CN107458580B - 一种复合材料折叠舵扭杆的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合材料折叠舵扭杆及制造方法，所述扭杆包括扭杆本体，扭杆本体外侧面设有使用碳纤维复合材料组成的增强层；所述制造方法包括选用优质合金钢毛坯、将毛坯放入环氧树脂液体中浸渍、在毛坯外表面缠绕碳纤维材料、在高温和真空条件下使毛坯进行固化反应等步骤；使用本发明的技术方案，使用简单的工艺技术方法，选用优质的扭杆本体材料，保持了扭杆足够的韧性，提高了扭杆的贮能能力，增加了折叠舵扭杆的抗扭强度、耐热性、耐磨性、耐溶剂性以及稳定性，在导弹高速飞行时，使弹翼可靠地展开，避免了扭杆在长期使用过程中遭到破坏，延长了扭杆的使用寿命，本发明可适用于各类从空中发射的导弹的折叠舵面或翼面。

Description

一种复合材料折叠舵扭杆的制造方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料折叠舵扭杆及制造方法。

背景技术

扭杆是折叠舵面的关键零部件，折叠舵扭杆的主要作用是在当舵面或翼面折叠时将机械能贮存在扭杆内，当舵面或翼面展开时则由扭杆释放贮存的能量，驱动舵面或翼面展开并锁定，现有技术中，为使折舵扭杆在展开和折叠时保持足够的韧性，折叠舵扭杆一般使用弹簧钢制造，这种弹簧钢的剪切应力一般是340MPa至570MPa之间，切变模量一般是78.5GPa，可见弹簧钢的刚性较差，其所能承受的扭矩有限，当舵面或翼面尺寸较大时，折叠舵扭杆在经过长期使用后容易受到破坏，影响了使用效果和使用寿命，例如，公开号为“CN106627635A”的专利文献，公开了一种轨道交通车辆用复合材料抗侧滚扭杆装置，包括扭杆轴、扭转臂、支撑座和垂向连杆，扭转臂固定在扭杆轴上，扭杆轴通过安装座固定在车体构架上，垂向连杆通过节点与扭转臂连接，扭杆轴、垂向连杆和支撑座采用纤维类环氧树脂复合材料，扭杆轴和垂向连杆，采用金属芯模或可融芯模，在缠绕机上通过机械张力器，将浸润了环氧树脂液体的长纤维逐层缠绕在金属芯模或可融芯模上，固化后脱模或融模；支撑座采用整体模压纤维环氧树脂，根据产品结构尺寸和安装接口需要，设计专用模压模具进行支撑座的模压制造，使用该发明提供的技术方案，采用纤维环氧树脂复合材料代替原有金属部件，减少了扭杆的整体重量，但是，该技术方案仍然使用常见的工艺方法制造扭杆，碳纤维的缠绕费时费力，且效率不高，环氧树脂与碳纤维的固化反应不充分，为能使碳纤维和环氧树脂完全聚合成一体，生产效率低下，所制成的扭杆的抗扭力有限，影响了使用效果。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种复合材料折叠舵扭杆及制造方法。

本发明提供了一种复合材料折叠舵扭杆，包括以下步骤：

步骤一：制备牌号为MP35N的镍钴铬钼合金钢毛坯；

步骤二：将步骤一中所述毛坯放入环氧树脂液体中浸渍；

步骤三：使用缠绕机将碳纤维材料缠绕于步骤二所述经过浸渍后的毛坯外表面，获得增强层；

步骤四：使用涂布机将环氧树脂涂层涂覆于步骤三所述增强层的外表面，在所述增强层外侧形成固化层；

步骤五：将步骤四中毛坯放入温度大于100摄氏度的真空条件下，加入固化剂进行固化反应，获得复合材料折叠舵扭杆，所述复合材料折叠舵扭杆包括扭杆本体，所述扭杆本体外侧面设有使用碳纤维复合材料组成的增强层。

步骤五中所述固化剂是氨基树脂、双氰胺中的一种。

所述增强层的材质是牌号为T800的碳纤维。

所述扭杆本体的材质是牌号为MP35N的镍钴铬钼合金钢。

本发明的有益效果在于：

采用本发明所提供的复合材料折叠舵扭杆及制造方法，所述扭杆包括扭杆本体，所述扭杆本体外侧面设有使用碳纤维复合材料组成的增强层；所述制造方法包括选用优质合金钢毛坯、将毛坯放入环氧树脂液体中浸渍、在毛坯外表面缠绕碳纤维材料、在高温和真空条件下使毛坯进行固化反应等步骤；使用本发明的技术方案，使用简单的工艺技术方法，选用优质的扭杆本体材料，保持了扭杆足够的韧性，提高了扭杆的贮能能力，增加了折叠舵扭杆的抗扭强度、耐热性、耐磨性、耐溶剂性以及稳定性，在导弹高速飞行时，使弹翼可靠地展开，避免了扭杆在长期使用过程中遭到破坏，延长了扭杆的使用寿命，本发明可适用于各类从空中发射的导弹的折叠舵面或翼面。

附图说明

图1是本发明扭杆的横截面结构示意图；

图2是本发明扭杆的整体结构示意图。

图中：1-扭杆本体，2-增强层，3-固化层，11-夹持头。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步说明，但所要求的保护范围并不局限于所述；

