CN115352131B - 一种预埋件、加工工艺及复材夹层结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种预埋件、加工工艺及复材夹层结构，预埋件包括：金属内芯，为中空管体结构，金属内芯的外壁设置有若干凹槽；第一织物层，第一织物层对金属内芯的外壁进行包裹，且厚度小于设定值；捆绑丝，捆绑丝设置在第一织物层外，对第一织物层进行捆绑，捆绑丝沿金属内芯外壁的凹槽缠绕；第二织物层，第二织物层设置于捆绑丝外，对第一织物层和捆绑丝整体包裹成柱形；其中，第一织物层、捆绑丝和第二织物层为一体固化成型。本发明中，避免传统的预埋件与夹芯结构之间分层的现象，可以有效提高层间强度，有效的提高夹层结构的垂向刚度；也能避免分层现象，提高层间强度；还能减少复材夹层结构的重量。

Description

一种预埋件、加工工艺及复材夹层结构
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种预埋件、加工工艺及复材夹层结构。
背景技术
夹层结构是由两层或多层薄的蒙皮，中间以较厚的低密度的夹芯材料构成。可用于夹芯的材料主要包括PVC（Polyvinyl chloride，聚氯乙烯）泡沫、PU（poly urethane，聚氨酯）泡沫、芳纶蜂窝和纸质蜂窝等。目前，复材夹层结构已大量应用于运载火箭、航空、风力发电机叶片、体育运动器材、医用设备配件、船舶制造、列车机车等领域。
层合板中金属预埋件的设计与预埋方式的相关研究工作国内开展较少，构成夹层结构的各组分材料与预埋件材料之间特性差别较大，这种特性的不连续性势必造成预埋件与蒙皮、芯材之间的界面上出现较为严重的应力集中现象。在疲劳载荷作用下，应力集中会极大地降低夹层结构的强度，使制品的使用寿命下降。另外金属预埋件与增强材料是由树脂粘接的，该处的强度主要取决与基体材料性能，这将进一步限制预埋件结构的承载能力。
现用于层合板中的金属预埋件主要有两种形式，分别是蒙皮中预埋金属预埋件和在蒙皮表面粘结预埋件。前者是在将金属件埋入层合板之前，需要在铺层前对预浸料或纤维布进行切割，这将导致结构中的增强纤维存在先天的不连续特性，纤维断面若与金属预埋件粘接不好，易在界面上产生分层现象。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明提供了一种预埋件、加工工艺及复材夹层结构，从而有效解决背景技术中的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种预埋件，包括：
金属内芯，所述金属内芯为中空管体结构，所述金属内芯的外壁设置有若干凹槽；
第一织物层，所述第一织物层对所述金属内芯的外壁进行包裹，且厚度小于设定值；
捆绑丝，所述捆绑丝设置在所述第一织物层外，对所述第一织物层进行捆绑，所述捆绑丝沿所述金属内芯外壁的所述凹槽缠绕；
第二织物层，所述第二织物层设置于所述捆绑丝外，对所述第一织物层和所述捆绑丝整体包裹成柱形；
其中，所述第一织物层、捆绑丝和第二织物层为一体固化成型。
进一步地，所述金属内芯包括第一直径段和第二直径段，所述第一直径段的直径大于所述第二直径段的直径；
所述第二直径段位于所述金属内芯长度延伸方向的两端，所述第一直径段位于两所述第二直径段之间，若干所述凹槽设置于所述第一直径段的外壁。
进一步地，所述第二直径段在所述金属内芯长度延伸方向的长度大于复材夹层结构的蒙皮厚度；
所述第一织物层和第二织物层在所述金属内芯长度延伸方向的长度大于所述第一直径段的长度。
进一步地，所述捆绑丝以所述第一直径段在所述金属内芯长度延伸方向的两端为限位，对所述第一织物层进行捆绑。
进一步地，若干所述凹槽在所述第一直径段的外壁构成网状结构。
进一步地，所述凹槽包括若干第一曲线和第二曲线，所述第一曲线和第二曲线分别关于所述金属内芯长度延伸方向倾斜，且倾斜角度相同，倾斜方向相反，所述第一曲线和第二曲线相互交织构成所述网状结构。
