CN115122657A

CN115122657A - 一种cfrtp/cfrtp连接工艺

Info

Publication number: CN115122657A
Application number: CN202210593955.7A
Authority: CN
Inventors: 李刚; 张广武; 赵云景; 倪炀
Original assignee: Dalian University of Technology; Ningbo Research Institute of Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology; Ningbo Research Institute of Dalian University of Technology
Priority date: 2022-05-27
Filing date: 2022-05-27
Publication date: 2022-09-30

Abstract

本发明提供一种CFRTP/CFRTP连接工艺，具体包括以下步骤：S1：CFRTP预打孔，将待连接的两层CFRTP分别按照实际连接要求预先定位打孔，得到带预制孔的CFRTP；S2：嵌入预置钉及加热CFRTP，分别向两层CFRTP的预制孔内嵌入预置钉，将CFRTP加热至CFRTP的基体树脂熔融温度以上，待树脂完全熔化，预置钉与预制孔之间的间隙充分被树脂填充，使预置钉与CFRTP胶接为一体；S3：连接CFRTP，将嵌入了预置钉的两层CFRTP冷却至常温，通过螺钉固定连接两层CFRTP上的预置钉，从而实现两层CFRTP的连接。本发明的技术方案解决了现有技术中CFRTP连接过程中应力分布不合理导致连接质量差的技术问题。

Description

一种CFRTP/CFRTP连接工艺

技术领域

本发明涉及轻量化复合材料连接技术领域，具体而言，尤其涉及一种CFRTP/CFRTP连接工艺。

背景技术

CFRTP是指连续纤维增强热塑塑料。热塑性纤维增强材料因为其具有的轻质、高比模量、高比强度、耐腐蚀等优良性能，已经在航空航天、汽车工业、风力发电和体育休闲器械等领域有非常广泛的应用。

传统复合材料连接有胶接和机械连接两种。胶接通过在母材之间添加胶接剂，依靠胶接剂与母材之间的吸附力实现材料之间的连接，但其受到环境影响较大，尤其温度、光照和湿度对接头的老化程度有直接的关系。机械紧固法是使用额外的夹紧件形成有效接头的一种连接方法，机械紧固件连接过程中会对孔周围形成应力集中的现象，会导致接头强度降低并引发连接件受腐蚀的问题，尤其CFRTP整体呈脆性，在机械紧固连接过程中易发生局部基体树脂失效，将会诱导更严重的破坏模式。

发明内容

为了解决现有技术中CFRTP连接过程中应力分布不合理导致连接质量差的技术问题，而提供一种CFRTP/CFRTP连接工艺。

本发明采用的技术手段如下：

一种CFRTP/CFRTP连接工艺，具体包括以下步骤：

S1：CFRTP预打孔

将待连接的两层CFRTP分别按照实际连接要求预先定位打孔，得到带预制孔的CFRTP；

S2：嵌入预置钉及加热CFRTP

分别向两层CFRTP的预制孔内嵌入预置钉，将CFRTP加热至CFRTP的基体树脂熔融温度以上，待树脂完全熔化，预置钉与预制孔之间的间隙充分被树脂填充，使预置钉与CFRTP胶接为一体；

S3：连接CFRTP

将嵌入了预置钉的两层CFRTP冷却至常温，通过螺钉固定连接两层CFRTP上的预置钉，从而实现两层CFRTP的连接。

进一步地，预置钉包括预置钉上部和预置钉下部，预置钉上部和预置钉下部分别嵌入两层CFRTP；预置钉上部和预置钉下部均为中空结构；预置钉上部和预置钉下部均设置有钉头结构，所述钉头结构底面与CFRTP表面紧密贴合。

进一步地，步骤S1中，采用高速水射流技术对CFRTP进行预先定位打孔，得到待预置孔的CFRTP。

进一步地，预置钉钉体外表面与预制孔内壁紧密贴合。

进一步地，步骤S3中所采用的螺钉刚度高于预置钉刚度。

进一步地，所采用的预置钉为铝合金或钛合金材质。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的CFRTP/CFRTP连接工艺，通过预置钉的加入，有效解决紧固件对CFRTP孔周围应力集中出现局部基体树脂失效的难题；本发明中，螺钉受力通过金属预置钉加载到CFRTP，且预置钉与CFRTP通过基体树脂胶接，大幅降低载荷对CFRTP的影响，能保证接头质量的稳定；本发明可以避免超负载时树脂基复材瞬间失效，在接头处提供一定程度的塑性变形，提高接头服役过程中的安全性。

基于上述理由本发明可在轻量化复合材料连接领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为嵌入预置钉的CFRTP示意图。

