CN108162437A - 碳纤维杆件的修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纤维杆件的修复方法，具体步骤包括：（10）方案分析；（20）机加工：依分析方案做降面加工；（30）组接；（40）裁片；（50）铺层：将裁切好的碳纤维预浸料依结构叠层顺序与方向铺放；（60）固化：铺层完成后用高温有孔隔离膜将修复区域包裹一周，放入修复装置的修复模腔内加热固化；（70）涂装：将修复区补磨平顺后，进行杆件喷漆。本发明碳纤维杆件的修复方法，采用铝管胶接和碳纤维预浸料铺设固化相结合的方法，并采用专有的修复装置，一方面可以保证修复后杆件不低于原杆件的尺寸精度，另一方面可以保证产品层间结合紧密，使修复后的产品强度不低于杆件原有强度。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维领域，特别是涉及一种碳纤维杆件的修复方法。
背景技术
碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500MPa以上，是钢的7-9倍，抗拉弹性模量为230-430GPa亦高于钢。用碳纤维制成的杆件或管具有质量更轻、强度更强的优点。
现有的碳纤维杆件在出现裂缝或者断裂的情况下，只能废弃，这是极大的浪费，大大了增加了碳纤维杆件的使用成本。
因此亟需要一种碳纤维杆件的修复方法，可以对碳纤维杆件进行修复，而不影响碳纤维杆件的机械性能，还可以保证修复的精度。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种碳纤维杆件的修复方法，能够对碳纤维杆件进行高精度修复。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种碳纤维杆件的修复方法，具体步骤包括：
（10）方案分析：根据杆件的断裂与损伤程度分析杆件的修复方案；
（20）机加工：依分析方案做降面加工；
（30）组接 ：将断裂后的两段杆件用用结构胶与适配的铝管组接，所述铝管安装连接于两段杆件的内部，并用结构胶将铝管的外表面和杆件的内表面进行胶接；
（40）裁片：依结构设计的角度、顺序、尺寸和数量裁切对应的碳纤维预浸料 ；
（50）铺层 ：将裁切好的碳纤维预浸料依结构叠层顺序与方向铺放；
（60）固化：铺层完成后用高温有孔隔离膜将修复区域包裹一周，放入修复装置的修复模腔内加热固化；
（70）涂装：将修复区补磨平顺后，进行杆件喷漆。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（20）中，将待修复的碳纤维杆件的连接处，加工成至少包括三个台阶的阶梯状。
在本发明一个较佳实施例中，相邻两个所述台阶的阶梯差相同。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（30）包括：
（31）粗化：将杆件与铝管粘接面打磨粗化；
（32）清洗：将杆件与铝管粘接面清洗干净并晾干；
（33）上胶：在粘接面均匀涂抹结构胶；
（34）固化：用修复装置的水平台上的固定装置调节杆件的总长，并用百分表配合直线导轨测量杆件的直线度，调节完成后，用所述固定装置固定杆件后将铝管与杆件进行胶接并固化。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（50）中，所述碳纤维预浸料根据纤维的方向交叉铺设。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（60）具体包括：
（61）铺放有孔隔离膜：将隔离膜平顺的铺放于铺好预浸料的表面；
（62）将铺放完成的产品放入模腔内有膨胀硅胶的修复模具内；
（63）固化：将模具锁紧接上温控器并插上电源加热模具固化产品，固化温度范围为130℃-150℃，固化时间范围为240min-300min；
（64）取模：待修复产品的预浸料固化完全后打开模具，取出产品。
