CN109109328B - 一种表面无凸起的复合材料夹层板的胶接连接结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表面无凸起的复合材料夹层板的胶接连接结构及其制备方法，属于材料结构领域。本发明提供的结构为连接件A的玻璃纤维增强面板与连接件B的玻璃纤维增强面板形成相互契合的齿型连接，连接件A和B之间使用环氧复合材料粘接剂进行粘接，连接件A的泡沫芯材长度与玻璃纤维增强面板长度一致，连接件B的泡沫芯材长度在连接件B的面板纤维转折处断开，保证插入时与连接件A的契合，使用保温胶水粘接泡沫芯材。本发明复合材料夹层板胶结方式与传统复合材料夹层板胶结方式相比，齿型连接使得胶结面积增加，能够有效保证胶结强度的提升，并且连接后表面无突起，使得结构更符合实际应用，具有广泛的应用前景。

Description

一种表面无凸起的复合材料夹层板的胶接连接结构及其制备 方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料夹层板的胶接连接技术，此技术可实现胶接处材料表面平整无凸起，属于材料结构领域。

背景技术

复合材料夹芯结构由面板和芯材组成，是一种结构复合型材料，具有结构刚度高、质量轻，可设计性良好，能够充分发挥材料复合效应优越性等特点，因而大量应用于航空航天、船舶工业、汽车制造、工程减震和爆炸防护等方面。

复合材料夹芯结构的连接方式主要有机械连接、胶接连接、混合连接等。机械连接包括铆接(一种不可拆卸的连接)、螺接(可传递大载荷，便于装卸，其安装工艺基本与金属结构相同)和专用紧固件连接(用于结构不开闭、难于触及、密封、表面曲率大等情况)，其优点是安全可靠，强度分散性小，能传递大载荷，便于装卸。缺点是开孔引起应力集中，连接效率低，增加紧固件或铆钉的重量，而且采用金属连接件并在结构上开孔，金属连接件能全反射电磁波，开孔会破坏结构的气密性，同时螺栓的存在会使连接处的表面不平整，破坏其隐身性能。胶结连接的优点是不会因钻孔和焊点周围应力集中所引起的疲劳龟裂；连接效率高、结构重量轻；适宜连接异形、异质、薄壁、复杂的零件；表面光滑、外观美观、工艺简便、操作容易，可节省能源，因而具有一定的经济效益。其缺点是胶接性能受环境(湿、热、腐蚀介质)的影响，存在一定的老化问题，且胶接连接后一般不可拆卸，且接头强度受胶的性能影响很大。因此，为满足这类行业对复合材料夹芯结构的迫切需求，急需开发一种无金属连接，面板表面无凸起、制作简单方便且强度大的胶接连接结构。

发明内容

本发明提供了一种表面无凸起的复合材料夹层板的胶接连接结构及其制备方法，目的在于克服传统机械连接导致结构开孔处应力集中且连接处不平整以及传统胶接连接粘接面积小，强度不足的问题。

本发明提供的胶接连接结构无金属连接并且表面无凸起，可以有效地增加纤维增强面板的粘接面积，提升连接处的抗拉强度，而且连接处表面平整，尤其是由于无金属连接件，泡沫芯材之间采用保温胶水粘接，所以可以保证整个结构的保温性能。

本发明提供的一种表面无凸起的复合材料夹层板的胶接连接结构如下：将进行连接的两部分复合材料板分别记为连接件A和连接件B，连接件A的玻璃纤维增强面板与连接件B的玻璃纤维增强面板形成相互契合的齿型连接，且面板连接处的两面必有一面保持平整，每对面板之间形成三个粘接面，使用环氧复合材料粘接剂进行粘接；连接件A的泡沫芯材长度与玻璃纤维增强面板长度一致，连接件B的泡沫芯材长度在连接件B的面板纤维转折处断开，保证插入时与连接件A的契合，使用保温胶水粘接泡沫芯材。

其中连接件A的玻璃纤维增强面板，如图1所示，连接件A的5mm的面板(以上面板为例)在胶结端部发生45°斜向下转折并延伸至胶结另一端部，延伸段分为厚度相等的两部分，一部分的底部与原面板底部持平，另一部分的底部与2倍原面板底部深度持平。泡沫芯材在胶结端部处发生45°斜角颈缩并延伸至胶结另一端部。

连接件B的玻璃纤维增强面板，如图1所示，连接件B的5mm的面板(以上面板为例)在胶结端部发生45°斜向下转折并延伸至胶结另一端部，延伸段分为厚度相等的两部分，一部分的顶部与原面板顶部持平，另一部分的顶部与原面板底部持平。泡沫芯材在胶结端部处发生45°斜角颈缩并切断。

