複合材料層板與金屬件的連接結構的製作方法

2023-04-24 21:35:06

複合材料層板與金屬件的連接結構的製作方法
【專利摘要】本發明涉及纖維增強樹脂基複合材料應用領域，具體涉及一種複合材料層板與金屬件的連接結構，包括金屬件和複合材料層板，金屬件表面設置有凹槽，複合材料層板的一端鋪設於凹槽內部並與凹槽的一側側壁和底面膠接，凹槽內部設置有固定卡片，所述固定卡片卡設於複合材料層板和凹槽另一側內壁之間，複合材料層板、固定卡片和凹槽之間填充有韌性膠體。本發明在保證艦船結構強度和各項技術指標不下降的情況下，解決鋼結構與複合材料的水密堅固連接問題。
【專利說明】 複合材料層板與金屬件的連接結構

【技術領域】
[0001]本發明涉及纖維增強樹脂基複合材料(FRC)應用領域，具體涉及一種複合材料層板與金屬件的連接結構。

【背景技術】
[0002]FRC具有耐腐蝕，比強度高，以及優異的可設計性和複雜結構整體成型的顯著特點，目前已廣泛應用於船舶與海洋結構物設計工程，艦艇大尺度複合材料結構的設計與應用技術研宄必將成為未來艦船結構設計的重要發展方向。然而，相較於傳統鋼質結構高效、低成本的焊接連接技術，複合材料與鋼構件之間的連接問題已成為阻礙複合材料結構大規模使用的瓶頸技術之一。目前複合材料與鋼構件大量使用的連接方式主要為機械連接(螺釘連接和鉚接)、膠接和混合連接等，然而，機械連接由於採用穿透型開孔，將損傷FRC結構的完整性，且緊密性設計困難，膠接則往往難以滿足連接結構的強度設計要求。


【發明內容】

[0003]針對上述技術問題，本發明提供了一種複合材料層板與金屬件的連接結構，在保證艦船結構強度和各項技術指標不下降的情況下，解決鋼結構與複合材料的水密堅固連接冋題。
[0004]本發明提供了一種複合材料層板與金屬件的連接結構，包括金屬件和複合材料層板，所述金屬件位於複合材料層板邊緣處，所述金屬件連接面上開設有有燕尾式凹槽，所述凹槽最小寬度大於所述複合材料層板厚度，所述複合材料板的邊緣彎曲沿凹槽的內側壁和底面填入凹槽中，在所述凹槽內部中所述複合材料層板與凹槽外側壁之間設置有固定卡片，所述固定卡片壓在填入於凹槽底面的複合材料層板上面，所述複合材料層板、固定卡片和凹槽之間利用韌性膠體材料整體固化成一體凹槽槽體結構，所述複合材料層板與所述凹槽槽體結構一次成型。
[0005]所述複合材料層板與金屬件的連接面以及凹槽的內側壁和底面膠接。金屬件的軸向方向與複合材料層板的軸向方向相垂直，金屬件和複合材料層板相互配合形成L型結構。
[0006]所述金屬件為條狀結構且其長度與複合材料層板邊緣寬度相同，凹槽沿金屬件軸向方向設置，凹槽深度方向與複合材料層板垂直，凹槽底端寬度大於頂端寬度，與複合材料緊密貼合的一側凹槽側壁夾角小於另一側凹槽側壁夾角，與複合材料緊密貼合的一側凹槽側壁高度小於另一側凹槽側壁高度且高度差為複合材料層板厚度，與複合材料層板鉸接的一側凹槽側壁上下拐角均為圓角。
[0007]所述固定卡片為倒U形的彈性結構，固定卡片包括呈圓弧形的連接件，連接件兩端均一體化連接有夾板，所述夾板均向外傾斜，夾板上均勻設置有通孔，所述夾板分別與對應的複合材料層板和凹槽內側壁緊密貼合。
[0008]所述固定卡片沿金屬件軸向方向均勻間隔分布於凹槽內。
[0009]所述韌性膠體為環氧樹脂或橡膠膩子。
[0010]所述固定卡片的兩個夾板之間設置有毛氈或短切纖維，固定卡片一側夾板與對應的凹槽側壁之間設置有纖維織物或毛氈布。與夾板接觸的凹槽一內側壁底部設置有與夾板相配合的斜面或弧面。
[0011]本發明結構簡單，複合材料層板的端部膠接於金屬件的凹槽內部，複合材料層板與金屬件垂直相交連接一次成型形成L型的連接結構。凹槽截面呈不對稱的燕尾型且凹槽底面兩側拐角均為圓弧過渡，保證複合材料層板能與凹槽內側表面緊密貼合。固定卡片的兩側卡片分別與複合材料層板和凹槽側壁緊密貼合，將複合材料層板固定於凹槽內部，在無需開孔的情況下實現複合材料層板與金屬件的固定安裝。同時採用固定卡片固定複合材料層板，便於織物鋪設，成型工藝簡單。凹槽內注射的韌性膠體進一步保證安裝穩定性同時有效確保水密性。同時由於固定卡片的兩側夾板設置有通孔，韌性膠體可通過通孔進入固定卡片與複合材料層板形成的空間內，進一步強化安裝穩定性。所述固定卡片兩側夾板形成的內部區域在卡入前預置有少量毛氈或短切纖維，以防止卡片內富膠開裂，同時，夾板與凹槽粘接界面處預置有I?2層纖維織物或毛氈布，以提高界面粘結性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發明結構示意圖
[0013]圖2為固定卡片結構示意圖
[0014]其中，1-金屬件，2-複合材料層板，3-凹槽，4-固定卡片，41-連接件，42-夾板，43-通孔，5-韌性膠體。

