CN115750563A - 一种复合材料预埋连接件及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种复合材料预埋连接件及其加工方法，包括：复材管体，为织物包裹成的柱形空心管体结构；金属套管，设置在复材管体的内壁，且位于复材管体长度延伸方向的其中一端；金属套管上设置有内螺纹；其中，复材管体上长度延伸方向的另一端至少局部为预埋段，金属套管与复材管体之间设置有结构胶或胶膜，复材管体与金属套管为一体固化成型。本发明中，改变了原来的整体金属连接件预埋的形式，仅在必要的螺纹处为金属管体，从而大大减少了重量，以满足重量的需求，且如果直接在复材上加工螺纹的话，会破坏复材的层间结构，使得复材的结构性能大大下降，所以本发明在保证连接强度的基础上，使得复材制件更轻。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种复合材料预埋连接件及其加工方法。
背景技术
复合材料由于具有高比强度、比刚度、可设计性强以及良好的抗疲劳和耐腐蚀性等优点，自问世以来被广泛应用于航空航天、船舶工业、建筑、体育用品等工程领域。
复合材料制品的生产成型过程中，通常采用在复合材料制品内先预埋入连接标准件，如金属的螺栓或螺纹套，以满足后续制品的连接需要，在复合材料如碳纤维逐渐普及的时代，一些复合材料制品对于重量存在较为苛刻的要求，整体预埋的金属连接标准件无法满足重量的需求，因此亟需一种重量更轻的复合材料预埋连接件。
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
本发明提供了一种复合材料预埋连接件及其加工方法，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：一种复合材料预埋连接件，包括：
复材管体，所述复材管体为织物包裹成的柱形空心管体结构；
金属套管，所述金属套管设置在所述复材管体的内壁或外壁，且位于所述复材管体长度延伸方向的其中一端；
所述金属套管设置在所述复材管体的内壁时，所述金属套管上设置有内螺纹；
所述金属套管设置在所述复材管体的外壁时，所述金属套管上设置有外螺纹；
其中，所述复材管体上长度延伸方向的另一端至少局部为预埋段，所述金属套管与所述复材管体之间设置有结构胶或胶膜，所述复材管体与所述金属套管为一体固化成型。
进一步地，所述复材管体包括若干织物层，每个所述织物层的厚度小于设定阈值，每两所述织物层之间捆绑有纤维丝束。
进一步地，所述纤维丝束沿所述复材管体长度延伸方向设置有若干处。
进一步地，所述金属套管为分段结构，任意两分段之间在所述复材管体长度延伸方向包括一间隙。
进一步地，所述金属套管上设置有开口，所述开口位于其周向的其中一端，所述金属套管为圆弧状结构。
进一步地，所述金属套管的分段上的所述开口沿所述金属套管的周向均匀排列。
进一步地，位于所述复材管体长度延伸方向两端的两个分段上分别设置有薄壁结构，所述薄壁结构分别位于两所述分段相互远离的一端，所述薄壁结构的厚度小于所述分段设置有内螺纹处的厚度。
进一步地，所述金属套管位于所述复材管体的外壁时，所述复材管体的外壁设置有限位层，所述限位层为对所述复材管体的所述薄壁结构进行包裹的织物。
本发明还包括一种复合材料预埋连接件的加工方法，包括如下步骤：
将设置有内螺纹的金属套管固定，在所述金属套管的外壁粘贴胶膜或结构胶；
在所述金属套管外包裹织物，将织物缠绕为柱形空心管体结构；
将整体放入模具中，进行VARI灌注成型；
或者包括如下步骤：
将织物缠绕为柱形空心管体结构，在管体结构的外壁处局部粘贴胶膜或结构胶；
将设置有外螺纹的金属套管套设在管体结构外，通过胶膜或结构胶进行固定；
将整体放入模具中，进行VARI灌注成型。