本发明按如下步骤进行制备：

步骤一：如图3和图5所示，利用切片角度可变的切割机切割出所需的斜角模板5和芯材泡沫7、9以及垫块10。

步骤二：如图3和图5所示，将玻璃纤维布6、斜角模板5、泡沫芯材7、9以及垫块10进行合模，然后利用真空注入成型工艺注入树脂，得到连接件A和B的初步成品。

步骤三：切割初步成品，得到所需粘接长度，然后利用粘接剂进行连接件A和B的粘接，得到最终成品。

与现有的产品与技术相比，本发明的优势在于：

1.夹芯结构上下纤维增强面板齿型的连接形式大大增加了面板之间的粘接面积，提升了连接处的抗拉强度，使连接结构质量更可靠。

2.夹芯结构粘连接处面板保持平整，无凸起，可满足许多结构对表面平整度的要求，同时也使得结构更加具有观赏性。

3.整个连接设计无金属构件，避免了金属腐蚀，结构气密性破坏等现象

4.泡沫之间的粘接采用泡沫保温胶水，从而保证了夹芯结构的保温性能不遭受破坏。

附图说明

图1为连接示意图；

图2为泡沫剪裁示意图；

图3为连接件A的材料铺设图；

图4为连接件A的合模；

图5为连接件B的材料铺设图；

图6为连接件B的合模；

图7为粘接剂及插入示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

结合图1-7，本发明的目的可通过以下方式实现：

步骤一：按照所需要的尺寸裁剪编织玻璃纤维布6、泡沫7、9，制作模板5和垫块10。如图2和图4所示，玻璃纤维布6的层数决定了面板8、11的厚度，具体算法为单层编织玻璃纤维厚度乘以铺设层数即得到面板8、11的厚度。如图2所示，取所需厚度的泡沫，在距端部特定距离(所需搭接长度)处切所需角度的斜角，然后上下表面各切除一个梯形泡沫块12A，梯形的厚度为斜角模板5厚度的2倍，即可得到连接件A的合模泡沫芯材7。同理，取所需厚度的泡沫，在距端部特定距离(所需搭接长度)处切所需角度的斜角，然后上下表面各切除一个梯形泡沫块12B，梯形的厚度为斜角模板5的厚度，然后将突出部分在其转折处切开，即可得到连接件B的合模泡沫芯材9和泡沫切除块13。在泡沫切除块13表面均匀涂抹脱模剂即可得到垫块10。取厚度为纤维板厚度的1/2的亚克力板，长宽尺寸取泡沫切除块13尺寸略大即可，在端部切出斜角，角度与合模泡沫芯材7斜角一致，然后在亚克力板表面贴满脱模胶带得到斜角模板5，所需数量为6个。

步骤二：进行合模，利用真空导入成型工艺注入树脂。在平板上铺好真空密封袋，将斜角模板5、玻璃纤维布6、合模泡沫芯材7按照图3所示依次铺设在真空密封袋上，泡沫斜角应与模板斜角契合，由于斜角模板5的尺寸略大于泡沫切除块12，因此铺设时端部三面会出现富余，富余部分有助于固化完成后的拆模。铺设完成之后如图4所示，得到了连接件A的模型，之后密封，真空压缩，然后注入环氧树脂，在常温下进行固化。固化时间为24小时。同理进行连接件B的制作，如图5所示，在真空密封袋上依次铺设斜角模板5、玻璃纤维布6、合模泡沫芯材9以及垫块10，按照连接件A的合模方法完成连接件B的合模，如图6所示，并注入树脂固化。

步骤三：固化完成后，将真空袋去除，用小木槌等工具轻轻敲击斜角模板5和垫块10，撤去模板5和垫块10，得到初始连接件A和B。根据所需要的搭接长度利用切割机器切割出所需长度的齿形接头。如图7所示，在两个连接件的泡沫端部涂上保温胶水4，在树脂基玻璃纤维面板1对接所需要的粘接面均匀涂抹环氧树脂复合材料粘接剂。胶粘剂涂完之后进行插入对接，插入后所形成的小缺口可由环氧复合材料粘接剂填满，定位定型，冷却固化，得到所需要的成品，如图1所示。

本发明还可以包括：

1.纤维材料除了玻璃纤维，还可以是碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、金属纤维等。

2.树脂材料除了环氧树脂，还可以是酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、环氧改性乙烯基树脂等。

3.芯材除了PVE泡沫，还可以是聚氨酯泡沫、岩棉、轻木、橡胶等。

4.成型工艺除了真空注入，还有手糊成型、预浸料等。

本发明提供的结构中，夹芯结构上下纤维增强面板齿型的连接形式大大增加了面板之间的粘接面积，提升了连接处的抗拉强度，使连接结构质量更可靠；

夹芯结构粘连接处面板保持平整，无凸起，可满足许多结构对表面平整度的要求，同时也使得结构更加具有观赏性；

整个连接设计无金属构件，避免了金属腐蚀，结构气密性破坏等现象；

泡沫之间的粘接采用泡沫保温胶水，从而保证了夹芯结构的保温性能不遭受破坏。

本发明提供的这种无金属连接，面板表面无凸起、制作简单方便且强度大的胶接连接结构解决了电磁波的反射、气密性、表面平整性的问题，满足现代结构中刚度高、质量轻，可设计性良好，能够充分发挥材料复合效应优越性等要求，因而可应用于飞机、船舶、结构工程等领域中。

