CN108547836A - 一种碳纤维复合材料与异种材料的连接结构及连接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纤维复合材料与异种材料的连接结构，包括第一构件、碳纤维复合材料构件、第二构件和紧固件，碳纤维复合材料构件设置在第一构件与第二构件之间。碳纤维复合材料构件的一面涂抹高韧性结构胶与第一构件粘接，碳纤维复合材料构件的另一面也涂抹高韧性结构胶与第二构件粘接。碳纤维复合材料构件上设有超差孔，第一构件上设有安装孔Ⅰ，第二构件上设有安装孔Ⅱ，紧固件穿过安装孔Ⅱ、超差孔、安装孔Ⅰ将碳纤维复合材料构件与第一构件、第二构件紧固连接，实现可拆卸连接。在超差孔内设有用于提供紧固件连接时所需支撑力的套筒，超差孔用于补偿碳纤维复合材料构件与第一构件、第二构件之间热膨胀系数不同引起的位置公差。
Description
技术领域
本发明属于碳纤维复合材料连接技术领域，具体涉及一种碳纤维复合材料与异种材料的连接结构及连接方法。
背景技术
随着汽车轻量化的发展，多材料车身成为汽车发展的主流方向。碳纤维复合材料因密度小、强度比模量高、集成度高等特点在汽车领域掀起了一股热潮。碳纤维复合材料在汽车上的使用需要与金属材料进行连接，而碳纤维复合材料/金属之间的可靠连接，对于碳纤维复合材料在汽车行业中得到推广和应用起到关键的作用。
碳纤维复合材料在汽车的应用过程中，部分零件不可避免的需要与白车身进行共线过电泳高温烘烤，并且汽车在使用过程中还可能处于温度较极端的恶劣的环境下，而碳纤维复合材料与金属之间的热膨胀系数不同，会导致两种材料的伸缩量存在较大差异，可导致连接处产生胶层开裂、应力集中甚至出现连接失效的风险。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种碳纤维复合材料与异种材料的连接结构及连接方法，该连接结构及连接方法可补偿碳纤维复合材料构件与金属构件之间由于热膨胀系数不同引起的位置公差。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种碳纤维复合材料与异种材料的连接结构，包括第一构件、碳纤维复合材料构件、第二构件和紧固件，所述碳纤维复合材料构件设置在所述第一构件与所述第二构件之间，所述碳纤维复合材料构件上设有超差孔，所述第一构件上设有安装孔Ⅰ，所述第二构件上设有安装孔Ⅱ，所述紧固件穿过安装孔Ⅱ、超差孔、安装孔Ⅰ将碳纤维复合材料构件与第一构件、第二构件紧固连接。
进一步的，所述碳纤维复合材料构件的一面涂抹高韧性结构胶与第一构件粘接，所述碳纤维复合材料构件的另一面也涂抹高韧性结构胶与第二构件粘接。
进一步的，所述连接结构还包括套筒，所述套筒设置所述超差孔内，所述超差孔的内壁与所述套筒的外壁之间留有间隙，所述套筒的内径与所述紧固件的外径适配。
进一步的，所述套筒为经过防腐处理的金属套筒，所述套筒的高度等于所述碳纤维复合材料构件的厚度与设置在所述碳纤维复合材料构件两面的高韧性结构胶胶层厚度之和。
进一步的，所述紧固件上设有一层用于避免电化学腐蚀的热塑性胶膜，所述紧固件为带有较大法兰边的螺栓或铆钉。
进一步的，所述第一构件和所述第二构件为同种金属构件或异种金属构件。
进一步的，所述超差孔为圆形孔或腰形孔。
本发明还涉及一种碳纤维复合材料与异种材料连接方法，所述连接方法包括如下步骤：
步骤1.在所述碳纤维复合材料构件的一面涂满所述高韧性结构胶后与第一构件粘接在一起；
步骤2.将经过防腐处理的金属套筒放入所述碳纤维复合材料构件的超差孔中；
步骤3.将所述碳纤维复合材料构件的一面涂满所述高韧性结构胶后与第二构件粘接在一起；
步骤4.在所述紧固件上预涂一层均匀且较薄的热塑性胶膜；
步骤5.所述紧固件依次穿过安装孔Ⅱ、超差孔、安装孔Ⅰ将碳纤维复合材料构件与第一构件、第二构件紧固连接在一起。
采用本发明技术方案的优点为：
1.本发明在第一构件、第二构件和碳纤维复合材料构件之间涂抹高韧性结构胶，不仅可以增加碳纤维复合材料构件与第一构件、第二构件连接的可靠性，还可以避免由于金属构件即第一构件、第二构件与碳纤维复合材料构件之间的电位差不同引起电化学腐蚀的现象。
2.本发明紧固件上设有一层均匀且较薄的热塑性胶膜，具有绝缘作用，可避免电化学腐蚀现象的发生，同时规避现有技术中湿法装配不可拆卸、影响外观及其它相邻零部件性能的问题；此外，紧固件为带有较大法兰边的螺栓或铆钉，带有较大法兰边的螺栓或铆钉可增加紧固件与第一构件或第二构件的接触面积，分散应力，避免出现应力集中的现象，进一步增强了结构强度。