进一步地，所述将织物缠绕为柱形空心管体结构时，包括如下步骤：
包覆若干圈织物，形成一织物层，所述织物层的厚度小于设定阈值；
使用纤维丝束对所述织物层进行捆绑；
再包裹若干圈织物，形成第二织物层，所述第二织物层的厚度小于设定阈值；
使用纤维丝束对所述第二织物层进行捆绑；
重复上述步骤，直至所述管体结构的壁厚达到设定值。
进一步地，所述金属套管为分段结构，在固定所述金属套管时，将所述分段沿所述管体结构长度延伸方向排列，且所述分段之间包括一间隙。
进一步地，每个所述分段上设置有开口，将所述分段上的所述开口沿所述金属套管周线均匀排列。
进一步地，所述金属套管位于所述管体结构的外壁时，在所述管体结构长度延伸方向两端的两所述分段处分别局部缠绕一层织物，两层织物分别位于两所述分段相互远离的一端，对分段进行局部包裹。
本发明的有益效果为：本发明通过设置有螺纹的金属套管和复材管体两部分，改变了原来的整体金属连接件预埋的形式，金属部分占比更小，仅在必要的螺纹处为金属管体，从而大大减少了重量，以满足重量的需求，且如果直接在复材上加工螺纹的话，会破坏复材的层间结构，使得复材的结构性能大大下降，无法满足连接的强度需求，所以本发明在保证连接强度的基础上，使得复材制件更轻。
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为实施例1中的结构示意图；
图2为图1中的剖视图；
图3为织物层与纤维丝束的结构示意图；
图4为实施例1中金属套管的结构示意图；
图5为实施例1中方法的流程图；
图6为实施例2中的结构示意图；
图7为实施例2中金属套管的结构示意图；
图8为实施例2中方法的流程图。
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：一种复合材料预埋连接件，包括：
复材管体1，复材管体1为织物包裹成的柱形空心管体结构；
金属套管2，金属套管2设置在复材管体1的内壁，且位于复材管体1长度延伸方向的其中一端；
金属套管2上设置有内螺纹21；
其中，复材管体1上长度延伸方向的另一端至少局部为预埋段11，金属套管2与复材管体1之间设置有结构胶或胶膜，复材管体1与金属套管2为一体固化成型。
通过设置有螺纹的金属套管2和复材管体1两部分，改变了原来的整体金属连接件预埋的形式，金属部分占比更小，仅在必要的螺纹处为金属管体，从而大大减少了重量，以满足重量的需求，且如果直接在复材上加工螺纹的话，会破坏复材的层间结构，使得复材的结构性能大大下降，无法满足连接的强度需求，所以本发明在保证连接强度的基础上，使得复材制件更轻。
在本实施例中，复材管体1包括若干织物层12，每个织物层12的厚度小于设定阈值，每两织物层12之间捆绑有纤维丝束13。
其中，纤维丝束13沿复材管体1长度延伸方向设置有若干处。
在复材制件中，如果制作的很厚，容易导致织物分层的现象，影响复材制件的结构强度，所以通过设置若干织物层12，每层的厚度都小于设定阈值，再捆绑上纤维丝束13的形式，对层间进行加固，防止分层现象，在层间由于捆绑了纤维丝束13，会存在空隙，此空隙在固化成型时，会被树脂进行填充，以使复材管体1固化为一体结构。
由于复合材料和金属件的热膨胀系数不同，在固化成型后冷却时，由于其收缩率不同，容易导致复材管体1与金属套管2之间存在分层的现象，影响复材制件的连接强度。
所以在本实施例中，金属套管2为分段23结构，任意两分段23之间在复材管体1长度延伸方向包括一间隙。
其中，金属套管2上设置有开口24，开口24位于其周向的其中一端，金属套管2为圆弧状结构。
通过将金属套管2设置为分段23结构，分段23之间包括一间隙，且包括开口24，从而给固化过程预留一定的收缩空间，提供一定的收缩率，避免分层现象，同时，可以进一步对金属套管2进行减重。