【具體實施方式】
[0015]下面結合說明書附圖和具體實施例對本發明作進一步說明:
[0016]本發明提供了一種複合材料層板與金屬件的連接結構，包括包括金屬件I和複合材料層板2，所述金屬件I位於複合材料層板2邊緣處，其特徵在於，所述金屬件I連接面上開設有有燕尾式凹槽3，所述凹槽3最小寬度大於所述複合材料層板2厚度，所述複合材料板2的邊緣彎曲沿凹槽4的內側壁和底面填入凹槽4中，在所述凹槽內部中所述複合材料層板2與凹槽3外側壁之間設置有固定卡片4，所述固定卡片4壓在填入於凹槽4底面的複合材料層板2上面，所述複合材料層板2、固定卡片4和凹槽3之間利用韌性膠體5材料整體固化成一體凹槽槽體結構，所述複合材料層板與所述凹槽槽體結構一次成型。如圖所示，複合材料層板2的端部固定於金屬件I的凹槽3內，兩者垂直相交相互配合形成L型結構，便於安裝使用。複合材料層板2與凹槽3的接觸部位緊密貼合，保證了連接結構的水密性。固定卡片4卡緊於複合材料層板2和凹槽3側壁之間並壓緊於端部的複合材料層板上方，實現兩者的固定。複合材料層板2、固定卡片4頂部和凹槽3側壁形成的空間內灌注有韌性膠體5，強化安裝的同時有效保證連接結構的水密性。
[0017]上述技術方案中，所述複合材料層板2與金屬件I的連接面以及凹槽3的內側壁和底面膠接，進一步保證複合材料層板2和金屬件之間的安裝穩定性。金屬件I的軸向方向與複合材料層板2的軸向方向相垂直，金屬件I和複合材料層板2相互配合形成L型結構，便於連接結構整體的安裝使用。
[0018]上述技術方案中，金屬件I為條狀結構且其長度與複合材料層板2邊緣寬度相同，凹槽3沿金屬件I軸向方向設置，凹槽3深度方向與複合材料層板2垂直，保證複合材料層板2的端部能完全嵌設於凹槽3內部。凹槽3底端寬度大於頂端寬度，與複合材料膠接的一側凹槽3側壁夾角小於另一側凹槽3側壁夾角，凹槽3截面呈燕尾狀，下寬上窄的結構進一步保證複合材料層板2端部在凹槽3內的安裝穩定性。與複合材料膠接的一側凹槽3內側壁高度小於另一側凹槽3內側壁高度且高度差為複合材料層板2厚度，當複合材料層板2相互配合形成L型連接結構時，複合材料層板2與金屬件I的頂端位於同一平面內，便於連接結構的整體安裝應用。與複合材料層板2鉸接的一側凹槽3側壁上下拐角均為圓角。複合材料層板2鋪設時為軟體，凹槽3內圓角狀的拐角便於複合材料層板2的鋪設，使複合材料層板2能緊密貼合於凹槽3側壁及表面，保證連接結構的水密性。
[0019]上述技術方案中，固定卡片4為倒U形的彈性結構，材質應為彈簧鋼片或其他具有同等彈性的非金屬材料。固定卡片4包括呈圓弧形的連接件41，連接件兩端均一體化連接有夾板42，所述夾板42均向外傾斜，夾板42上均勻設置有通孔，兩側夾板42分別與對應的複合材料層板2和凹槽3的內側壁緊密貼合。複合材料層板2和凹槽3側壁分別向內擠壓對應的夾板，所以夾板分別對複合材料層板2和凹槽3側壁施加向外的壓力，進一步強化兩者之間的固定連接。韌性膠體5在灌注過程中可通過通孔進入兩個夾板之間，進一步強化複合材料層板2和金屬件I之間的固定連接。
[0020]上述技術方案中，固定卡片4沿金屬件I軸向方向均勻間隔分布於凹槽3內。固定卡片4可為完整條狀，也可均勻分為多個段狀結構。預製成型時，可插入連續條狀的固定卡片4，也可插入離散分布的多個固定卡片4。