进一步地，所述捆绑丝沿所述第一曲线缠绕至所述第一直径段的端部后，至少局部绕设于所述第二直径段，再进入其中一所述第二曲线。
进一步地，所述第二织物层为纤维丝束缠绕而成。
进一步地，所述第二织物层为纤维布包裹而成。
进一步地，所述第一织物层、捆绑丝和第二织物层为预浸料。
本发明中还包括一种预埋件加工工艺，对如上述的预埋件进行加工，包括如下步骤：
在金属内芯的外壁加工出若干凹槽；
在所述金属内芯外壁包裹第一织物层，所述第一织物层厚度小于设定值；
使用捆绑丝对所述第一织物层进行捆绑，且所述捆绑丝在捆绑时，沿若干所述凹槽缠绕；
在所述捆绑丝外包裹第二织物层，且将所述第二织物层包裹成柱形；
将整体进行固化成型。
本发明中还包括一种复材夹层结构，包括：
两层蒙皮及设置在两层所述蒙皮之间的夹芯结构，所述夹芯结构内设置有预埋槽，两层所述蒙皮上对应设置有通孔；
如上述的预埋件，所述预埋件设置于所述预埋槽内，且至少局部与所述夹芯结构粘接，所述金属内芯的两端分别位于两层所述蒙皮的通孔处；
其中，所述预埋件的端部分别与两层所述蒙皮内壁粘接。
本发明的有益效果为：本发明通过在金属内芯的外壁设置若干凹槽，先在金属内芯的外壁裹上第一织物层，并沿着凹槽，使用捆绑丝将第一织物层捆绑在金属内芯上，以保证金属内芯和第一织物层之间的连接状态，使其不会产生剥离，再包裹上第二织物层，第一织物层、捆绑丝和第二织物层为一体固化成型，第二织物层在预埋时与夹芯结构粘接，由于不是直接金属材料与夹芯结构去粘接，从而提高预埋时预埋件与夹芯结构的粘接效果，从而避免传统的预埋件与夹芯结构之间分层的现象，可以有效提高层间强度，提高夹层结构的垂向刚度，且由于只使用了金属内芯留作加工内螺纹，其余为复材，从而大大减少了预埋件的重量。
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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明预埋件的结构示意图；
图2为图1中隐藏了第二织物层后的示意图；
图3为金属内芯的结构示意图；
图4为捆绑丝缠绕时的示意图；
图5为本发明加工工艺的流程图；
图6为本发明复材夹层结构的结构示意图；
图7为图6中隐藏了其中一蒙皮后的示意图；
图8为图7中隐藏了预埋件后的示意图。
附图标记：1、蒙皮；11、通孔；2、夹芯结构；21、预埋槽；3、预埋件；31、金属内芯；311、凹槽；312、第一直径段；313、第二直径段；314、第一曲线；315、第二曲线；32、第一织物层；33、捆绑丝；34、第二织物层。
具体实施方式
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
如图1至4所示：一种预埋件，包括：
金属内芯31，金属内芯31为中空管体结构，金属内芯31的外壁设置有若干凹槽311；
第一织物层32，第一织物层32对金属内芯31的外壁进行包裹，且厚度小于设定值；
捆绑丝33，捆绑丝33设置在第一织物层32外，对第一织物层32进行捆绑，捆绑丝33沿金属内芯31外壁的凹槽311缠绕；
第二织物层34，第二织物层34设置于捆绑丝33外，对第一织物层32和捆绑丝33整体包裹成柱形；
其中，第一织物层32、捆绑丝33和第二织物层34为一体固化成型。
通过在金属内芯31的外壁设置若干凹槽311，先在金属内芯31的外壁裹上第一织物层32，并沿着凹槽311，使用捆绑丝33将第一织物层32捆绑在金属内芯31上，以保证金属内芯31和第一织物层32之间的连接状态，使其不会产生剥离，再包裹上第二织物层34，第一织物层32、捆绑丝33和第二织物层34为一体固化成型，第二织物层34在预埋时与夹芯结构2粘接，由于不是直接金属材料与夹芯结构2去粘接，从而提高预埋时预埋件3与夹芯结构2的粘接效果，从而避免传统的预埋件3与夹芯结构2之间分层的现象，可以有效提高层间强度，提高夹层结构的垂向刚度，且由于只使用了金属内芯31留作加工内螺纹，其余为复材，从而大大减少了预埋件3的重量。
