CN114103182B - 一种定向纤维增强的胶接连接方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种定向纤维增强的胶接连接方法，属于复合材料零件连接技术领域，该方法先处理连接端的外形；在两个调整片连接端端面上钻孔；在碳纤维丝端头处涂胶粘剂；用碳纤维丝束引导端分别在两个调整片对接端面的孔穿插，通过两端孔引导碳纤维丝束在调整片之间形成定向纤维束，拉紧纤维束使调整片两端对齐；将填料注入两个调整片对合后形成的空腔内，填料固化后去除调整片上的胶带，在调整片对接处外表面进行表面处理；按打磨区大小裁剪碳纤维织物；调制双组份环氧树脂胶粘剂，将胶粘剂浸润碳纤维织物后以调整片对接缝为中心铺放。能有效保证连接后复合材料结构件强度，减少结构属性的改变，制造成本低，便于实施，用于复合材料零件连接。

Description

一种定向纤维增强的胶接连接方法

技术领域

本申请属于复合材料零件连接技术领域，尤其涉及一种定向纤维增强的胶接连接方法。

背景技术

飞机在研制阶段需要大量的结构零件进行力学性能试验，其中，复合材料结构件更是需要进行大量的验证试验来确保其结构性能满足预期的目标。带有腔体结构的复合材料典型结构件如定翼机的机翼和尾翼系统中的舵面结构件和调整片等，带有多个腔体的特点。而这类产品结构的长短，大小，角度均影响舵面的气动性能，尤其是在飞机飞行过程中会影响舵面操纵力的大小。在飞机研制过程中，往往需要不断的调整该类零件的外形来进行验证试验和飞行试验。另外在已经交付使用的飞机中，往往因为意外等情况如鸟类撞击、刮蹭、磕碰、导致该类结构件造成损伤。该类零件在飞机系统中属于动部件，对自身结构强度要求较高，一般情况下，在发现存在损伤后就需要更换。但是如果修复后该类零件具备较高的强度，能够满足使用的要求，则可经修复后再次使用，即节约了成本，也减少了浪费。

相关技术中，修理和改装方法是补强式修理，即在原有基础上进行弥补，对于损伤而言则去除掉损伤区破损部位后再利用模具等进行复原式的加工。此种修理方法修理周期长，修理成本高，需要使用加温设备和模具，工作量大且工艺复杂，对操作者技能要求较高，工作环境要求比较苛刻，同时由于需要加温故对未损伤部位具有较大的风险，修理后的强度恢复不理想，零件的结构外形存在一定的改变。而对于一些改装则常常使用铆接等机械连接的方式进行改装，这就需要放弃一些气动性能，在零件表面加装加固板并钻孔和铆接，该类改装为不可逆式改装，一旦改装完毕就很难恢复原状。另外该类型的改装方式因为需要破坏原有的结构，如钻孔等，使得试验的结果存在了一定的偏离。

因此，需要一种新的修理或改装的方法来尽可能的使修理或改装后的零件不改变原有结构属性，外形无明显变化，可恢复至改装前的状态，还能够达到高强度的要求，不影响使用或试验的结果。同时还不需要过多的模具、设备、大量的材料，具备成本低、工艺简单、对工作环境的要求不苛刻、制造周期短等特点的泡沫夹层结构复合材料零件连接工艺方法。

发明内容

为了解决相关技术中的问题，本发明提供一种能够有效的修补和改装腔体结构复合材料产品的方法，是实现高强度、低成本目标的复合材料结构件连接方法，可有效保证连接后的复合材料结构件的强度，减少结构属性的改变，具备制造成本低，便于实施的特点。所述技术方案如下：

一种定向纤维增强的胶接连接方法，所述方法包括：

分别处理两个连接端的外形，将连接端的型面贴合紧密；

分别在两个调整片连接端的端面上钻孔，孔深达到泡沫区，两个端面上孔的位置相互对应，将两个端面的孔与孔之间的泡沫挖穿，形成上下之间的通路；

在碳纤维丝端头处涂胶粘剂，胶粘剂固化后的碳纤维丝束端头变硬，成为整个丝束的引导端；

用碳纤维丝束的引导端分别在两个调整片对接端面的孔穿插，通过两端的孔引导碳纤维丝束在调整片之间形成定向纤维束，拉紧纤维束使调整片的两端对齐，固定调整片后将对接缝密封；

