CN215283473U - 一种金属材料件与碳纤维复合材料精密结合结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种金属材料件与碳纤维复合材料精密结合结构，包括金属预成型件和碳纤维复合材料部，所述金属预成型件和碳纤维复合材料部通过模具一体成型，所述金属预成型件和碳纤维复合材料部的结合处设置有防止电偶腐蚀用的隔离介质层，所述金属预成型件与所述碳纤维复合材料部的内埋部位上设置有防脱结构。本实用新型通过在金属预成型件和碳纤维复合材料部的结合处设置的隔离介质层，提供强力的粘着强度和包裹强度，结合边缘强度得到提升，改善了边缘开裂风险和潜在风险，该隔绝措施有效的预防电偶腐蚀，提高使用寿命。

Description

一种金属材料件与碳纤维复合材料精密结合结构

技术领域

本实用新型涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种金属材料件与碳纤维复合材料精密结合结构。

背景技术

碳纤维增强树脂基复合材料具有比强度高，比模量高，耐疲劳性优良，性能可设计和易于整体成型等许多优异特点。广泛用于航空航天和各种武器装备，对于促进结构的轻量化，小型化和高性能化起到了至关重要的作用。在复合材料结构件的成型及使用过程中，必然存在碳纤维复合材料与金属材料相互接触的问题。常规的碳纤维复合材料与金属材料结合，金属材料容易被碳纤维复合材料电偶腐蚀，产生裂痕的难题，此外金属材料与碳纤维复合材料层板结合的强度不易保证，以及加工困难的问题。

现有技术中，很多金属预成型件在与碳纤维复合材料直接接触或间接接触，因为没有很理想的预防电偶腐蚀措施，导致很多产品在经历一段时间后，由于金属和碳纤维复合材料的电位差较大，产生电偶腐蚀，导致在金属预成型件与碳纤维复合材料的接触面出现细微裂痕或裂缝，造成整个产品的研发失败，给企业或工厂带来损失。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种金属材料件与碳纤维复合材料精密结合结构，解决金属材料容易被碳纤维复合材料电偶腐蚀，产生裂痕的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型一种金属材料件与碳纤维复合材料精密结合结构，包括金属预成型件和碳纤维复合材料部，所述金属预成型件和碳纤维复合材料部通过模具一体成型，所述金属预成型件和碳纤维复合材料部的结合处设置有防止电偶腐蚀用的隔离介质层，所述金属预成型件与所述碳纤维复合材料部的内埋部位上设置有防脱结构。

进一步的，所述隔离介质层设置为单层时，包括环氧树脂层，所述环氧树脂层涂覆在所述金属预成型件与所述碳纤维复合材料部接触的一侧。

进一步的，所述隔离介质层设置为双层时，包括环氧树脂层和高温环氧片胶，所述环氧树脂层涂覆在所述金属预成型件与所述碳纤维复合材料部接触的一侧，所述高温环氧片胶贴覆在所述环氧树脂层的外侧。

进一步的，所述隔离介质层设置为三层时，包括环氧树脂层、高温环氧片胶和玻璃纤维复合材料层，所述环氧树脂层涂覆在所述金属预成型件与所述碳纤维复合材料部接触的一侧，所述高温环氧片胶贴覆在所述环氧树脂层的外侧，所述玻璃纤维复合材料层包裹在所述高温环氧片胶的外侧。

进一步的，所述防脱结构具体设置为法兰边螺牙柱，多个所述法兰边螺牙柱连接在所述金属预成型件的金属支架的底面上，且位于与所述碳纤维复合材料部复合连接的一侧；所述法兰边螺牙柱上包括自由端的法兰边和侧壁上防拉槽，所述法兰边螺牙柱的外周被所述隔离介质层完全覆盖。

进一步的，所述金属预成型件的金属支架的顶面上设置有锥形定位螺牙，所述锥形定位螺牙位于远离所述碳纤维复合材料部触的一侧，所述锥形定位螺牙与模具上的预留孔位相匹配。

与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果：

本实用新型一种金属材料件与碳纤维复合材料精密结合结构，包括金属预成型件和碳纤维复合材料部，金属预成型件和碳纤维复合材料部的结合处设置有隔离介质层，其中金属预成型件通过金属支架、法兰边螺牙柱和锥形定位螺牙三部分组成。1)法兰边螺牙柱的设计，可以让金属预成型件牢牢的预埋在碳纤维复合材料部里面，提高了二者的结合强度，避免了容易被拉拔或因受力容易产生裂痕的风险；2)锥形定位螺牙的设计，让金属预成型件精确的定位在模具上面而不会发生尺寸变化，解决了金属预成型件与碳纤维复合材料部结合，平面锁螺丝定位操作比较困难，生产效率比较低的问题；3)隔离介质层采用环氧树脂层、高温环氧片胶和玻璃纤维复合材料层中的一层或多层，法兰边螺牙柱涂抹环氧树脂，在金属预成型件结合部位形成一层树脂膜，预防电偶腐蚀，然后再贴覆上去高温环氧片胶时，使得树脂膜不易张开，隔离效果更佳，起到双重预防电偶腐蚀的作用；在高温环氧片胶的案子外表贴覆一层玻璃纤维形成玻璃纤维复合材料层作为介质材，更进一步的改善碳纤维复合材料和金属材质的隔离作用，有效避免电偶腐蚀问题的发生。