作为上述实施例的优选，金属套管2的分段23上的开口24沿金属套管2的周向均匀排列，从而使开口24相互错开，保证连接效果。
在本实施例中，位于复材管体1长度延伸方向两端的两个分段23上分别设置有薄壁结构231，薄壁结构231分别位于两分段23相互远离的一端，薄壁结构231的厚度小于分段23设置有内螺纹21处的厚度。
通过设置薄壁结构231，增加金属套管2与复材管体1之间的粘接面积，从而提高结构强度。
如图5所示，在本实施例中还包括一种复合材料预埋连接件的加工方法，包括如下步骤：
将设置有内螺纹21的金属套管2固定，在金属套管2的外壁粘贴胶膜或结构胶；
在金属套管2外包裹织物，将织物缠绕为柱形空心管体结构；
将整体放入模具中，进行VARI（Vacuum Assisted Resin lnfusion，真空辅助成型）灌注成型；
在本实施例中，将织物缠绕为柱形空心管体结构时，包括如下步骤：
包覆若干圈织物，形成一织物层12，织物层12的厚度小于设定阈值；
使用纤维丝束13对织物层12进行捆绑；
再包裹若干圈织物，形成第二织物层12，第二织物层12的厚度小于设定阈值；
使用纤维丝束13对第二织物层12进行捆绑；
重复上述步骤，直至管体结构的壁厚达到设定值。
在复材制件中，如果制作的很厚，容易导致织物分层的现象，影响复材制件的结构强度，所以通过设置若干织物层12，每层的厚度都小于设定阈值，再捆绑上纤维丝束13的形式，对层间进行加固，防止分层现象，在层间由于捆绑了纤维丝束13，会存在空隙，此空隙在固化成型时，会被树脂进行填充，以使复材管体1固化为一体结构。
作为上述实施例的优选，金属套管2为分段23结构，在固定金属套管2时，将分段23沿管体结构长度延伸方向排列，且分段23之间包括一间隙。
其中，每个分段23上设置有开口24，将分段23上的开口24沿金属套管2周线均匀排列。
通过将金属套管2设置为分段23结构，分段23之间包括一间隙，且包括开口24，从而给固化过程预留一定的收缩空间，提供一定的收缩率，避免分层现象，同时，可以进一步对金属套管2进行减重。
实施例2：
如图6至7所示：与实施例1不同的是，本实施例中包括一种复合材料预埋连接件，包括：
复材管体1，复材管体1为织物包裹成的柱形空心管体结构；
金属套管2，金属套管2设置在复材管体1的外壁，且位于复材管体1长度延伸方向的其中一端；
金属套管2上设置有外螺纹22；
其中，复材管体1上长度延伸方向的另一端至少局部为预埋段11，金属套管2与复材管体1之间设置有结构胶或胶膜，复材管体1与金属套管2为一体固化成型。
通过设置有螺纹的金属套管2和复材管体1两部分，改变了原来的整体金属连接件预埋的形式，金属部分占比更小，仅在必要的螺纹处为金属管体，从而大大减少了重量，以满足重量的需求，且如果直接在复材上加工螺纹的话，会破坏复材的层间结构，使得复材的结构性能大大下降，无法满足连接的强度需求，所以本发明在保证连接强度的基础上，使得复材制件更轻。
为了保证金属套管2位置的稳定，防止偏移，复材管体1的外壁设置有限位层232，限位层232为对复材管体1的薄壁结构231进行包裹的织物。
如图8所示，本实施例中还包括一种复合材料预埋连接件的加工方法，包括如下步骤：
将织物缠绕为柱形空心管体结构，在管体结构的外壁处局部粘贴胶膜或结构胶；
将设置有外螺纹22的金属套管2套设在管体结构外，通过胶膜或结构胶进行固定；
将整体放入模具中，进行VARI灌注成型。
作为上述实施例的优选，金属套管2位于管体结构的外壁时，在管体结构长度延伸方向两端的两分段23处分别局部缠绕一层织物，两层织物分别位于两分段23相互远离的一端，对分段23进行局部包裹。
本申请中的预埋连接件可以预埋到复材夹层结构中代替金属预埋件，通过螺栓装配结构件完成承载，能够有效的提高夹层结构的垂向刚度，且减少了复材夹层结构的重量，能够替代金属连接标准件，成为复材织物连接标准件。