调制胶粘剂并加入微粉，使其粘度加大，成为填料，将填料注入两个调整片对合后形成的空腔内，填料固化后去除调整片上的胶带，

在两个调整片对接处的外表面进行表面处理，打磨外表面，打磨的范围在对接处周围区域，去除复合材料调整片外表面的树脂层，将外表面擦拭干净；

在调整片对接处打磨区外围贴胶带以保护未打磨区域，按打磨区的大小裁剪碳纤维织物；

调制双组份环氧树脂胶粘剂，将胶粘剂浸润碳纤维织物后以调整片对接缝为中心铺放，并抽真空加压。

其中，将连接端的型面贴合紧密，包括：

通过切割或打磨的方式将连接端的型面贴合紧密，且贴合处的间隙不大于2mm。

其中，调整片连接端的端面上孔的深度至少为10mm，两个端面上孔由上至下呈三角形排列。

其中，将两个端面的孔与孔之间的泡沫挖穿，包括：

使用金属钩分别将两个端面的孔与孔之间的泡沫挖穿。

其中，在碳纤维丝端头处涂胶粘剂，包括：

在碳纤维丝端头处10mm的部分涂胶粘剂并手工成捻。

其中，将对接缝密封，包括：

通过胶带将对接缝密封。

其中，将填料注入两个调整片对合后形成的空腔内，包括：

通过注射器将填料注入两个调整片对合后形成的空腔内，第一次注满后静置15分钟后再进行一次补注。

其中，每块碳纤维织物的大小以10mm的尺寸递减，裁剪至少3块织物。

其中，将胶粘剂浸润碳纤维织物后以调整片对接缝为中心铺放，包括：

先铺放最小尺寸的织物，然后逐层铺放较大尺寸的织物，

抽真空加压，包括：

使用真空袋抽真空加压。

本发明提供的一种定向纤维增强的胶接连接方法具有以下有益效果：

1.使填料中存在定向纤维束，能够极大的提高连接的强度，提高连接后的整体刚性，满足高强度的使用要求；

2.该连接方法不需要铆接等机械连接，降低了操作难度和零件重量；

3.该方法在内部进行连接，不改变零件的外形，确保了零件的气动性能。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种定向纤维增强的胶接连接方法流程图；

图2为本申请实施例提供的调整片连接端的型面贴合示意图；

图3为本申请实施例提供的呈三角形排列的钻制导孔的示意图；

图4为本申请实施例提供的穿插碳纤维丝束的示意图；

图5为本申请实施例提供的对接缝密封的示意图；

图6为本申请实施例提供的注入填料的示意图；

图7为本申请实施例提供的碳纤维织物铺放的示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施方式连接附图对本申请作进一步详细说明。

请参见图1，其为本发明提供的一种定向纤维增强的胶接连接方法流程图，包含有以下步骤：

步骤110、分别处理两个连接端的外形，通过切割或打磨的方式将连接端的型面能够贴合紧密。

通过切割或打磨的方式将连接端的型面能够贴合紧密，确保贴合处的间隙不大于2mm。

步骤120、分别在两个调整片连接端的端面上钻孔，孔深应达到泡沫区，两个端面上孔的位置相互对应，由上至下呈三角形排列，然后使用金属钩分别将两个端面的孔与孔之间的泡沫挖穿，形成上下之间的通路。

孔深度至少10mm。

步骤130、取碳纤维丝束一束，在端头处涂胶粘剂并手工成捻，胶粘剂固化后的碳纤维丝束端头变硬，成为整个丝束的引导端。

在端头处10mm的部分涂胶粘剂并手工成捻。

步骤140、用碳纤维丝束的引导端分别在两个调整片对接端面的孔穿插，利用两端的孔引导碳纤维丝束在调整片之间形成定向纤维束，拉紧纤维束使调整片的两端对齐，固定调整片后用胶带将对接缝密封。

