專利名稱：一體化碳纖維桿件的制備方法
技術領域：
本發(fā)明提供一種一體化碳纖維桿件的制備方法，屬于空間桁架技術領域。
二背景技術：
隨著空天技術領域的進一步拓展，針對航空、航天結合部使用的平流層飛 行器已成為各國研究的重點，在這類飛行器中尤以平流層浮空器最受關注。針 對平流層浮空器的大型化(體積在上萬立方米以上)，必須采用碳纖維桁架結構 進行浮空器系統(tǒng)整體結構的維形和設備艙的固定。常規(guī)的桁架結構是由碳纖維 桿件通過與金屬接頭套接后裝配而成，或由碳纖維桿件與復合材料編織的空間 接頭套接后裝配而成，套接過程中存在同心定位難以實現(xiàn)的問題，并且，通過 套接工藝完成的桁架結構受力破壞時均是在接頭處出現(xiàn)層間破壞(破壞力較 小)。此外，若桿件內(nèi)腔封閉，則平流層與地面的壓力差將對碳纖維桿件的受力 (內(nèi)部的膨脹力)產(chǎn)生重要影響。為此，通過接頭與碳纖維桿件的一體化成型 技術，解決上述問題。
三
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種一體化碳纖維桿件的制備方法，以解決現(xiàn)有技 術中碳纖維桿件與接頭同心套接難以定位、桁架結構破壞力較小以及保持桿件 內(nèi)外壓力平衡等問題。
本發(fā)明一種一體化碳纖維桿件的制備方法，其技術方案是先將帶溝槽的金 屬接頭與異型薄壁金屬管件進行裝配，再利用異型薄壁金屬管件作為內(nèi)芯，并
將銷釘涂敷脫模蠟后固定于金屬接頭的溝槽內(nèi)，通過纏繞的方法將金屬接頭與 異型薄壁金屬管件纏于碳纖維管內(nèi)，固化后將銷釘取出。通過上述方法，可以 達到接頭與管件同心的目的，保證碳纖維管件具有足夠的破壞強度，并可保證 在外界氣壓變化的情況下桿件內(nèi)外壓相同。
本發(fā)明一種一體化碳纖維桿件的制備方法，其具體步驟如下
1. 原材料(該原材料包括異型薄壁金屬管件、銷釘、金屬棒料以及中溫固化碳 纖維絲預浸料)的采購與檢驗，保證所選材料質(zhì)量合格。
2. 金屬材料的加工根據(jù)設計尺寸截取異型薄壁金屬管件，根據(jù)異型薄壁金屬 管件的形狀對金屬棒料進行機加工，保證所制作的金屬接頭與異型薄壁金屬 管件的配合長度不小于異型薄壁金屬管件最大截面尺寸的1.0 1.5倍。
3. 對步驟2中的金屬材料進行磷酸陽極化處理。
4. 內(nèi)芯膠結利用膠結的方式將金屬接頭與異型薄壁金屬管件配合，并將配合 好的芯頭結合體放入烘箱中，烘箱溫度設定在60 80°C，保溫時間不低于 1.5小時，以加速固化并提高膠結強度。
5. —體化桿件的纏繞將涂敷脫模蠟的銷釘固定于金屬接頭的溝槽內(nèi)，將芯頭 結合體固定在碳纖維纏繞機上(需保證兩端定位準確)進行中溫固化碳纖維 絲預浸料的纏繞(中溫范圍為120 150°C)，纏繞厚度根據(jù)設計要求具體確 定。
6. 固化將纏繞后的半成品放入烘箱內(nèi)，加熱溫度控制在120 150°C，加熱 時間不少于1小時。
7. 后續(xù)處理取出固化后的半成品，去除銷釘，并對桿件表面進行適當?shù)拇蚰ィ?保證桿件表面光滑平整；根據(jù)設計需要將接頭暴露端機加工成合適的外形； 針對整個桿件進行無損檢測，合格后即可投入使用。
