预埋的连接件进行填充，填充方式如图3所示。

根据本发明的一种典型实施例，不同零部件之间通过螺钉连接，具体的连接方法如图4所示。

本发明中预埋连接件的三维复合材料制品可通过下述方法制造：首先将普通导向套及预埋连接连接件根据复合材料的结构需求固定在指定位置，然后将纤维以导向套为基点进行缠绕编织，得到预埋有连接件的预制体，将预制体进行浸渍，预先对连接件进行防胶处理以保证连接件内没有基体渗入，基体固化后对连接件表层进行处理后即形成带有预埋连接件的复合材料。

相对于已有的复合材料连接方法来说，本发明所提供的带有预埋连接件的复合材料的制备方法及其制品，其优势在于：

1)预埋连接件后，省去了机械打孔过程对复合材料性能的破坏及可能造成的严重应力集中现象；

2)该制备方法制备简单、适用性广，导向套不受材质、尺寸等条件限制，导向套材质、排布方式可以根据实际要求自行选择；

3)复合材料制备过程中预埋连接件，省去了复合材料制备后打孔等机械加工过程，降低了成本。

对于本领域技术人员来说，在本专利构思及具体实施例启示下，能够从本专利公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，本领域普通技术人员将意识到也可采用其他方法，或现有技术中常用公知技术的替代，以及特征的等效变化或修饰，特征间的相互不同的组合，例如导向套长度的变化，避免特殊导向套内基体进入的方法，导向套尺寸的改变等等的非实质性改动，同样可以被应用，都能实现本专利描述功能和效果，不再一一举例展开细说，均属于本专利保护范围。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种预埋连接件的三维复合材料织造方法，其特征在于，具体步骤如下：

a)根据需制备制件的外形尺寸、结构特征确定预制件中导向套(2)的尺寸及排布方式，在预埋连接件位置预留一定区域；

b)根据预埋连接件(1)的直径、高度特征，在预留区域内确定辅助导向套(3)尺寸及排布方式；

c)将导向套(2)、辅助导向套(3)及预埋连接件(1)按步骤a)、步骤b)的设计布置在模板上；

d)按制件要求选取相应的丝材，以布置有导向套(2)、预埋连接件(1)的模板为基础进行丝材的铺设，得到预制体；

e)对预制体中的预埋连接件(1)进行防胶处理；

f)将经过预埋连接件(1)封口处理的预制体浸渍到基体中成型，得到所要求的预埋连接件(1)的三维织造复合材料制件；

采用所述一种预埋连接件的三维复合材料织造方法制得的一种预埋连接件的三维织造复合材料制品，其特征在于，所述制品包含预埋连接件(1)、导向套(2)、辅助导向套(3)、增强丝材及基体材料。

2.根据权利要求1所述的一种预埋连接件的三维复合材料织造方法，其特征在于，所述预埋连接件(1)是贯穿制件厚度的管件或螺母的一种；所述贯穿制件厚度的管件内部是光孔或螺纹孔中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种预埋连接件的三维复合材料织造方法，其特征在于，所述辅助导向套(3)直径小于预埋连接件(1)和其他导向套(2)，辅助导向套(3)高度为预埋连接件(1)高度与其他导向套(2)高度之间的数值。

4.根据权利要求1所述的一种预埋连接件的三维复合材料织造方法，其特征在于，所述预埋连接件(1)是复合材料或是金属材料中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种预埋连接件的三维复合材料织造方法，其特征在于，所述导向套(2)和所述辅助导向套(3)是实心棒材或是空心管材中的一种，其材质是复合材料或金属材料中的一种。