[0021]上述技術方案中，韌性膠體5為環氧樹脂或橡膠膩子。
[0022]上述技術方案中，固定卡片4的兩個夾板之間設置有毛氈或短切纖維，以防止卡片內韌性膠體5開裂。固定卡片4 一側夾板與對應的凹槽3側壁之間設置有纖維織物或毛氈布，以提高界面粘結性能。
[0023]上述技術方案中，與夾板接觸的凹槽3 —側側壁底部設置有與夾板相配合的斜面或弧面，便於夾板能緊貼於凹槽3側壁的表面，加大凹槽3側壁的受力面積，強化固定強度。
[0024]具體實施例1中，金屬件I採用橫截面為上端矩形，下端削斜的條狀Q235船體鋼，複合材料層板2採用S玻纖/3201材料，複合材料層板2與金屬件I 一次整體成型。
[0025]製作前將金屬件11用砂紙打磨光順，用丙酮擦洗乾淨，塗刷偶聯劑溶液(KH560)進行表面處理，金屬件I開槽方向長度根據所需設置連接長度確定，一般與其配合的複合材料層板2邊緣長度相同。在金屬件I的上表面上沿金屬件I長度方向開設有凹槽3，槽體內左側夾角40度，右側夾角60度，複合材料層板2的織物(約30層)由左側沿兩者的連接面鋪入至凹槽3底平面，其中最底層I?2層織物延伸鋪設至凹槽3右側壁。固定卡片4插入凹槽3實現織物和凹槽3固定。採用真空輔助成型工藝對複合材料層板2和凹槽3的連接處注膠，固化後，外表面被打磨平整。複合材料層板2嵌入後採用增韌改性環氧樹脂填塞複合材料層板2和凹槽3右側壁板間的空隙區域，上表面打磨平整。複合材料層板2上表面與凹槽3右側壁頂端平齊。
[0026]具體實施例2中，金屬件I採用採用橫截面為矩形的條狀Q235船體鋼，複合材料層合板採用E玻纖/430LV乙稀基脂樹脂，連接結構與層板一次真空輔助成型。本實施例結構與具體實施例1相同。製作時將金屬件I用噴砂工藝除鏽，用丙酮擦洗乾淨，塗刷偶聯劑溶液(KH560)進行表面處理；然後將複合材料層板2端部嵌入凹槽3內，最底層I?2層織物應延伸鋪設至凹槽3右側壁。將帶有通孔的固定卡片4分段插入，固定卡片4內預置少量短切纖維。真空成型複合材料層板2和鋼成型固化後進行表面打磨；最後，採用韌性橡膠體填塞複合材料層板2和凹槽3右側壁板間的空隙區域，待固化後上表面打磨平整。複合材料上表面與凹槽3右側壁頂端平齊。
[0027]具體實施例3中，金屬件I採用橫截面為矩形的條狀907A船體鋼，複合材料層板2採用S玻纖/環氧樹脂，連接結構一次真空輔助成型。本實施例結構與具體實施例1相同。金屬件I用噴砂工藝除鏽，用丙酮擦洗乾淨，塗刷偶聯劑溶液(KH560)進行表面處理；然後將複合材料層板2嵌入，注意此時最底層I?2層織物應延伸鋪設至凹槽3右側壁，將帶有通孔的連續條狀的固定卡片4整體一次插入，所述固定卡片4為塑料材質，固定卡片4內預置少量毛氈布。複合材料層板2的端部織物和凹槽3固定後，真空成型複合材料層板2和固定卡片4，成型固化後進行表面打磨；最後，採用韌性橡膠體填塞複合材料層板2和凹槽3右側壁板間的空隙區域，待固化後上表面打磨平整。複合材料層板2上表面與凹槽3右側壁頂端平齊。
[0028]顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
[0029]本說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。