在本实施例中，金属内芯31包括第一直径段312和第二直径段313，第一直径段312的直径大于第二直径段313的直径；
第二直径段313位于金属内芯31长度延伸方向的两端，第一直径段312位于两第二直径段313之间，若干凹槽311设置于第一直径段312的外壁。
其中，第二直径段313在金属内芯31长度延伸方向的长度大于复材夹层结构的蒙皮1厚度；
第一织物层32和第二织物层34在金属内芯31长度延伸方向的长度大于第一直径段312的长度；
图2中为捆绑丝33未对第一织物层32进行捆绑时的示意图。
通过将金属内芯31的第二直径段313长度略大于复材夹层结构的蒙皮1厚度，再将第一织物层32和第二织物层34的长度略大于第一直径段312的长度，从而在将预埋件3预埋在复材夹层结构中时，第一织物层32和第二织物层34的端部能够与两端的蒙皮1内壁接触，从而增加粘接面积，使预埋件3不光与夹芯结构2粘接，有效的提高了粘接强度。
捆绑丝33以第一直径段312在金属内芯31长度延伸方向的两端为限位，对第一织物层32进行捆绑。
如图4所示，在本实施例中，若干凹槽311在第一直径段312的外壁构成网状结构。
凹槽311包括若干第一曲线314和第二曲线315，第一曲线314和第二曲线315分别关于金属内芯31长度延伸方向倾斜，且倾斜角度相同，倾斜方向相反，第一曲线314和第二曲线315相互交织构成网状结构。
其中，捆绑丝33沿第一曲线314缠绕至第一直径段312的端部后，至少局部绕设于第二直径段313，再进入其中一第二曲线315。
通过将凹槽311设置第一曲线314和第二曲线315，第一曲线314和第二曲线315相互交织成网状结构，在捆绑丝33进行捆绑时，沿第一曲线314缠绕至第一直径段312的端部后，至少局部绕设于第二直径段313，再进入其中一第二曲线315，缠绕时，根据进入的第二曲线的不同，可以缠绕一圈、大半圈、或者小半圈，只需要对捆绑丝起到限位作用即可，从而保证捆绑效果，保证第一织物层32与金属内芯31的连接，使其不会产生分层。
在对捆绑丝33进行缠绕时，可通过缠绕设备进行编程，从一端起，将凹槽311全部填充。
作为上述实施例的优选，第二织物层34为纤维丝束缠绕而成。
可通过缠绕设备，在外部完全使用纤维丝束缠绕成柱形。
作为上述实施例的优选，第一织物层32、捆绑丝33和第二织物层34为预浸料，在将第一织物层32、捆绑丝33和第二织物层34包裹预成型后，可直接送入烘箱进行一体固化成型，从而形成预埋件3。
如图5所示，在本实施例中还包括一种预埋件加工工艺，对如上述的预埋件3进行加工，包括如下步骤：
在金属内芯31的外壁加工出若干凹槽311；
在金属内芯31外壁包裹第一织物层32，第一织物层32厚度小于设定值；
使用捆绑丝33对第一织物层32进行捆绑，且捆绑丝33在捆绑时，沿若干凹槽311缠绕；
在捆绑丝33外包裹第二织物层34，且将第二织物层34包裹成柱形；
将整体进行固化成型。
如图6至8所示，在本实施例中还包括一种复材夹层结构，包括：
两层蒙皮1及设置在两层蒙皮1之间的夹芯结构2，夹芯结构2内设置有预埋槽21，两层蒙皮1上对应设置有通孔11；
如上述的预埋件3，预埋件3设置于预埋槽21内，且至少局部与夹芯结构2粘接，金属内芯31的两端分别位于两层蒙皮1的通孔11处；
其中，预埋件3的端部分别与两层蒙皮1内壁粘接。
使用本实施例中的预埋件3替代传统的金属预埋件3，通过螺栓装配完成承载，能够有效的提高夹层结构的垂向刚度；也能避免分层现象，提高层间强度；还能减少复材夹层结构的重量，可以作为复材的连接标准件预埋入夹层结构中。
实施例2：
与实施例1不同的是，在本实施例中，第二织物层34为纤维布包裹而成。可通过包缠设备，在捆绑丝33外包裹纤维布，使纤维布包裹成柱形。