其中，步驟1中異型薄壁金屬管件、金屬棒料的材料均為航空鋁合金；步 驟3中利用磷酸陽極化處理，可以保證金屬件之間以及金屬件與碳纖維材料間 能很好的配合；步驟4中的膠結用膠為常溫環(huán)氧樹脂；步驟5中的中溫固化碳 纖維絲預浸料可以是T300-3K絲，也可以是T700-3K絲；此外，在進行步驟5 時，必須保證纏繞的管件壁厚均勻；在進行步驟6時，溫度應盡可能控制得低 (所述"低"是指中溫范圍內(nèi)的低，最好為120°C)，以減小固化過程中內(nèi)芯與 碳纖維間的相互作用力。
使用本發(fā)明中的制備方法生產(chǎn)的一體化碳纖維桿件具有輕質(zhì)、高強、便于 裝配的優(yōu)點，并且低溫、低壓特性良好，非常適合平流層浮空器中桁架結構系 統(tǒng)構建的需要。
四

圖l為本發(fā)明應用到某具體一體化碳纖維桿件中的結構示意圖； 圖2為該一體化碳纖維桿件制備方法的工藝流程圖。 圖中標號說明如下-
1.航空鋁合金接頭；2.銷釘；3.內(nèi)芯；4.碳纖維外套； 5.銷釘孔；6.最終成品(需去除銷釘)。
五具體實施例方式
下面結合附圖l、 2，對本發(fā)明中的制備方法作進一步的說明-
本發(fā)明一種一體化碳纖維桿件的制備方法，其具體步驟如下 1.原材料采購、檢驗該原材料包括異型薄壁金屬管件、銷釘、金屬棒料以 及中溫固化碳纖維絲預浸料，保證異型薄壁金屬管件、金屬棒料無內(nèi)部和 外部缺陷，保證中溫固化碳纖維絲預浸料能耐低溫(-6(TC左右)、抗紫外、
防輻射。
2. 金屬材料的加工根據(jù)設計尺寸用直尺量取異型薄壁金屬管件并用切割機截取，截取后的管件應去除毛邊；根據(jù)異型薄壁金屬管件的形狀用機床對 金屬棒料進行機加工，保證所制作的金屬接頭與異型薄壁金屬管件能很好的配合，且配合長度不小于異型薄壁金屬管件最大截面尺寸的1.0倍。
3. 對步驟2中的金屬材料進行磷酸陽極化處理，具體實施步驟詳見HB/Z 197-91。
4. 內(nèi)芯膠結利用常溫環(huán)氧樹脂將金屬接頭與異型薄壁金屬管件膠結在一起，
將膠結好的芯頭結合體放入烘箱中，烘箱溫度調(diào)至60℃，保溫2小時后取 出。
5. —體化桿件的纏繞將涂敷脫模蠟的銷釘固定于金屬接頭的溝槽內(nèi)，將芯頭結合體固定在碳纖維纏繞機上(需保證兩端定位準確)進行中溫固化碳纖維絲預浸料的纏繞，纏繞力及纏繞厚度根據(jù)設計要求具體確定。
6. 固化將纏繞后的半成品放入烘箱內(nèi)，加熱溫度控制在120℃，加熱時間為2小時。
7. 去除銷釘取出固化后的半成品，將銷釘去除，并用試劑擦拭溝槽，保證通氣順暢。
8. 打磨根據(jù)設計要求，利用磨床對一體化桿件的表面進行適當打磨。
9. 接頭機加工根據(jù)具體的連接形式，利用機床對接頭的暴露端進行及加工 成型。
10. 無損檢測利用超聲波檢測儀對上述成品進行無損檢測，無外部、內(nèi)部損傷的桿件即可投入使用。
權利要求
