[發(fā)明專利]一種輕質高強度抗扭復合材料機械臂桿的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210470818.4
• 申請日: 2022-04-28
• 公開（公告）號: CN114932694B
• 公開（公告）日: 2023-09-01
• 發(fā)明（設計）人: 王夢勛;白明慶;吳楊;許桐;李煜;張義濤
• 申請（專利權）人: 廣聯(lián)航空工業(yè)股份有限公司
• 主分類號: B29C70/42
• 分類號: B29C70/42;B29C70/54
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 李智慧

一種輕質高強度抗扭復合材料機械臂桿的制備方法，屬于輕量化復合材料技術領域，具體方案包括以下步驟：一、設待制機械臂桿的直徑為Z，環(huán)向纏繞若干圈連續(xù)纖維窄帶，當纏繞連續(xù)纖維窄帶的厚度達到10?35％Z后停止纏繞，形成圓環(huán)坯料；二、將圓環(huán)坯料放在壓型工裝內壓制成型得1/2機械臂桿坯件；三、將兩個1/2機械臂桿坯件相對合并組成桿體，在桿體空腔內放置航空泡沫預制件，在桿體外表面沿徑向纏繞若干層織物預浸料Ⅰ，在桿體兩端接頭沿纖維方向放置高溫隔離膜；四、將纏繞織物預浸料Ⅰ的桿體放入固化工裝內，加溫加壓固化，達到預設溫度后開始降溫，得到機械臂桿。該產品具有輕質、高強度、耐腐蝕、扭矩大的優(yōu)點，且具有破損安全功能。

技術領域

本發(fā)明屬于輕量化高強度復合材料技術領域，具體涉及一種輕質高強度抗扭復合材料機械臂桿的制備方法。

背景技術

隨著空間科學的發(fā)展和航天技術的進步，空間星載展開機構得到越來越多的應用?？臻g星載展開機構可實現由折疊狀態(tài)到展開狀態(tài)的轉換，發(fā)射時為折疊狀態(tài)，以滿足航天發(fā)射工具運載艙空間的限制要求，到達軌道后再完全展開并保持構型，以執(zhí)行相關任務。大型空間展開機構正朝著長跨度、大收納率、高剛度、運動慣量小的方向發(fā)展。理想的星載展開機構所采用的材料不僅應有較高的強度和剛度，而且須具良好的空間環(huán)境適應性和重量控制。現有技術中沒有采用以碳纖維為主的連續(xù)纖維復合材料制備的星載展開機構，多為金屬材質，在相同的質量下，金屬材質的物理化學性能指標明顯低于連續(xù)纖維復合材料。

民用領域的高端機械臂桿多為合金結構的不銹鋼棒為原材料，經過鍛造、機加工、熱處理、表面處理等工序制作而成的高強度、高塑性、高沖擊韌性鋼結構件。主要受力形式為軸向拉力。隨著工程難度的不斷增加，鋼機械臂桿的自重也隨之增大，承載效率比降低，這是限制大工程的一個重要因素。在相關工程施工技術中，其金屬機械臂桿內部受力不合理，承載效率偏低，無法滿足對承載能力日益增長的需求?，F有技術中通常采用抗拉強度高的鋼材作為機械臂桿，如鋼絞線、高強度鋼絲、高強度螺紋鋼筋等，其缺點在于：鋼材的防腐保護使錨固工程作業(yè)量大、耗材多、施工復雜，而且鋼材的質量大，制造、運輸和安裝困難，另一方面鋼材在低溫條件下容易發(fā)生“冷脆”現象。

目前市面上的連續(xù)纖維復合材料機械臂桿多數是用玻纖濕法纏繞成型工藝：將玻璃纖維集束浸膠后，在張力控制下直接纏繞在芯模上。但此法仍有許多缺點：制品的樹脂含量不容易控制，孔隙率較高，作業(yè)環(huán)境差，樹脂溶劑易揮發(fā)產生危害性氣體，在成型后制件抗拉力強度低，表面質量差，后期加工處理復雜。

目前的連續(xù)纖維復合材料機械臂桿的兩端接頭都采用金屬結構件拼接工藝，會存在如下問題：

1.金屬結構無法進行各向異性的優(yōu)化設計，復合材料的各向異性特點也未能夠充分發(fā)揮。

2.金屬與碳纖維復合材料連接部位較為薄弱，會對構件的抗扭性能造成不利影響。

3.對于形狀較為復雜的連桿，無法通過傳統(tǒng)的方式保證連接點和承力部分的碳纖維連續(xù)，因此承載能力有限。

4.金屬結構不具備破損安全功能，兩種材料的熱膨脹系數不同，耐候性差。

特大型的混凝土結構一般都是以鋼筋錨桿為增強材料。但是當應用于具有侵蝕性(如嚴寒地區(qū)用除冰鹽處理過的公路橋梁、海邊建筑物、水工結構、港工結構、化工廠房等)或暴露性的環(huán)境時，在溫度和濕度適宜的條件下，混凝土的碳化和氯化物的侵入，使混凝土逐漸中性化，鋼筋鈍化膜被破壞而開始腐蝕，最終導致混凝土結構過早衰退，結構承載力下降，產生安全隱患，嚴重時將會導致結構的毀損，造成嚴重的生命和財產損失。大型體育場館、機場、橋梁、隧道以及機械提升設備中大量使用了鋼拉桿，由于鋼的材料特性，鋼拉桿在使用過程中會面臨鋼的腐蝕和疲勞問題，為解決上述問題，采用連續(xù)纖維復合材料機械臂桿來代替鋼筋，在試驗研究和工程應用等方面均取得了較多的成果。