Claims (5)

1.一种表面无凸起的复合材料夹层板的胶接连接结构，包括连接件A和连接件B，连接件A和连接件B由泡沫芯材以及对称布置于泡沫芯材两侧的玻璃纤维增强面板组成，连接件A的玻璃纤维增强面板与连接件B的玻璃纤维增强面板形成相互契合的齿型连接，且玻璃纤维增强面板连接处的两面必有一面保持平整，连接件A和连接件B同一侧相互契合的每对玻璃纤维增强面板之间形成三个粘接面；其特征在于：连接件A的泡沫芯材长度与玻璃纤维增强面板长度一致，连接件B的泡沫芯材长度在连接件B的面板纤维转折处断开。

2.根据权利要求1所述的一种表面无凸起的复合材料夹层板的胶接连接结构，其特征在于：所述的连接件A的玻璃纤维增强面板在胶结端部发生45°斜向下转折并延伸至胶结另一端部，延伸段分为厚度相等的两部分，一部分的底部与原面板底部持平，另一部分的底部与2倍原面板底部深度持平，泡沫芯材在胶结端部处发生45°斜角颈缩并延伸至胶结另一端部。

3.根据权利要求1所述的一种表面无凸起的复合材料夹层板的胶接连接结构，其特征在于：所述的连接件B的玻璃纤维增强面板在胶结端部发生45°斜向下转折并延伸至胶结另一端部，延伸段分为厚度相等的两部分，一部分的顶部与原面板顶部持平，另一部分的顶部与原面板底部持平，泡沫芯材在胶结端部处发生45°斜角颈缩并切断。

4.根据权利要求1所述的一种表面无凸起的复合材料夹层板的胶接连接结构，其特征在于：所述的玻璃纤维增强面板厚度为5mm。

5.一种表面无凸起的复合材料夹层板的胶接连接结构制备方法，其特征在于：

步骤一：按照所需要的尺寸裁剪编织玻璃纤维布(6)、泡沫芯材(7)、泡沫芯材(9)，制作模板(5)和垫块(10)：

取所需厚度的泡沫，在距端部所需搭接长度处切所需角度的斜角，然后上下表面各切除一个梯形泡沫块(12A)，梯形的厚度为斜角模板(5)厚度的2倍，即可得到连接件A的泡沫芯材(7)；

取所需厚度的泡沫，在距端部所需搭接长度处切所需角度的斜角，然后上下表面各切除一个梯形泡沫块(12B)，梯形的厚度为斜角模板(5)的厚度，然后将突出部分在其转折处切开，即可得到连接件B的泡沫芯材(9)和泡沫切除块(13)；

在泡沫切除块(13)表面均匀涂抹脱模剂即可得到垫块(10)；

取厚度为纤维板厚度的1/2的亚克力板，长宽尺寸取大于泡沫切除块(13)，在端部切出斜角，角度与泡沫芯材(7)斜角一致，然后在亚克力板表面贴满脱模胶带得到斜角模板(5)，所需数量为6个；

步骤二：进行合模，利用真空导入成型工艺注入树脂：

在平板上铺好真空密封袋，首先将斜角模板(5)、玻璃纤维布(6)、泡沫芯材(7)依次铺设在真空密封袋上，其中泡沫芯材每侧各交替铺设两层玻璃纤维布与斜角模板，泡沫芯材斜角应与模板斜角契合，得到了连接件A的模型，之后密封，真空压缩，然后注入环氧树脂，在常温下进行固化，固化时间为24小时；

在平板上铺好真空密封袋，在真空密封袋上依次铺设斜角模板(5)、玻璃纤维布(6)、泡沫芯材(9)以及垫块(10)，其中垫块与泡沫芯材有斜角一侧接触并中心对齐，然后泡沫芯材每侧各交替铺设两层玻璃纤维布与一层斜角模板，斜角模板斜角与泡沫芯材斜角契合，得到了连接件B的模型，之后密封，真空压缩，然后注入环氧树脂，在常温下进行固化，固化时间为24小时；

步骤三：固化完成后，将真空袋去除，撤去斜角模板(5)和垫块(10)，得到初始连接件A和初始连接件B，根据所需要的搭接长度利用切割机器切割出所需长度的齿形接头，在两个连接件的泡沫端部涂上保温胶水(4)，在树脂基玻璃纤维面板(1)对接所需要的粘接面均匀涂抹环氧树脂复合材料粘接剂，胶粘剂涂完之后进行插入对接，插入后所形成的小缺口可由环氧复合材料粘接剂填满，定位定型，冷却固化，得到所需要的成品。

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