[发明专利]一种复合材料连接结构

说明书

技术领域

本发明涉及纤维复合材料技术领域，尤其涉及一种高强度的复合材料连接结构，及其制备方法。

背景技术

纤维增强复合材料具有高比强度、高比模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性强等一系列优异性能，已被广泛应用于航空航天、航海、国防、交通运输、化工机械等领域。复合材料结构连接方式主要有胶接连接和机械连接。由于机械连接能传递大的载荷，便于拆装和检查维修，故复合材料主要承力结构连接处多采用机械连接。

然而，机械连接需要在连接区上钻孔，钻孔切断了纤维，导致螺孔周围产生应力集中，使其成为复合材料结构中最容易发生破坏的薄弱环节。实际应用表明，在飞机的各种故障中，75%-80%的疲劳破坏发生在机体结构的零件连接部位上。因此，开展复合材料层合板机械连接问题的研究对复合材料层合板的工程应用具有重要意义。

对此，可以使用纤维织物补强片对机械连接结构进行补强，以提高连接结构的强度。传统的补强方法是采用纤维织物如由纤维方格布或多轴向布通过裁剪得到补强片，在该技术中，由于补强片的纤维被切断，因此补强效果并不理想；且裁剪的过程中会造成纤维的浪费，对于较为昂贵的碳纤维材料而言，成本耗费大，不利于工业化大规模生产。

综上所述，本领域迫切需要开发一种低成本，补强效果好、设计和制造简单的机械连接结构用补强方法。

发明内容

本发明的技术目的是针对上述现有技术中存在的不足，提供一种提高复合材料机械连接强度的补强片及补强方法，并使用该补强片提高复合材料开孔构件的承载能力。

本发明的第一方面，提供了一种复合材料制件，所述制件是具有增强开孔的复合材料制件，所述的增强开孔是用补强片进行补强的开孔，其中所述补强片包括迭放在一起的径向纤维轨迹层和环向纤维轨迹层，

其中，所述径向纤维轨迹层与紧固件周围的复合材料存在第一重叠区域而与紧固件开孔区域不存在重叠区域；

所述环向轨迹层与紧固件周围的复合材料存在第二重叠区域而与紧固件开孔区域不存在重叠区域；且

所述径向纤维轨迹层的中心与所述环向纤维轨迹层的中心基本重合。

在另一优选例中，所述径向纤维轨迹层总体形状为围绕开孔的环形。

在另一优选例中，所述第一重叠区域的内沿与开孔的边缘基本重合。

在另一优选例中，所述第二重叠区域的内沿与开孔的边缘基本重合。

在另一优选例中，所述的复合材料为纤维增强的复合材料。

在另一优选例中，所述增强开孔是用一片、二片或多片补强片进行补强的开孔。

在另一优选例中，所述的开孔形状为圆形或正多边形。

本发明的第二方面，提供了一种复合材料连接结构，包括：

1)第一制件，所述第一制件是具有增强开孔的复合材料制件，所述的增强开孔是用补强片进行补强的开孔，其中所述补强片由径向纤维轨迹层和环向纤维轨迹层的未浸或预浸树脂的增强纤维丝束构成；

2)紧固件，所述紧固件通过上述开孔将所述第一制件连接或固定于第二制件或者第二组件。

在另一优选例中，所述的第二制件也是具有增强开孔的复合材料制件。

在另一优选例中，所述的第二组件包括机器零件、墙面、地面。

在另一优选例中，所述的复合材料连接结构还包括通过同一紧固件连接或固定在一起的其他制件或组件。

在另一优选例中，所述的复合材料为增强的复合材料，较佳地为纤维增强的复合材料。

在另一优选例中，所述复合材料制件被固定或连接在复合材料或非复合材料的表面上。

在另一优选例中，所述复合材料制件通过紧固件被固定在复合材料或非复合材料的表面上。

在另一优选例中，所述的紧固件为螺栓。

本发明的第三方面，提供了一种制备本发明第一方面所述的复合材料制件的方法，包括步骤：

(a)在制备复合材料开孔制件的过程中，当制得的纤维复合材料开孔制件的纤维预成型体后，将补强片铺放在纤维预成型体的开孔部位，然后将补强片与纤维预成型体一体化固化成型，得到开孔补强的纤维复合材料开孔制件；

或所述方法包括步骤(b)

(b)将补强片直接铺放在已成型的复合材料开孔制件的开孔部位的表面，然后进行二次固化成型，得到开孔补强的复合材料开孔制件。

在另一优选例中，所述的一体化固化成型包括复合材料液体模塑成型工艺、热压罐成型工艺和模压成型工艺。