在本发明一个较佳实施例中，所述修复装置包括：工作台、测量机构、固定机构和修复模具；
所述固定机构安装在所述工作台的安装平面上，用于安装固定待修复的碳纤维杆件；
所述测量机构安装在所述工作台的安装平面上，并位于所述固定机构附近；
所述修复模具包括上模、和所述上模配合的下模、分别安装在所述上模和下模内的加热装置和位于所述上模和下模配合形成的空腔内的膨胀硅胶；
所述修复模具安装在所述待修复的碳纤维杆件的待修复位置。
在本发明一个较佳实施例中，所述测量机构包括导轨滑轨组件和带基座的百分表，所述百分表安装在所述导轨上，所述导轨滑轨组件与所述待修复的碳纤维杆件平行。
在本发明一个较佳实施例中，所述固定机构包括至少两组安装组件，所述安装组件包括连接底板、压板装置、T型块和螺杆，所述T型块安装在所述工作台上，所述连接底板位于所述T型块上面，所述压板装置压在待修复的碳纤维杆件的一端的上表面，所述螺杆依次穿过所述压板装置压、所述连接底板和所述T型块进行锁紧固定。
在本发明一个较佳实施例中，所述修复模具为可移动结构，当进行修复工作时，所述修复模具移动安装在所述待修复的碳纤维杆件的待修复位置。
本发明的有益效果是：本发明碳纤维杆件的修复方法，采用铝管胶接和碳纤维预浸料铺设固化相结合的方法，并采用专有的修复装置，一方面可以保证修复后杆件不低于原杆件的尺寸精度，另一方面可以保证产品层间结合紧密，使修复后的产品强度不低于原有强度。
附图说明
图1是本发明碳纤维杆件的修复方法一较佳实施例的流程示意图；
图2是本发明碳纤维杆件的修复结构示意图；
图3为机加工后的待修复碳纤维杆件的截面图；
图4是本发明碳纤维杆件的修复方法的专用修复装置一较佳实施例的结构示意图；
图5是图4所示碳纤维杆件的修复装置的侧视结构示意图；
图6是图5的局部放大图；
图7是图4中所示的修复模具的结构示意图；
图8是图7中所示的下模的结构示意图。
附图中各部件的标记如下：1-工作台、11-安装平台、2-测量机构、21-带基座的百分表、22-导轨滑轨组件、3-固定机构、31-T型块、32-连接底板、33-螺杆、34-压板装置、4-修复模具、41-隔热板、42-上模、43-膨胀硅胶、44-下模、45-加热装置、46-分模线、47撬模角、48-导柱导套、5-待修复的碳纤维杆件、51-杆件本体、52-连接铝管、53-结构胶层、54-碳纤维预浸料铺设层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1所示，本发明实施例包括：
一种碳纤维杆件的修复方法，具体步骤包括：
（10）、方案分析：根据杆件的断裂与损伤程度分析杆件的修复方案，确定铺层厚度/方向，考虑如何分散杆件受力时的应力集中。
（20）、机加工：依分析方案做降面加工；即将待修复的碳纤维杆件的连接处，加工成至少包括三个台阶的阶梯状，相邻两个所述台阶的阶梯差相同。如图2和3所示的实施例中，待修复的产品为方形杆件，4个角均为R20，产品断裂处截断长度为150mm，截断后两边需均匀铣相同的3个台阶，每一台阶高2mm，长100mm，且每个台阶需与主体平行。产品铣台阶区域中的金属件需铣掉。本实施例图示为方形杆件，其他截面形状的杆件如圆形、多边形等等的杆件也可以采用本发明的方法进行修复。
（30）、组接 ：将断裂后的两段杆件用结构胶与适配的铝管组接，所述铝管安装连接于两段杆件的内部，并用结构胶将铝管的外表面和杆件的内表面进行胶接；具体还包括：
（31）、粗化：将杆件与铝管粘接面打磨粗化；
（32）、清洗：将杆件与铝管粘接面清洗干净并晾干；
（33）上胶：在粘接面均匀涂抹双组份环氧结构胶；
（34）第一次固化：用图4所示的修复装置的水平台上的固定装置的胶结工装调节待修复杆件的总长，并用百分表配合直线导轨测量杆件的直线度，保证修复后杆件不低于原杆件的尺寸精度。用所述固定装置固定杆件后，将铝管与杆件进行胶接并固化，常温下固化12H。
（40）裁片：依结构设计的角度/顺序/尺寸/数量裁切对应的碳纤维预浸料。