总的来说，本实用新型通过在金属预成型件和碳纤维复合材料部的结合处设置的隔离介质层，提供强力的粘着强度和包裹强度，结合边缘强度得到提升，改善了边缘开裂风险和潜在风险，该隔绝措施有效的预防电偶腐蚀，提高使用寿命。

附图说明

下面结合附图说明对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型金属材料件与碳纤维复合材料精密结合结构示意图；

图2为本实用新型金属预成型件结构示意图；

图3为本实用新型法兰边螺牙柱结构示意图；

图4为本实用新型金属材料件与碳纤维复合材料精密结合结构剖视图；

附图标记说明：1、金属预成型件；2、碳纤维复合材料部；3、环氧树脂层；4、高温环氧片胶；5、玻璃纤维复合材料层；

101、金属支架；102、法兰边螺牙柱；103、锥形定位螺牙；

102-1、法兰边；102-2、防拉槽。

具体实施方式

如图1-4所示，一种金属材料件与碳纤维复合材料精密结合结构，包括金属预成型件1和碳纤维复合材料部2，所述金属预成型件1和碳纤维复合材料部2通过模具一体成型，所述金属预成型件1和碳纤维复合材料部2的结合处设置有防止电偶腐蚀用的隔离介质层，所述金属预成型件1与所述碳纤维复合材料部2的内埋部位上设置有防脱结构。

具体的，所述隔离介质层设置为单层时，包括环氧树脂层3，所述环氧树脂层3涂覆在所述金属预成型件1与所述碳纤维复合材料部2接触的一侧。

具体的，所述隔离介质层设置为双层时，包括环氧树脂层3和高温环氧片胶4，所述环氧树脂层3涂覆在所述金属预成型件1与所述碳纤维复合材料部2接触的一侧，所述高温环氧片胶4贴覆在所述环氧树脂层3的外侧。

具体的，如图4所示，所述隔离介质层设置为三层时，包括环氧树脂层3、高温环氧片胶4和玻璃纤维复合材料层5，所述环氧树脂层3涂覆在所述金属预成型件1与所述碳纤维复合材料部2接触的一侧，所述高温环氧片胶4贴覆在所述环氧树脂层3的外侧，所述玻璃纤维复合材料层5包裹在所述高温环氧片胶4的外侧。

其中，所述高温环氧片胶4、玻璃纤维复合材料层5在贴覆或包裹时采取面接合式铺设。

如图3所示，所述防脱结构具体设置为法兰边螺牙柱102，多个所述法兰边螺牙柱102连接在所述金属预成型件的金属支架101的底面上，且位于与所述碳纤维复合材料部2复合连接的一侧；所述法兰边螺牙柱102上包括自由端的法兰边102-1和侧壁上防拉槽102-2，所述法兰边螺牙柱102的外周被所述隔离介质层完全覆盖。提高了二者的结合强度，避免了容易被拉拔或因受力容易产生裂痕的风险。

如图2所示，所述金属预成型件的金属支架101的顶面上设置有锥形定位螺牙103，所述锥形定位螺牙103位于远离所述碳纤维复合材料部2触的一侧，所述锥形定位螺牙103与模具上的预留孔位相匹配。解决了金属预成型件与碳纤维复合材料部结合，平面锁螺丝定位操作比较困难，生产效率比较低的问题。

本实用新型的使用过程如下：

首先，该金属材料件与碳纤维复合材料精密结合结构，应用在预成型一体工艺生产上，包括以下几点：

1)金属预成型件1上设制有法兰边螺牙柱102，即带法兰的内埋螺牙柱，可以让金属预成型件牢牢的预埋在碳纤维复合材料部的里面，不用担心金属预成型件拉拔脱离；且该内埋螺牙柱的尺寸大小可依据使用者需求做设计变更。这样提高了金属预成型件与碳纤维复合材料的结合强度，避免了容易被拉拔或因受力容易产生裂痕的风险。

2)在金属预成型件的外表设置有多个锥形定位螺牙103，让金属预成型件精确的定位在模具上面而不会发生尺寸变化，同样这个锥形定位螺牙的尺寸大小也可以依据需求做变更，同时与此金属预成型件相配合的模具上面需要预留定位螺牙的孔洞。这样解决了平面锁螺丝定位操作比较困难，生产效率比较低的问题。