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 (13)
1.一种复合材料预埋连接件，其特征在于，包括：
复材管体，所述复材管体为织物包裹成的柱形空心管体结构；
金属套管，所述金属套管设置在所述复材管体的内壁或外壁，且位于所述复材管体长度延伸方向的其中一端；
所述金属套管设置在所述复材管体的内壁时，所述金属套管上设置有内螺纹；
所述金属套管设置在所述复材管体的外壁时，所述金属套管上设置有外螺纹；
其中，所述复材管体上长度延伸方向的另一端至少局部为预埋段，所述金属套管与所述复材管体之间设置有结构胶或胶膜，所述复材管体与所述金属套管为一体固化成型。
2.根据权利要求1所述的复合材料预埋连接件，其特征在于，所述复材管体包括若干织物层，每个所述织物层的厚度小于设定阈值，每两所述织物层之间捆绑有纤维丝束。
3.根据权利要求2所述的复合材料预埋连接件，其特征在于，所述纤维丝束沿所述复材管体长度延伸方向设置有若干处。
4.根据权利要求1所述的复合材料预埋连接件，其特征在于，所述金属套管为分段结构，任意两分段之间在所述复材管体长度延伸方向包括一间隙。
5.根据权利要求4所述的复合材料预埋连接件，其特征在于，所述金属套管上设置有开口，所述开口位于其周向的其中一端，所述金属套管为圆弧状结构。
6.根据权利要求5所述的复合材料预埋连接件，其特征在于，所述金属套管的分段上的所述开口沿所述金属套管的周向均匀排列。
7.根据权利要求4至6任一项所述的复合材料预埋连接件，其特征在于，位于所述复材管体长度延伸方向两端的两个分段上分别设置有薄壁结构，所述薄壁结构分别位于两所述分段相互远离的一端，所述薄壁结构的厚度小于所述分段设置有内螺纹处的厚度。
8.根据权利要求4至6任一项所述的复合材料预埋连接件，其特征在于，所述金属套管位于所述复材管体的外壁时，所述复材管体的外壁设置有限位层，所述限位层为对所述复材管体的薄壁结构包裹的织物。
9.一种复合材料预埋连接件的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
将设置有内螺纹的金属套管固定，在所述金属套管的外壁粘贴胶膜或结构胶；
在所述金属套管外包裹织物，将织物缠绕为柱形空心管体结构；
将整体放入模具中，进行VARI灌注成型；
或者包括如下步骤：
将织物缠绕为柱形空心管体结构，在管体结构的外壁处局部粘贴胶膜或结构胶；
将设置有外螺纹的金属套管套设在管体结构外，通过胶膜或结构胶进行固定；
将整体放入模具中，进行VARI灌注成型。
10.根据权利要求9所述的复合材料预埋连接件的加工方法，其特征在于，所述将织物缠绕为柱形空心管体结构时，包括如下步骤：
包覆若干圈织物，形成一织物层，所述织物层的厚度小于设定阈值；
使用纤维丝束对所述织物层进行捆绑；
再包裹若干圈织物，形成第二织物层，所述第二织物层的厚度小于设定阈值；
使用纤维丝束对所述第二织物层进行捆绑；
重复上述步骤，直至所述管体结构的壁厚达到设定值。
11.根据权利要求9所述的复合材料预埋连接件的加工方法，其特征在于，所述金属套管为分段结构，在固定所述金属套管时，将所述分段沿所述管体结构长度延伸方向排列，且所述分段之间包括一间隙。
12.根据权利要求11所述的复合材料预埋连接件的加工方法，其特征在于，每个所述分段上设置有开口，将所述分段上的所述开口沿所述金属套管周线均匀排列。
13.根据权利要求11或12所述的复合材料预埋连接件的加工方法，其特征在于，所述金属套管位于所述管体结构的外壁时，在所述管体结构长度延伸方向两端的两所述分段处分别局部缠绕一层织物，两层织物分别位于两所述分段相互远离的一端，对分段进行包裹。
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