（50）铺层 ：将裁切好的碳纤维预浸料严格依结构叠层顺序与方向铺放（如图2），充分发挥碳纤维的单向受力特性。
（60）第二次固化：铺层完成后用高温有孔隔离膜将修复区域包裹一周，放如模腔内（模穴内有热膨胀硅胶，模具带自加热温控系统）加热固化（如图7），保证产品层间结合紧密，使修复后的产品强度不低于原有强度。
具体包括：（61）铺放有空隔离膜：将隔离膜平顺的铺放于铺好预浸料的表面；
（62）将铺放完成的产品放入模腔内有膨胀硅胶的修复模具内；
（63）固化：将模具锁紧接上温控器并插上电源加热模具固化产品，固化温度范围为130℃-150℃，固化时间范围为240min-300min；
（64）取模：待修复产品的预浸料固化完全后打开模具，取出待修复产品。
（70）涂装：将修复区补磨平顺后，进行杆件喷漆（色号：依原杆件油漆色号）。
图2所示为待修复杆件件的修复部分的结构示意图，待修复部分包括杆件本体51、连接铝管52、结构胶层53和碳纤预浸料铺设层54。连接铝管52的长度H需大于两根待连接杆件的第二阶梯之间的距离h3，h1为两根待连接杆件的距离，h2为两根待连接杆件的第三阶梯之间的距离，h4为两根待连接杆件的第一阶梯之间的距离。
图3所示为机加工的待修复碳纤维杆件的截面图，机加工后形成3个台阶，L1为杆件本体的内壁长度，L2为第三阶梯的长度，L3为第二阶梯的长度，L4为第一阶梯的长度，L5为杆件本体的外壁长度，各长度依次减小，在本实施例中相邻长度的差值相等，并且差值小于等于4mm。
图4至图8所示为，本发明碳纤维杆件的修复方法的专用修复装置。
一种碳纤维杆件的修复装置，包括：工作台1、测量机构2、固定机构3和修复模具4。
所述工作台1包括安装平台11，优选地，所述工作台1的安装平台11的平面度小于0.04mm。所述工作台1的安装平台11的长度配合待修复的碳纤维杆件5的长度，最大可达到5米。
所述固定机构3，安装在所述工作台1的安装平面11上，用于安装固定待修复的碳纤维杆件5。所述固定机构3包括至少两组安装组件，两组所述安装组件分别位于待修复的碳纤维杆件的两端。所述安装组件包括连接底板32、压板装置34、T型块31和螺杆33。所述T型块的T型尾端有螺纹孔，所述T型块31倒埋在所述工作台的安装平面内。所述连接底板32位于所述T型块31上面。固定时，所述压板装置34压在待修复的碳纤维杆件5的一端的上表面，所述螺杆33依次穿过所述压板装置34、所述连接底板32和所述T型块31进行锁紧固定。优选地，所述待修复的碳纤维杆件的安装线上还有若干安装座结构，根据需要将两组所述安装组件安装在需要的安装座上。
所述测量机构2安装在所述工作台1的安装平面11上，并位于所述固定机构3附近。所述测量机构2包括导轨滑轨组件22和带基座的百分表21，所述百分表安装在所述导轨上，所述导轨滑轨组件与所述待修复的碳纤维杆件平行。所述导轨滑轨组件的导轨的直线度小于0.02mm。
所述修复模具4安装在所述待修复的碳纤维杆件5的待修复位置。所述修复模具包括上模42、膨胀硅胶43、下模44和加热装置45。所述上模42和所述下模43相互配合形成一个可防止待修复的碳纤维杆件5的空腔，所述膨胀硅胶43防止在所述空腔内并包括在所述待修复的碳纤维杆件5的待修复位置的外部；所述加热装置45分别安装在所述上模42和所述下模44内。所述修复模具4还包括隔热板31，所述隔热板31分别安装在所述上模42和所述下模44的外表面。所述下模44的分模线46平面上有撬模角47。所述上模42和所述下模44为铝制模具。所述加热装置45为热电偶，所述热电偶连接加热温控系统。本实施例中，所述上模42和下模44呈“┌”状，并包括相互配合的导柱和导柱导套38。优选地，所述修复模具4为可移动结构，当进行修复工作时，所述修复模具4移动安装在所述待修复的碳纤维杆件5的待修复位置。这样可以方便所述待修复的碳纤维杆件5的安装和校正位置。