3.本发明的超差孔用于补偿碳纤维复合材料构件与第一构件、第二构件之间热膨胀系数不同引起的位置公差；即第一构件、第二构件和碳纤维复合材料构件在温度发生变化引起各自伸缩量不同时，紧固件与套筒一起发生相对于超差孔移动，对由于热膨胀系数不同引起的位置公差进行补偿；该方法保证了碳纤维复合材料与金属连接中连接的可靠性。
4.本发明在超差孔内设置套筒，不仅可以实现对胶层厚度的控制，还可以解决紧固件连接时所需的支撑力，而且可以避免碳纤维复合材料构件被压溃，同时避免紧固件周围高韧性结构胶胶层受到挤压出现厚度不均、缺胶等缺陷；此外，该套筒为独立的构件，生产工艺简单。
5.本发明的连接结构及连接方法对于碳纤维复合材料在汽车中推广应用有着重要的作用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明碳纤维复合材料与异种材料的连接结构的剖视图。
图2为本发明碳纤维复合材料与异种材料的连接结构的正视图
图3为本发明碳纤维复合材料与异种材料的连接结构的整体结构示意图。
上述图中的标记分别为：1、第一构件；2、第二构件；21、安装孔Ⅱ；3、碳纤维复合材料构件；31、超差孔；4、紧固件；41、热塑性胶膜；5、高韧性结构胶；6、套筒。
具体实施方式
在本发明中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1、图2、图3所示一种碳纤维复合材料与异种材料的连接结构，其特征在于：包括第一构件1、碳纤维复合材料构件3、第二构件2和紧固件4，碳纤维复合材料构件3设置在第一构件1与第二构件2之间。碳纤维复合材料构件3的一面涂抹高韧性结构胶5与第一构件1粘接，碳纤维复合材料构件3的另一面也涂抹高韧性结构胶5与第二构件2粘接。第一构件1和第二构件2为同种金属构件或异种金属构件，在第一构件1、第二构件2和碳纤维复合材料构件3之间涂抹高韧性结构胶5，不仅可以增加碳纤维复合材料构件3与第一构件1、第二构件2粘接的牢固性，还可以避免由于金属构件即第一构件1、第二构件2与碳纤维复合材料构件3之间的电位差不同引起电化学腐蚀的现象。
碳纤维复合材料构件3上设有超差孔31，第一构件1上设有安装孔Ⅰ11，第二构件2上设有安装孔Ⅱ21，紧固件4穿过安装孔Ⅱ21、超差孔31、安装孔Ⅰ11将碳纤维复合材料构件3与第一构件1、第二构件2紧固连接，实现可拆卸连接。紧固件4上设有一层均匀且较薄的热塑性胶膜41，具有绝缘作用，可避免电化学腐蚀现象的发生，同时规避现有技术中湿法装配不可拆卸、影响外观及其它相邻零部件性能的问题。优选的，紧固件4为带有较大法兰边的螺栓或铆钉，带有较大法兰边的螺栓或铆钉可增加紧固件4与第一构件1或第二构件2的接触面积，分散应力，避免出现应力集中的现象，进一步增强了结构强度。
上述连接结构还包括，套筒6设置超差孔31内，超差孔31的内壁与套筒6的外壁之间留有间隙，该间隙用于补偿由于不同材料热膨胀系数不同而引起的不同伸缩量，套筒6的内径与紧固件4的外径适配。紧固件4为一种可拆卸的连接方式，而且超差孔31的内壁与套筒6的外壁之间留有间隙，紧固件4能在一定范围内能够在超差孔中发生相对移动，超差孔31用于补偿碳纤维复合材料构件3与第一构件1、第二构件2之间热膨胀系数不同引起的位置公差。即第一构件1、第二构件2和碳纤维复合材料构件3在温度发生变化引起各自伸缩量不同时，紧固件4能够在一定范围内发生相对移动，对由于热膨胀系数不同引起的位置公差进行补偿。优选的，超差孔31为圆形孔或腰形孔，根据实际需求进行设计。
优选的，套筒6为经过防腐处理的金属套筒，套筒6的高度等于碳纤维复合材料构件3的厚度与设置在碳纤维复合材料构件3两面的高韧性结构胶5胶层厚度之和，这样的设计在一定情况下可实现对胶层厚度的控制。由于碳纤维复合材料构件3比较脆，受到挤压极其容易被压溃，所以在超差孔31内设置套筒6，不仅可以解决紧固件4连接时所需的支撑力，还可以避免碳纤维复合材料构件3被压溃，同时避免紧固件4周围高韧性结构胶5胶层受到挤压出现厚度不均、缺胶等缺陷。
本发明的超差孔31可补偿汽车用碳纤维复合材料与金属连接在进行电泳烘烤或在较恶劣的环境温度下使用时，由于二种材料的热膨胀系数不同导致的伸缩量差异；同时，本发明在紧固件4上预涂一层均匀且较薄的热塑性胶膜，然后再进行连接，可避免电化学腐蚀现象的发生；此外，本发明的连接为一种可拆卸的连接方式，可规避湿法装配带来的一些问题。
基于上述碳纤维复合材料与异种材料的连接结构，对碳纤维复合材料与异种材料连接方法进行详细阐述。一种碳纤维复合材料与异种材料连接方法包括如下步骤：