步骤150、调制胶粘剂并加入微粉，使其粘度加大，成为填料。然后用注射器将填料注入两个调整片对合后形成的空腔内，第一次注满后静置15分钟后再进行一次补注，确保填料充满空腔内的空间。

填料固化后去除调整片上的胶带，此时定先纤维束在填料中作为增强体从而加强了整个填料的刚性。

步骤160、在两个调整片对接处的外表面进行表面处理，使用砂纸打磨外表面，去除复合材料调整片外表面的树脂层，然后使用有机溶剂将外表面擦拭干净。

打磨的范围在对接处周围至少100mm的区域，使用丁酮等有机溶剂将外表面擦拭干净，静置20分钟待溶剂挥发完毕。

步骤170、在调整片对接处打磨区外围贴胶带以保护未打磨区域，然后按打磨区的大小裁剪碳纤维织物。

每块碳纤维织物的大小以10mm的尺寸递减，裁剪至少3块织物。

步骤180、调制双组份环氧树脂胶粘剂，将胶粘剂浸润碳纤维织物后以调整片对接缝为中心铺放，并抽真空加压。

先铺放最小尺寸的织物，然后逐层铺放较大尺寸的织物，然后使用真空袋抽真空加压，固化后即完成了调整片的连接。

本发明利用对称孔进行纤维丝束的定向排列，然后注入填料等胶粘剂，实现了固化后的胶液内部存在定向排列的纤维束而达到了增强固化后的胶粘剂的整体刚性和拉伸强度。纤维丝束从一侧的孔位开始穿入，然后在两侧的孔中对称的穿梭，利用孔的定位性实现了纤维束在两个需要连接的调整片之间定向的排列，该方法可以实现纤维丝束的纵向和横向的排列，可以根据需要进行设计排列方式。两个调整片的端面对合后形成了空腔结构，注入填料并固化后可以实现简单的连接，但由于填料固化呈现脆性，如果拉伸力或剪切力较大时容易造成断裂的后果。但在填料内部增加了纤维丝束后则极大的增强了其力学性能，尤其是定向纤维可以极大的增强其拉伸性能，避免连接后的调整片在使用过程中出现裂纹或断裂。实现了高强度连接的目的。

本发明利用填料作为两个调整片之间的连接桥梁，填料未固化前呈液体状，通过注射的方式注入到调整片内部的空腔中，可以轻易的填充满内部空腔，固化后形成合适的连接块，相比利用铆接的方式进行连接，该方式操作简单，不需改变产品结构，固化时填料自然膨胀，可以将内部空腔填充完全，不留死角和间隙。该方法使填料不但发挥了填充材料的作用，更主要的是起到了连接块的作用。使两个单独的调整片在无铆接的情况下成为了一个整体。

具体地，本发明提供的一种定向纤维增强的胶接连接方法，用于需要进行连接的腔体结构复合材料产品，该方法可以包含以下步骤：

第1步：采用切割或打磨的方式处理复合材料调整片1和2的连接端的外形，确保连接端的型面贴合处的间隙不大于2mm，如图2所示。

第2步：分别在两个调整片连接端的端面上钻孔，钻制的导孔3深应达到泡沫区，深度至少10mm。两个端面上孔的位置相互对应，由上至下呈三角形排列，如图3所示。然后使用金属钩分别将两个端面的孔与孔之间的泡沫挖穿，形成上下之间的通路。

第3步：取碳纤维丝束一束，在端头处10mm的部分涂胶粘剂并手工成捻，胶粘剂固化后的碳纤维丝束端头变硬，成为整个丝束的引导端。

第4步：用碳纤维丝束4的引导端分别在两个调整片对接端面的孔穿插，利用两端的孔引导碳纤维丝束4在调整片之间形成定向纤维束，如图4所示。拉紧碳纤维束4使调整片的两端对齐，固定调整片后用密封胶带5将对接缝密封，如图5所示。