当进行修复工作时，将待修复产品放入修复模具内，锁紧修复模具定位，定型，热膨胀硅胶接受来自模具的热量膨胀，向产品修复区施加压力并传导热量，修复的碳纤维预浸料在加热加压的条件下固化，保证产品内部结构强度。
本发明碳纤维杆件的修复方法，采用铝管胶接和碳纤维预浸料铺设固化相结合的方法，并采用专有的修复装置，一方面可以保证修复后杆件不低于原杆件的尺寸精度，另一方面可以保证产品层间结合紧密，使修复后的产品强度不低于杆件原有强度。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种碳纤维杆件的修复方法，其特征在于，具体步骤包括：
（10）方案分析：根据杆件的断裂与损伤程度分析杆件的修复方案；
（20）机加工：依分析方案做降面加工；
（30）组接 ：将断裂后的两段杆件用结构胶与适配的铝管组接，所述铝管安装连接于两段杆件的内部，并用结构胶将铝管的外表面和杆件的内表面进行胶接；
（40）裁片：依结构设计的角度、顺序、尺寸和数量裁切对应的碳纤维预浸料 ；
（50）铺层 ：将裁切好的碳纤维预浸料依结构叠层顺序与方向铺放；
（60）固化：铺层完成后用高温有孔隔离膜将修复区域包裹一周，放入修复装置的修复模腔内加热固化；
（70）涂装：将修复区补磨平顺后，进行杆件喷漆。
2.根据权利要求1所述的碳纤维杆件的修复方法，其特征在于，所述步骤（20）中，将待修复的碳纤维杆件的连接处，加工成至少包括三个台阶的阶梯状。
3.根据权利要求2所述的碳纤维杆件的修复方法，其特征在于，相邻两个所述台阶的阶梯差相同。
4.根据权利要求1所述的碳纤维杆件的修复方法，其特征在于，所述步骤（30）包括：
（31）粗化：将杆件与铝管粘接面打磨粗化；
（32）清洗：将杆件与铝管粘接面清洗干净并晾干；
（33）上胶：在粘接面均匀涂抹结构胶；
（34）固化：用修复装置的水平台上的固定装置调节杆件的总长，并用百分表配合直线导轨测量杆件的直线度，调节完成后，用所述固定装置固定杆件后，将铝管与杆件进行胶接并固化。
5.根据权利要求1所述的碳纤维杆件的修复方法，其特征在于，所述步骤（50）中，所述碳纤维预浸料根据纤维的方向交叉铺设。
6.根据权利要求1所述的碳纤维杆件的修复方法，其特征在于，所述步骤（60）具体包括：
（61）铺放有孔隔离膜：将隔离膜平顺的铺放于铺好预浸料的表面；
（62）将铺放完成的产品放入模腔内有膨胀硅胶的修复模具内；
（63）固化：将模具锁紧接上温控器并插上电源加热模具固化产品，固化温度范围为130℃-150℃，固化时间范围为240min-300min；
（64）取模：待修复产品的预浸料固化完全后打开模具，取出产品。
7.根据权利要求1所述的碳纤维杆件的修复方法，其特征在于，所述修复装置包括：工作台、测量机构、固定机构和修复模具；
所述固定机构安装在所述工作台的安装平面上，用于安装固定待修复的碳纤维杆件；
所述测量机构安装在所述工作台的安装平面上，并位于所述固定机构附近；
所述修复模具包括上模、和所述上模配合的下模、分别安装在所述上模和下模内的加热装置和位于所述上模和下模配合形成的空腔内的膨胀硅胶；
所述修复模具安装在所述待修复的碳纤维杆件的待修复位置。
8.根据权利要求7所述的碳纤维杆件的修复方法，其特征在于，所述测量机构包括导轨滑轨组件和带基座的百分表，所述百分表安装在所述导轨上，所述导轨滑轨组件与所述待修复的碳纤维杆件平行。
9.根据权利要求7所述的碳纤维杆件的修复方法，其特征在于，所述固定机构包括至少两组安装组件，所述安装组件包括连接底板、压板装置、T型块和螺杆，所述T型块安装在所述工作台上，所述连接底板位于所述T型块上面，所述压板装置压在待修复的碳纤维杆件的一端的上表面，所述螺杆依次穿过所述压板装置压、所述连接底板和所述T型块进行锁紧固定。
10.根据权利要求7所述的碳纤维杆件的修复方法，其特征在于，所述修复模具为可移动结构，当进行修复工作时，所述修复模具移动安装在所述待修复的碳纤维杆件的待修复位置。
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