[發(fā)明專利]一種碳纖維螺紋套及其應用

有效

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• 申請日: 2021-01-20
• 公開（公告）號: CN112922947B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發(fā)明（設計）人: 樂中宇;陳萌;顧伯忠;姜翔;張志永;葉宇;徐進
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺南京天文光學技術研究所
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;F16L15/00;F16B35/00;F16B33/02;B29C33/00;B29C33/42;B29C70/50
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 孫君衍;李湘群

一種碳纖維螺紋套，沿其軸向分布有限位段以及嚙合段，所述嚙合段的內(nèi)表面和外表面設置著螺紋，所述限位段固定在嚙合段的一端，所述限位段外形與嚙合段螺紋不相同，當碳纖維螺紋套的嚙合段完全嚙合，限位段阻礙碳纖維螺紋套進一步轉動，本發(fā)明的碳纖維管件，其管壁的碳纖維與成型螺紋套的螺紋緊密嵌合，從而能充分發(fā)揮管壁的碳纖維的力學性能，由于碳纖維螺紋套、碳纖維管件均使用了相同的碳纖維材料，管件軸向的強度一致性好，重量增加少，材料熱膨脹系數(shù)一致，本發(fā)明的碳纖維管件的連接方法，可以極大簡化施工條件，減少施工周期，特別是對于幾十米級的大型桁架結構的現(xiàn)場施工有重要意義。

技術領域

本發(fā)明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種碳纖維螺紋套及其應用。

背景技術

相對傳統(tǒng)鋼材，碳纖維復合材料具有比剛度和比強度高的優(yōu)點。將碳纖維復合材料應用于大型天文望遠鏡中，有助于降低望遠鏡的重量與驅動功耗，提高望遠鏡的自振頻率和指向速度。在大型天文望遠鏡的大型桁架結構中，碳纖維復合材料可以以管件的形式得到應用。

碳纖維復合材料的連接方法與工藝跟傳統(tǒng)鋼材的連接方法與工藝有很大差別。碳纖維復合材料管件與接頭的常用連接方法有膠接法、鉆孔連接法、預埋金屬法，近年還發(fā)展了成型螺紋連接法。膠接法采用膠水將待連接的碳纖維復合材料件粘接并固化，膠水的強度一般遠低于碳纖維復合材料的強度，膠接處容易成為整體碳纖維復合材料結構的薄弱環(huán)節(jié)。鉆孔連接法是在待連接的碳纖維復合材料件上用機械加工方式開通孔或螺孔，從開孔處用緊固件將碳纖維復合材料件連接，鉆孔連接法會切斷部分碳纖維，開孔處容易成為整體碳纖維復合材料結構的薄弱環(huán)節(jié)。預埋金屬法是在碳纖維復合材料成型時預埋金屬件，在金屬件上設置螺紋、法蘭等連接結構，通過這些連接結構將碳纖維復合材料件連接，預埋金屬法由于需要預埋金屬結構，一方面會增加整體結構的重量，降低結構的比強度與比剛度，另一方面由于金屬與碳、纖維復合材料熱膨脹系數(shù)不同導致整體結構溫度適應范圍有限。所謂成型螺紋連接法指在成型時通過直接擠壓碳纖維復合材料件形成螺紋并依靠該螺紋進行連接的方法，成型螺紋的加工質量依賴于螺紋結構與成型工藝，目前成型螺紋的加工難度較大，螺紋質量不高，影響了碳纖維復合材料管件的成品率。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提出一種碳纖維螺紋套及其應用，充分發(fā)揮碳纖維復合材料的性能特點，提高碳纖維復合材料管件的成品率，確保整體結構的比強度與比剛度，有效實現(xiàn)碳纖維管件的穩(wěn)定連接。

本發(fā)明為國家自然科學基金青年基金項目《各向異性和蠕變對碳纖維復合材料在大型望遠鏡中應用影響的研究》(批準號：11703057)的研究成果。

本發(fā)明的具體技術方案如下：

一種碳纖維螺紋套，沿其軸向分布有限位段以及嚙合段，所述嚙合段的內(nèi)表面和外表面設置著螺紋，所述限位段固定在嚙合段的一端，所述限位段外形與嚙合段螺紋不相同，當碳纖維螺紋套的嚙合段完全嚙合，限位段阻礙碳纖維螺紋套進一步轉動。

其中，所述限位段為斜圓筒，所述斜圓筒其軸線與碳纖維螺紋套的軸線形成夾角。

其中，嚙合段的螺紋為圓弧螺紋，所述圓弧的最小半徑大于碳纖維材料的允許最小彎折半徑。

其中，所述嚙合段的內(nèi)表面和外表面的螺紋牙型相同，且外表面螺紋的牙根對應內(nèi)表面螺紋的牙尖，外表面螺紋的相鄰的牙尖對應內(nèi)表面螺紋的相鄰的牙根。

其中，還包括模具固定端，所述限位段連接在嚙合段和模具固定端之間。

其中，碳纖維螺紋套嚙合段的外表面螺紋的牙尖與內(nèi)表面螺紋的牙根的距離等于碳纖維管件的壁厚。

一種碳纖維管件的連接方法，將套設在碳纖維管件端部的碳纖維螺紋套，與內(nèi)接在另一個碳纖維管件端部的碳纖維螺紋套螺紋連接，并在螺紋連接面涂環(huán)氧樹脂膠并冷固化。