本实施例中还包括一种预埋件加工工艺，对如上述的预埋件3进行加工，包括如下步骤：
在金属内芯31的外壁加工出若干凹槽311；
在金属内芯31外壁包裹第一织物层32，第一织物层32厚度小于设定值；
使用捆绑丝33对第一织物层32进行捆绑，且捆绑丝33在捆绑时，沿若干凹槽311缠绕；
在捆绑丝33外包裹第二织物层34，且将第二织物层34包裹成柱形；
将整体进行固化成型。
在本实施例中还包括一种复材夹层结构，包括：
两层蒙皮1及设置在两层蒙皮1之间的夹芯结构2，夹芯结构2内设置有预埋槽21，两层蒙皮1上对应设置有通孔11；
如上述的预埋件3，预埋件3设置于预埋槽21内，且至少局部与夹芯结构2粘接，金属内芯31的两端分别位于两层蒙皮1的通孔11处；
其中，预埋件3的端部分别与两层蒙皮1内壁粘接。
使用本实施例中的预埋件3替代传统的金属预埋件3，通过螺栓装配完成承载，能够有效的提高夹层结构的垂向刚度；也能避免分层现象，提高层间强度；还能减少复材夹层结构的重量，可以作为复材的连接标准件预埋入夹层结构中。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种预埋件，其特征在于，包括：
金属内芯，所述金属内芯为中空管体结构，所述金属内芯的外壁设置有若干凹槽；
第一织物层，所述第一织物层对所述金属内芯的外壁进行包裹，且厚度小于设定值；
捆绑丝，所述捆绑丝设置在所述第一织物层外，对所述第一织物层进行捆绑，所述捆绑丝沿所述金属内芯外壁的所述凹槽缠绕；
第二织物层，所述第二织物层设置于所述捆绑丝外，对所述第一织物层和所述捆绑丝整体包裹成柱形；
其中，所述第一织物层、捆绑丝和第二织物层为一体固化成型；
所述金属内芯包括第一直径段和第二直径段，所述第一直径段的直径大于所述第二直径段的直径；
所述第二直径段位于所述金属内芯长度延伸方向的两端，所述第一直径段位于两个所述第二直径段之间，若干所述凹槽设置于所述第一直径段的外壁；
所述第二直径段在所述金属内芯长度延伸方向的长度大于复材夹层结构的蒙皮厚度；
所述第一织物层和第二织物层在所述金属内芯长度延伸方向的长度大于所述第一直径段的长度；
所述捆绑丝以所述第一直径段在所述金属内芯长度延伸方向的两端为限位，对所述第一织物层进行捆绑；
若干所述凹槽在所述第一直径段的外壁构成网状结构；
所述凹槽包括若干第一曲线和第二曲线，所述第一曲线和第二曲线分别关于所述金属内芯长度延伸方向倾斜，且倾斜角度相同，倾斜方向相反，所述第一曲线和第二曲线相互交织构成所述网状结构；
所述捆绑丝沿所述第一曲线缠绕至所述第一直径段的端部后，绕设于所述第二直径段，再进入其中一所述第二曲线。
2.根据权利要求1所述的预埋件，其特征在于，所述第二织物层为纤维丝束缠绕而成。
3.根据权利要求1所述的预埋件，其特征在于，所述第二织物层为纤维布包裹而成。
4.根据权利要求1所述的预埋件，其特征在于，所述第一织物层、捆绑丝和第二织物层为预浸料。
5.一种预埋件加工工艺，其特征在于，对如权利要求1至4任一项所述的预埋件进行加工，包括如下步骤：
在金属内芯的外壁加工出若干凹槽；
在所述金属内芯外壁包裹第一织物层，所述第一织物层厚度小于设定值；
使用捆绑丝对所述第一织物层进行捆绑，且所述捆绑丝在捆绑时，沿若干所述凹槽缠绕；
在所述捆绑丝外包裹第二织物层，且将所述第二织物层包裹成柱形；
将整体进行固化成型。
6.一种复材夹层结构，其特征在于，包括：
两层蒙皮及设置在两层所述蒙皮之间的夹芯结构，所述夹芯结构内设置有预埋槽，两层所述蒙皮上对应设置有通孔；
如权利要求1至4任一项所述的预埋件，所述预埋件设置于所述预埋槽内，且与所述夹芯结构粘接，所述金属内芯的两端分别位于两层所述蒙皮的通孔处；
其中，所述预埋件的端部分别与两层所述蒙皮内壁粘接。
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