3)然后，将金属预成型件1的底部包括法兰边螺牙柱102均涂抹上环氧树脂，让金属预成型件再结合部位形成一层环氧树脂层3，形成第一层预防电偶腐蚀的隔离介质层。

4)贴高温环氧片胶(即JM001),该高温环氧片胶高温成型固化后，除提供粘结强度，能够在结合表面形成完整的片胶包覆效果，排除因为环氧树脂的流动造成的流斑，不均匀现象，起到双重预防电偶腐蚀的作用。

5)最后，在高温环氧片胶的外表贴覆一层玻璃纤维形成玻璃纤维复合材料层5，成为最外侧的介质层，其中玻璃纤维具有优良的电绝缘性，在碳纤维复合材料和金属材质结合的中间层，包覆一层玻璃纤维介质，可以更加有效的改善碳纤维复合材料和金属材质的电偶腐蚀。

综上通过三层预防电偶腐蚀，隔绝措施，提供强力的粘着强度和包裹强度，结合边缘的强度得到极大的提升，有效改善了金属接头与碳纤维复合材料结合部位，减少甚至消除边缘开裂风险和潜在风险。

其次，该精密结合结构还可以使用在胶合作业生产上，具体包括以下几点：

1)在金属预成型件与碳纤维复合材料的结合部位，增加一层玻璃纤维垫底包裹，改善了金属预成型件的接头面，接触的是玻璃纤维，而不是碳纤维，有效预防了电偶腐蚀。

2)在金属预成型件的接头表面，均匀涂抹一层隔离用的环氧树脂，既可提供粘接强度，又在金属预成型件与碳纤维产品之间形成一层介质胶，有效预防电偶腐蚀。此处的环氧树脂可以选用DP460或DP760环氧胶水。

3)使用胶合固定工装，固定金属预成型件和碳纤维复合材料产品，进行装配胶合，一起进入烤箱高温定型，保证精度尺寸不会发生变化。

如此胶合完成的产品，因为有玻璃纤维垫底，金属预成型件接触的是玻璃纤维，而不是碳纤维，且中间有涂胶介质层，有效杜绝电偶腐蚀；有效预防和改善了金属预成型件与碳纤维复合材料结合部位因电偶腐蚀，产生的边缘开裂风险和潜在风险；同时也解决了金属预成型件与碳纤维复合材料产品，胶合作业的精度和尺寸变异问题。

以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种金属材料件与碳纤维复合材料精密结合结构，其特征在于：包括金属预成型件和碳纤维复合材料部，所述金属预成型件和碳纤维复合材料部通过模具一体成型，所述金属预成型件和碳纤维复合材料部的结合处设置有防止电偶腐蚀用的隔离介质层，所述金属预成型件与所述碳纤维复合材料部的内埋部位上设置有防脱结构。

2.根据权利要求1所述的金属材料件与碳纤维复合材料精密结合结构，其特征在于：所述隔离介质层设置为单层时，包括环氧树脂层，所述环氧树脂层涂覆在所述金属预成型件与所述碳纤维复合材料部接触的一侧。

3.根据权利要求1所述的金属材料件与碳纤维复合材料精密结合结构，其特征在于：所述隔离介质层设置为双层时，包括环氧树脂层和高温环氧片胶，所述环氧树脂层涂覆在所述金属预成型件与所述碳纤维复合材料部接触的一侧，所述高温环氧片胶贴覆在所述环氧树脂层的外侧。

4.根据权利要求1所述的金属材料件与碳纤维复合材料精密结合结构，其特征在于：所述隔离介质层设置为三层时，包括环氧树脂层、高温环氧片胶和玻璃纤维复合材料层，所述环氧树脂层涂覆在所述金属预成型件与所述碳纤维复合材料部接触的一侧，所述高温环氧片胶贴覆在所述环氧树脂层的外侧，所述玻璃纤维复合材料层包裹在所述高温环氧片胶的外侧。

5.根据权利要求1所述的金属材料件与碳纤维复合材料精密结合结构，其特征在于：所述防脱结构具体设置为法兰边螺牙柱，多个所述法兰边螺牙柱连接在所述金属预成型件的金属支架的底面上，且位于与所述碳纤维复合材料部复合连接的一侧；所述法兰边螺牙柱上包括自由端的法兰边和侧壁上防拉槽，所述法兰边螺牙柱的外周被所述隔离介质层完全覆盖。

6.根据权利要求5所述的金属材料件与碳纤维复合材料精密结合结构，其特征在于：所述金属预成型件的金属支架的顶面上设置有锥形定位螺牙，所述锥形定位螺牙位于远离所述碳纤维复合材料部触的一侧，所述锥形定位螺牙与模具上的预留孔位相匹配。

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