[發明專利]一種復合材料連接結構

有效

• 申請號: 201210457648.2
• 申請日: 2012-11-13
• 公開（公告）號: CN103042698A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 秦永利;祝穎丹;蔡晶;滑聰;孟令軍;范欣愉
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: B29C70/08
• 分類號: B29C70/08;B32B5/26;B29C70/30
• 代理公司: 上海一平知識產權代理有限公司 31266
• 代理人: 祝蓮君;雷芳

技術領域

本發明涉及纖維復合材料技術領域，尤其涉及一種高強度的復合材料連接結構，及其制備方法。

背景技術

纖維增強復合材料具有高比強度、高比模量、抗疲勞、耐腐蝕、可設計性強等一系列優異性能，已被廣泛應用于航空航天、航海、國防、交通運輸、化工機械等領域。復合材料結構連接方式主要有膠接連接和機械連接。由于機械連接能傳遞大的載荷，便于拆裝和檢查維修，故復合材料主要承力結構連接處多采用機械連接。

然而，機械連接需要在連接區上鉆孔，鉆孔切斷了纖維，導致螺孔周圍產生應力集中，使其成為復合材料結構中最容易發生破壞的薄弱環節。實際應用表明，在飛機的各種故障中，75%-80%的疲勞破壞發生在機體結構的零件連接部位上。因此，開展復合材料層合板機械連接問題的研究對復合材料層合板的工程應用具有重要意義。

對此，可以使用纖維織物補強片對機械連接結構進行補強，以提高連接結構的強度。傳統的補強方法是采用纖維織物如由纖維方格布或多軸向布通過裁剪得到補強片，在該技術中，由于補強片的纖維被切斷，因此補強效果并不理想；且裁剪的過程中會造成纖維的浪費，對于較為昂貴的碳纖維材料而言，成本耗費大，不利于工業化大規模生產。

綜上所述，本領域迫切需要開發一種低成本，補強效果好、設計和制造簡單的機械連接結構用補強方法。

發明內容

本發明的技術目的是針對上述現有技術中存在的不足，提供一種提高復合材料機械連接強度的補強片及補強方法，并使用該補強片提高復合材料開孔構件的承載能力。

本發明的第一方面，提供了一種復合材料制件，所述制件是具有增強開孔的復合材料制件，所述的增強開孔是用補強片進行補強的開孔，其中所述補強片包括迭放在一起的徑向纖維軌跡層和環向纖維軌跡層，

其中，所述徑向纖維軌跡層與緊固件周圍的復合材料存在第一重疊區域而與緊固件開孔區域不存在重疊區域；

所述環向軌跡層與緊固件周圍的復合材料存在第二重疊區域而與緊固件開孔區域不存在重疊區域；且

所述徑向纖維軌跡層的中心與所述環向纖維軌跡層的中心基本重合。

在另一優選例中，所述徑向纖維軌跡層總體形狀為圍繞開孔的環形。

在另一優選例中，所述第一重疊區域的內沿與開孔的邊緣基本重合。

在另一優選例中，所述第二重疊區域的內沿與開孔的邊緣基本重合。

在另一優選例中，所述的復合材料為纖維增強的復合材料。

在另一優選例中，所述增強開孔是用一片、二片或多片補強片進行補強的開孔。

在另一優選例中，所述的開孔形狀為圓形或正多邊形。

本發明的第二方面，提供了一種復合材料連接結構，包括：

1)第一制件，所述第一制件是具有增強開孔的復合材料制件，所述的增強開孔是用補強片進行補強的開孔，其中所述補強片由徑向纖維軌跡層和環向纖維軌跡層的未浸或預浸樹脂的增強纖維絲束構成；

2)緊固件，所述緊固件通過上述開孔將所述第一制件連接或固定于第二制件或者第二組件。

在另一優選例中，所述的第二制件也是具有增強開孔的復合材料制件。

在另一優選例中，所述的第二組件包括機器零件、墻面、地面。

在另一優選例中，所述的復合材料連接結構還包括通過同一緊固件連接或固定在一起的其他制件或組件。

在另一優選例中，所述的復合材料為增強的復合材料，較佳地為纖維增強的復合材料。

在另一優選例中，所述復合材料制件被固定或連接在復合材料或非復合材料的表面上。

在另一優選例中，所述復合材料制件通過緊固件被固定在復合材料或非復合材料的表面上。

在另一優選例中，所述的緊固件為螺栓。

本發明的第三方面，提供了一種制備本發明第一方面所述的復合材料制件的方法，包括步驟：

(a)在制備復合材料開孔制件的過程中，當制得的纖維復合材料開孔制件的纖維預成型體后，將補強片鋪放在纖維預成型體的開孔部位，然后將補強片與纖維預成型體一體化固化成型，得到開孔補強的纖維復合材料開孔制件；

或所述方法包括步驟(b)

(b)將補強片直接鋪放在已成型的復合材料開孔制件的開孔部位的表面，然后進行二次固化成型，得到開孔補強的復合材料開孔制件。

在另一優選例中，所述的一體化固化成型包括復合材料液體模塑成型工藝、熱壓罐成型工藝和模壓成型工藝。