第5步：调制胶粘剂并加入微粉，使其粘度加大，成为填料。然后用注射器6将填料注入两个调整片对合后形成的空腔内，第一次注满后静置15分钟后再进行一次补注，确保填料充满空腔内的空间，如图6所示。常温固化48小时后可进行下一步操作。

第6步：在两个调整片对接处的外表面进行表面处理，使用砂纸打磨外表面，打磨的范围在对接处周围至少100mm的区域，去除复合材料调整片外表面的树脂层，然后使用丁酮等有机溶剂将外表面擦拭干净，静置20分钟待溶剂挥发完毕。

第7步：在调整片对接处打磨区外围贴胶带以保护未打磨区域，然后按打磨区的大小裁剪碳纤维织物，每块碳纤维织物的大小以10mm的尺寸递减，裁剪至少3块织物。

第8步：调制双组份环氧树脂胶粘剂，将胶粘剂浸润碳纤维织物7后以调整片对接缝为中心铺放，先铺放最小尺寸的织物，然后逐层铺放较大尺寸的织物，然后使用真空袋抽真空加压，固化后即完成了调整片的连接，如图7所示。

本发明提供一种能够有效的修补和改装腔体结构复合材料产品的方法，是一种能够实现高强度、低成本目标的复合材料结构件连接方法，可有效保证连接后的复合材料结构件的强度，减少结构属性的改变，具备制造成本低，便于实施的特点。

以上仅表达了本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但且不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种定向纤维增强的胶接连接方法，其特征在于，所述方法包括：

分别处理两个调整片连接端的外形，将调整片连接端的型面贴合紧密；

分别在两个调整片连接端的端面上钻孔，孔深达到泡沫区，两个端面上孔的位置相互对应，将两个端面的孔与孔之间的泡沫挖穿，形成上下之间的通路；

在碳纤维丝束端头处涂胶粘剂，胶粘剂固化后的碳纤维丝束端头变硬，成为整个丝束的引导端；

用碳纤维丝束的引导端分别在两个调整片连接端端面的孔穿插，通过两端的孔引导碳纤维丝束在调整片之间形成定向纤维束，拉紧纤维束使调整片的两端对齐，固定调整片后通过胶带将对接缝密封；

调制胶粘剂并加入微粉，使其粘度加大，成为填料，将填料注入两个调整片对合后形成的空腔内，填料固化后去除调整片上的胶带，

在两个调整片对接处的外表面进行表面处理，打磨外表面，打磨的范围在对接处周围区域，去除复合材料调整片外表面的树脂层，将外表面擦拭干净；

在调整片对接处打磨区外围贴胶带以保护未打磨区域，按打磨区的大小裁剪碳纤维织物；

调制双组份环氧树脂胶粘剂，将胶粘剂浸润碳纤维织物后以调整片对接缝为中心铺放，并抽真空加压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将调整片连接端的型面贴合紧密，包括：

通过切割或打磨的方式将调整片连接端的型面贴合紧密，且贴合处的间隙不大于2mm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

调整片连接端的端面上孔的深度至少为10mm，两个端面上孔由上至下呈三角形排列。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将两个端面的孔与孔之间的泡沫挖穿，包括：

使用金属钩分别将两个端面的孔与孔之间的泡沫挖穿。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在碳纤维丝束端头处涂胶粘剂，包括：

在碳纤维丝束端头处10mm的部分涂胶粘剂并手工成捻。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将填料注入两个调整片对合后形成的空腔内，包括：

通过注射器将填料注入两个调整片对合后形成的空腔内，第一次注满后静置15分钟后再进行一次补注。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

每块碳纤维织物的大小以10mm的尺寸递减，裁剪至少3块织物。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将胶粘剂浸润碳纤维织物后以调整片对接缝为中心铺放，包括：

先铺放最小尺寸的织物，然后逐层铺放较大尺寸的织物，

抽真空加压，包括：

使用真空袋抽真空加压。

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