图2为螺钉连接嵌有预置钉的CFRTP示意图。

图中：1、预置钉；11、预置钉上部；12、预置钉下部；2、上层CFRTP；3、下层CFRTP；4、螺钉。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

如图1-2所示，本发明提供了一种CFRTP/CFRTP连接工艺，具体包括以下步骤：

S1：CFRTP预打孔

将预浸带铺层并加热，制备得到待连接的上层CFRTP 2和下层CFRTP3；将待连接的上层CFRTP 2和下层CFRTP 3分别按照实际连接要求预先定位打孔，得到带预制孔的CFRTP；

S2：嵌入预置钉及CFRTP加热：经过S1预打孔后，将预置钉嵌入预制孔。将CFRTP加热至树脂熔融温度以上。在CFRTP二次加热时，预置钉和预制孔之间的间隙应充分被基体树脂填充。待树脂完全熔化。实现预置钉和CFRTP胶接。通过基体树脂将预置钉和CFRTP胶接成一体。

S2：嵌入预置钉及加热CFRTP

分别向两层CFRTP的预制孔内嵌入预置钉1，将CFRTP加热至CFRTP的基体树脂熔融温度以上，待树脂完全熔化，预置钉1与预制孔之间的间隙充分被树脂填充，使预置钉1与CFRTP胶接为一体；

S3：连接CFRTP

将嵌入了预置钉1的两层CFRTP冷却至常温，通过螺钉4固定连接两层CFRTP上的预置钉1，从而实现两层CFRTP的连接；

预置钉1与CFRTP胶接为一体有助于预置钉和CFRTP之间载荷的传递；螺钉将连接应力传递到塑性较好的金属预置钉，应力得到重分布，重分布后的应力通过预置钉均匀的传递到CFRTP上，避免螺钉的连接应力直接加载到CFRTP导致局部基体树脂失效的情况出现；在接头超载失效时，螺钉和预置钉首先发生塑性变形，从而避免树脂基复材的瞬间失效，提高接头服役过程中安全。

进一步地，预置钉包括预置钉上部和预置钉下部，预置钉上部11和预置钉下部12分别嵌入两层CFRTP；预置钉上部11和预置钉下部12均为中空结构；预置钉上部11和预置钉下部12均设置有钉头结构，所述钉头结构底面与CFRTP表面紧密贴合，在胶接时钉头结构能够保证预置钉与CFRTP进一步固定。

进一步地，步骤S1中，采用高速水射流技术对CFRTP进行预先定位打孔，得到待预置孔的CFRTP；预打孔所用工艺须保证CFRTP孔壁的质量，CFRTP预制孔壁及周围不应出现纤维拔出和基体树脂崩碎的失效形式。

进一步地，预置钉1钉体外表面与预制孔内壁紧密贴合。

进一步地，步骤S3中所采用的螺钉4刚度高于预置钉1刚度，预置钉会比螺钉先发生塑性变形，螺钉刚度高于预置钉刚度能够保证预置钉在CFRTP预制孔处的增塑作用。

进一步地，预置钉的嵌入可以采用热自冲铆接的方式，有助于提高位置精度。

本发明所述CFRTP/CFRTP连接工艺，通过在CFRTP中预置金属钉的方法对实现连接应力的重新分布，实现对连接的优化，同时为避免超负载时树脂基复材瞬间失效，在接头处提供一定程度的塑性变形，提高服役过程中的安全性。通过在CFRTP预打孔，并嵌入金属预置钉，通过机械紧固件连接方法实现有预置钉的CFRTP连接。本发明能够降低接头处集中应力对CFRTP的损伤，并且将复材的连接方式和传统机械连接方式相结合，其具有工序简单、成本较低、适用范围广、操作简单等特点，能够适应自动化发展潮流。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种CFRTP/CFRTP连接工艺，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1：CFRTP预打孔

S2：嵌入预置钉及加热CFRTP

S3：连接CFRTP

2.根据权利要求1所述的CFRTP/CFRTP连接工艺，其特征在于：预置钉包括预置钉上部和预置钉下部，预置钉上部和预置钉下部分别嵌入两层CFRTP；预置钉上部和预置钉下部均为中空结构；预置钉上部和预置钉下部均设置有钉头结构，所述钉头结构底面与CFRTP表面紧密贴合。

3.根据权利要求2所述的CFRTP/CFRTP连接工艺，其特征在于：预置钉钉体外表面与预制孔内壁紧密贴合。

4.根据权利要求1所述的CFRTP/CFRTP连接工艺，其特征在于：步骤S3中所采用的螺钉刚度高于预置钉刚度。

5.根据权利要求1所述的CFRTP/CFRTP连接工艺，其特征在于：所采用的预置钉为铝合金或钛合金材质。