本发明提供了一种复合材料折叠舵扭杆，如图1、图2所示，包括扭杆本体1，扭杆本体1外侧面设有使用碳纤维复合材料组成的增强层 2。使用本发明的技术方案，使用简单的工艺技术方法，选用优质的扭杆本体材料，在保持足够的韧性的条件下，保持折叠舵扭杆内足够的贮能能力，增加了折叠舵扭杆的抗扭强度，使折叠舵扭杆能在高速飞行时可靠地展开，适用于各类空中发射导弹的折叠舵面或翼面。

进一步地，所述折叠舵扭杆两端分别设有夹持头11，夹持头11 的横截面优选为矩形或正方形，从而方便安装，折叠舵扭杆一端固定，若向折叠舵扭杆的另一端施加扭矩时，由于折叠舵扭杆整体使用弹性材料制造，因此，施加在折叠舵扭杆上的扭矩即转换为扭杆自身的弹性势能储存起来。

增强层2的材质是牌号为T800的碳纤维。使用本发明提供的技术方案，优选增强层2的材质是牌号为T800的碳纤维，T800碳纤维复合材料是一种新型高强度碳纤维材料，T800碳纤维材料的抗拉强度可达 5.49Gpa，而T800碳纤维材料纤维直径小于5微米，在航天、航空工业等领域获得了广泛的应用。

增强层2外侧还设有固化层3。使用本发明的技术方案，通过在增强层2的外侧设置固化层3，使碳纤维材料与固化层材料相互键合交联成网络结构，形成稳定的表面性能，固化反应过程中释放了大量的热量，从而提高了本发明折叠舵扭杆的强度、耐热性、耐磨性以及耐溶剂性能等。

固化层3的材质是环氧树脂。使用本发明的技术方案，环氧树脂是泛指分子结构中含有两个或两个以上环氧基团的有机化合物，固化后的环氧树脂具有良好的物理、化学性能，并对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，提高了本发明折叠舵扭杆的介电性能，具有较小的变形收缩率，同时固化后的折叠舵扭杆的结构尺寸保持稳定，具有较高的硬度、韧性和耐溶剂性，此外，使用环氧树脂作固化层，其固化反应速度较快，并能够在120～150摄氏度的高温环境下完成固化反应。

扭杆本体1的材质是牌号为MP35N的镍钴铬钼合金钢。使用本发明提供的技术方案，优选扭杆本体1的材质是牌号为MP35N的镍钴铬钼合金钢，MP35N合金是一种无磁的镍钴铬钼合金，具有极高的抗拉强度，其抗拉强度可达2068MPa,同时具有良好的延展性、韧性以及抗腐蚀性，并具有抗硫化、抗氧化性能，其工作温度一般可达到-200～

315℃，可使折叠舵扭杆适用于各种恶劣环境下。

包括以下步骤：

步骤一：制备牌号为MP35N的镍钴铬钼合金钢毛坯；

步骤二：将步骤一中毛坯放入环氧树脂液体中浸渍；使用本发明提供的技术方案，环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机化合物，环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构，由于环氧树脂分子结构中含有性质活泼的环氧基团，使环氧树脂能够与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶的具有三向网状结构的高聚物，固化后的环氧树脂具有良好的物理、化学性能，它对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，介电性能良好，变定收缩率小，制品尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性较好，对碱及大部分溶剂稳定。

步骤三：使用缠绕机将碳纤维材料缠绕于步骤二所述经过浸渍后的毛坯外表面，获得增强层2；进一步地，优选使用纤维缠绕机的型号是3F WM400，增强层2缠绕的厚度约为扭杆本体直径的五分之一。

步骤四：使用涂布机将环氧树脂涂层涂覆于步骤三增强层2的外表面；使用本发明提供的技术方案，优选涂布厚度小于60微米，涂布机滚筒线速度小于12r/min，从而提高涂布均匀性。

骤五：将毛坯放入温度大于100摄氏度的真空条件下，加入固化剂进行固化反应，获得如前所述的复合材料折叠舵扭杆。使用本发明提供的技术方案，由于在固化反应中，各种环氧树脂固化剂的固化温度各不相同，固化物的耐热性也有很大不同，随着固化温度的升高，所获得的工件的耐热性能也逐渐增高，固化温度越高，固化反应的速度也越快，使凝胶时间缩短，因此，使用高温条件下对毛坯进行固化反应有利于提高折叠舵扭杆制件的生产效率，而使固化反应在真空条件下进行，有利于避免其它空气中的杂质对制件性能产生影响，使环氧树脂与碳纤维充分聚合成型。

步骤五中所述固化剂是氨基树脂、双氰胺中的一种。

Claims (3)

1.一种复合材料折叠舵扭杆的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：制备牌号为MP35N的镍钴铬钼合金钢毛坯；

步骤二：将步骤一中所述毛坯放入环氧树脂液体中浸渍；

步骤三：使用缠绕机将碳纤维材料缠绕于步骤二所述经过浸渍后的毛坯外表面，获得增强层(2)；

步骤四：使用涂布机将环氧树脂涂层涂覆于步骤三所述增强层(2)的外表面，在所述增强层(2)外侧形成固化层(3)；

步骤五：将步骤四中毛坯放入温度大于100摄氏度的真空条件下，加入固化剂进行固化反应，获得复合材料折叠舵扭杆，所述复合材料折叠舵扭杆包括扭杆本体(1)，所述扭杆本体(1)外侧面设有使用碳纤维复合材料组成的增强层(2)。

2.如权利要求1所述的一种复合材料折叠舵扭杆的制造方法，其特征在于：步骤五中所述固化剂是氨基树脂、双氰胺中的一种。

3.如权利要求1所述的一种复合材料折叠舵扭杆的制造方法，其特征在于：所述增强层(2)的材质是牌号为T800的碳纤维。

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