1、一種一體化碳纖維桿件的制備方法，其特征在于，包括下述幾個步驟步驟1、選取原材料其中選取的原材料包括異型薄壁金屬管件、銷釘、金屬棒料以及中溫固化碳纖維絲預浸料；步驟2、對原材料中的金屬材料進行加工根據(jù)設計尺寸截取異型薄壁金屬管件，根據(jù)異型薄壁金屬管件的形狀對金屬棒料進行機加工，保證所制作的金屬接頭與異型薄壁金屬管件的配合長度不小于異型薄壁金屬管件最大截面尺寸的1.0～1.5倍；步驟3、對步驟2中的金屬材料進行磷酸陽極化處理；步驟4、內(nèi)芯膠結利用膠結的方式將金屬接頭與異型薄壁金屬管件配合，并將配合好的芯頭結合體放入烘箱中，烘箱溫度設定在60～80℃，保溫時間不低于1.5小時；步驟5、一體化桿件的纏繞將涂敷脫模蠟的銷釘固定于金屬接頭的溝槽內(nèi)，將芯頭結合體固定在碳纖維纏繞機上進行中溫固化碳纖維絲預浸料的纏繞，纏繞厚度根據(jù)設計要求具體確定；步驟6、固化將纏繞后的半成品放入烘箱內(nèi)，加熱溫度控制在120～150℃，加熱時間不少于1小時；步驟7、后續(xù)處理取出固化后的半成品，去除銷釘，并對桿件表面進行適當?shù)拇蚰ィＷC桿件表面光滑平整；根據(jù)設計需要將接頭暴露端機加工成預定的外形；針對整個桿件進行無損檢測，合格后即可投入使用。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一體化碳纖維桿件的制備方法，其特征在于步 驟1中異型薄壁金屬管件、金屬棒料的材料均為航空鋁合金。
3、 根據(jù)權利要求1所述的一體化碳纖維桿件的制備方法，其特征在于步 驟4中的膠結用膠為常溫環(huán)氧樹脂。
4、 根據(jù)權利要求1所述的一體化碳纖維桿件的制備方法，其特征在于步驟5中的中溫固化碳纖維絲預浸料是T300-3K絲或是T700-3K絲。
5、 根據(jù)權利要求1所述的一體化碳纖維桿件的制備方法，其特征在于在 進行步驟5時，必須保證纏繞的管件壁厚均勻。
6、 根據(jù)權利要求1所述的一體化碳纖維桿件的制備方法，其特征在于 在步驟5中所述的"中t顯"，其中溫范圍為120 150°C。
7、 根據(jù)權利要求1所述的-一體化碳纖維桿件的制備方法，其特征在于在 進行步驟6時，溫度應盡可能控制在中溫范圍內(nèi)的低，最好為120。C。
全文摘要
一體化碳纖維桿件的制備方法，包括以下步驟步驟1.選取原材料；步驟2.對原材料中的金屬材料進行加工；步驟3.對金屬材料進行磷酸陽極化處理；步驟4.內(nèi)芯膠結；步驟5.一體化桿件的纏繞；步驟6.固化；步驟7.后續(xù)處理取出半成品，去除銷釘，并對桿件表面進行打磨，保證表面光滑平整；按設計需要將接頭暴露端機加工成預定的外形并進行無損檢測合格后即可使用。通過上述方法，可以達到接頭與管件同心的目的，保證碳纖維管件具有足夠的破壞強度，并可保證在外界氣壓變化的情況下桿件內(nèi)外壓相同。使用本方法生產(chǎn)的一體化碳纖維桿件，具有輕質(zhì)、高強、便于裝配的優(yōu)點，并且低溫、低壓特性好，適合平流層浮空器中桁架結構系統(tǒng)構建的需要。
文檔編號C25D11/00GK101338857SQ200810118140
公開日2009年1月7日 申請日期2008年8月13日 優(yōu)先權日2008年8月13日
發(fā)明者孫康文, 哲 武, 俊 黃 申請人:北京航空航天大學