【權利要求】
1.一種複合材料層板與金屬件的連接結構，包括金屬件(I)和複合材料層板(2)，所述金屬件(I)位於複合材料層板(2)邊緣處，其特徵在於所述金屬件(I)連接面上開設有有燕尾式凹槽(3)，所述凹槽(3)最小寬度大於所述複合材料層板(2)厚度，所述複合材料板(2)的邊緣彎曲沿凹槽⑷的內側壁和底面填入凹槽⑷中，在所述凹槽內部中所述複合材料層板(2)與凹槽(3)外側壁之間設置有固定卡片(4)，所述固定卡片(4)壓在填入於凹槽(4)底面的複合材料層板(2)上面，所述複合材料層板(2)、固定卡片(4)和凹槽(3)之間利用韌性膠體(5)材料整體固化成一體凹槽槽體結構，所述複合材料層板(2)與所述凹槽槽體結構一次成型。
2.根據權利要求1所述的複合材料層板與金屬件的連接結構，其特徵在於複合材料層板(2)與金屬件(I)的連接面以及凹槽(3)的內側壁和底面膠接。
3.根據權利要求2所述的複合材料層板與金屬件的連接結構，其特徵在於金屬件(I)的軸向方向與複合材料層板(2)的軸向方向相垂直，金屬件(I)和複合材料層板(2)相互配合形成L型結構。
4.根據權利要求3所述的複合材料層板與金屬件的連接結構，其特徵在於金屬件(I)為條狀結構且其長度與複合材料層板(2)邊緣寬度相同，凹槽(3)沿金屬件(I)軸向方向設置，凹槽(3)深度方向與複合材料層板(2)垂直，凹槽(3)底端寬度大於頂端寬度，與複合材料緊密貼合的一側凹槽(3)側壁夾角小於另一側凹槽(3)側壁夾角，與複合材料緊密膠接的一側凹槽(3)內側壁高度小於另一側凹槽(3)內側壁高度且高度差為複合材料層板(2)厚度，與複合材料層板(2)膠接的凹槽(3)內側壁上下拐角均為圓角。
5.根據權利要求4所述的複合材料層板與金屬件的連接結構，其特徵在於固定卡片(4)為倒U形的彈性結構，固定卡片(4)包括呈圓弧形的連接件(41)，連接件(41)兩端均一體化連接有夾板(42)，所述夾板(42)均向外傾斜，夾板(42)上均勻設置有通孔(43)，所述夾板(42)分別與對應的複合材料層板(2)和凹槽(3)內側壁緊密貼合。
6.根據權利要求5所述的複合材料層板與金屬件的連接結構，其特徵在於固定卡片(4)沿金屬件(I)軸向方向均勻間隔分布於凹槽(3)內。
7.根據權利要求6所述的複合材料層板與金屬件的連接結構，其特徵在於韌性膠體(5)為環氧樹脂或橡膠膩子。
8.根據權利要求7所述的複合材料層板與金屬件的連接結構，其特徵在於固定卡片(4)的兩個夾板(42)之間設置有毛氈或短切纖維，固定卡片(4) 一側夾板(42)與對應的凹槽(3)側壁之間設置有纖維織物或毛氈布。
9.根據權利要求8所述的複合材料層板與金屬件的連接結構，其特徵在於與夾板(42)接觸的凹槽(3)內側壁底部設置有與夾板(42)相配合的斜面或弧面。
【文檔編號】F16B2/22GK104454854SQ201410712969
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月28日 優先權日:2014年11月28日
【發明者】梅志遠, 張志強, 李華東, 魯程 申請人:中國人民解放軍海軍工程大學, 鹹寧海威複合材料製品有限公司