步骤1.在碳纤维复合材料构件3的一面涂满高韧性结构胶5后与第一构件1粘接在一起；
步骤2.将经过防腐处理的金属套筒6放入碳纤维复合材料构件3的超差孔31中；
步骤3.将碳纤维复合材料构件3的一面涂满高韧性结构胶5后与第二构件2粘接在一起；
步骤4.在紧固件4上预涂一层均匀且较薄的热塑性胶膜41；
步骤5.紧固件4依次穿过安装孔Ⅱ21、超差孔31、安装孔Ⅰ11将碳纤维复合材料构件3与第一构件1、第二构件2紧固连接在一起。
本发明提供的碳纤维复合材料与异种材料连接方法也适用于两个构件的连接，即碳纤维复合材料构件与一个金属构件连接，两个构件连接时需要对套筒6的高度进行改变，套筒6的高度等于碳纤维复合材料构件3的厚度与设置在碳纤维复合材料构件3一个面上的高韧性结构胶5胶层厚度之和。
汽车用碳纤维复合材料与金属材料连接在进行共线电泳烘烤或在较恶劣的环境温度下使用时，由于两种材料的热膨胀系数不同导致伸缩量存在差异，本发明提供的碳纤维复合材料与异种材料的连接结构及连接方法，可允许紧固件在一定范围内在超差孔中发生移动，从而补偿这种位置公差。本发明的连接结构及连接方法对于碳纤维复合材料大量应用于汽车中有着重要的作用。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种碳纤维复合材料与异种材料的连接结构，其特征在于：包括第一构件(1)、碳纤维复合材料构件(3)、第二构件(2)和紧固件(4)，所述碳纤维复合材料构件(3)设置在所述第一构件(1)与所述第二构件(2)之间，所述碳纤维复合材料构件(3)上设有超差孔(31)，所述第一构件(1)上设有安装孔Ⅰ(11)，所述第二构件(2)上设有安装孔Ⅱ(21)，所述紧固件(4)穿过安装孔Ⅱ(21)、超差孔(31)、安装孔Ⅰ(11)将碳纤维复合材料构件(3)与第一构件(1)、第二构件(2)紧固连接。
2.如权利要求1所述的一种碳纤维复合材料与异种材料的连接结构，其特征在于：所述碳纤维复合材料构件(3)的一面涂抹高韧性结构胶(5)与第一构件(1)粘接，所述碳纤维复合材料构件(3)的另一面也涂抹高韧性结构胶(5)与第二构件(2)粘接。
3.如权利要求2所述的一种碳纤维复合材料与异种材料的连接结构，其特征在于：所述连接结构还包括套筒(6)，所述套筒(6)设置所述超差孔(31)内，所述超差孔(31)的内壁与所述套筒(6)的外壁之间留有间隙，所述套筒(6)的内径与所述紧固件(4)的外径适配。
4.如权利要求3所述的一种碳纤维复合材料与异种材料的连接结构，其特征在于：所述套筒(6)为经过防腐处理的金属套筒，所述套筒(6)的高度等于所述碳纤维复合材料构件(3)的厚度与设置在所述碳纤维复合材料构件(3)两面的高韧性结构胶(5)胶层厚度之和。
5.如权利要求1至4任意一项所述的一种碳纤维复合材料与异种材料的连接结构，其特征在于：所述紧固件(4)上设有一层用于避免电化学腐蚀的热塑性胶膜(41)，所述紧固件(4)为带有较大法兰边的螺栓或铆钉。
6.如权利要求5所述的一种碳纤维复合材料与异种材料的连接结构，其特征在于：所述第一构件(1)和所述第二构件(2)为同种金属构件或异种金属构件。
7.如权利要求5所述的一种碳纤维复合材料与异种材料的连接结构，其特征在于：所述超差孔(31)为圆形孔或腰形孔。
8.一种碳纤维复合材料与异种材料连接方法，如权利要求1至7任意一项所述的一种碳纤维复合材料与异种材料的连接结构，所述连接方法包括如下步骤：步骤1.在所述碳纤维复合材料构件(3)的一面涂满所述高韧性结构胶(5)后与第一构件(1)粘接在一起；
步骤2.将经过防腐处理的金属套筒(6)放入所述碳纤维复合材料构件(3)的超差孔(31)中；
步骤3.将所述碳纤维复合材料构件(3)的一面涂满所述高韧性结构胶(5)后与第二构件(2)粘接在一起；
步骤4.在所述紧固件(4)上预涂一层均匀且较薄的热塑性胶膜(41)；
步骤5.所述紧固件(4)依次穿过安装孔Ⅱ(21)、超差孔(31)、安装孔Ⅰ(11)将碳纤维复合材料构件(3)与第一构件(1)、第二构件(2)紧固连接在一起。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| AD01 | Patent right deemed abandoned |
Effective date of abandoning: 20210427 |
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