本發(fā)明屬于復(fù)合材料接頭領(lǐng)域，具體涉及一種碳纖維復(fù)合材料平板接頭及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、碳纖維復(fù)合材料由于其優(yōu)異的物理性能和機(jī)械性能，如高比強(qiáng)度、高比剛度、抗疲勞性能好、結(jié)構(gòu)可設(shè)計性優(yōu)異等，逐漸成為傳統(tǒng)金屬材料的優(yōu)質(zhì)替代品。復(fù)合材料平板接頭作為典型的飛機(jī)薄壁結(jié)構(gòu)形式，繼承了薄壁結(jié)構(gòu)重量輕而且內(nèi)部有效空間大、具有較高的扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性和屈曲強(qiáng)度的優(yōu)點；此外復(fù)合材料平板接頭還可以采用整體成型工藝，大大減少了緊固件的數(shù)量，具有較高的結(jié)構(gòu)效率。但在平板接頭中，加筋板與腹板是通過共固化或高強(qiáng)度粘合劑連接的，這一方式?jīng)Q定了平板接頭的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。這也使得平板接頭抗沖擊性能弱，在受到?jīng)_擊載荷后，如飛機(jī)在制造、裝配、運(yùn)輸、服役過程中，極易受到?jīng)_擊載荷影響從而影響飛機(jī)繼續(xù)服役，如工具跌落、飛機(jī)跑道沙石飛濺，乃至于飛行過程中鳥類的撞擊，平板接頭易產(chǎn)生分層、基體開裂、纖維斷裂等損傷，嚴(yán)重影響力學(xué)性能，造成沖擊后殘余性能下降，如抗壓性能下降40％-60％。

2、研究碳纖維復(fù)合材料在抵抗層間分層以及提升平板接頭連接性能方面的進(jìn)展，對于確保材料的承載能力并優(yōu)化結(jié)構(gòu)的服役效能至關(guān)重要。當(dāng)前，國內(nèi)外在此領(lǐng)域的研究已取得一定的成果，而以增強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料層合板厚度方向性能的技術(shù)及其應(yīng)用為顯著特征的研究，已成為該領(lǐng)域的主流發(fā)展趨勢，展現(xiàn)出顯著的改善效果。

3、文獻(xiàn)[1]jiahe?ma,qiang?xu,weidong?zhu,yinglin?ke,translaminarenveloping?ply?for?cfrp?interlaminar?toughening,composites?part?b:engineering,250(2023)110464,公開了一種碳纖維復(fù)合材料層間增韌及其制作方法，具體涉及復(fù)合材料層間增韌技術(shù)領(lǐng)域，制作方法是采用手工鋪設(shè)碳纖維預(yù)浸料并采用包絡(luò)層對預(yù)浸料進(jìn)行捆綁與鎖定，再采用熱壓罐固化成型。利用包絡(luò)層的碳纖維預(yù)浸料絲束將其余預(yù)浸料絲束進(jìn)行包絡(luò)與鎖定，從而提高層合板的抗分層能力。

4、公開號為cn116330712a的中國專利公開了一種碳纖維復(fù)合材料t型接頭及其制備方法，具體設(shè)計復(fù)合材料接頭技術(shù)領(lǐng)域，制作方法是采用在t型接頭處使用一層不同方向碳纖維預(yù)浸料將t型接頭與腹板連接在一起，然后使用熱壓罐固化成型。

5、上述文獻(xiàn)與專利滿足了實際層間增韌需求，提高了碳纖維層合板與t型接頭層間斷裂韌性。但是上述接頭制備方式對于平板接頭沖擊阻抗與損傷容限影響并不明朗。

6、因此亟需設(shè)計一種能夠制備具有較高沖擊阻抗與損傷容限的碳纖維復(fù)合材料平板接頭的方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種碳纖維復(fù)合材料平板接頭的制備方法，該制備方法制得的碳纖維復(fù)合材料平板接頭具有較高的層間斷裂韌性。

2、本發(fā)明具體實施例提供了一種碳纖維復(fù)合材料平板接頭的制備方法，包括：

3、s1、在蒙皮腹板預(yù)制體表面按照第一鋪設(shè)角度間隔鋪設(shè)第一碳纖維預(yù)浸絲束得到第一碳纖維預(yù)浸絲束陣列；

4、s2、從蒙皮腹板預(yù)制體對應(yīng)的區(qū)域中設(shè)定加強(qiáng)筋區(qū)域，按照第一鋪設(shè)角度在加強(qiáng)筋區(qū)域的第一碳纖維預(yù)浸絲束陣列上鋪設(shè)第二碳纖維預(yù)浸絲束形成第二碳纖維預(yù)浸絲束陣列；

5、s3、按照第二鋪設(shè)角度在第一、第二碳纖維預(yù)浸絲束陣列上，以及第一碳纖維預(yù)浸絲束陣列間隔的凹槽內(nèi)連續(xù)鋪設(shè)第三碳纖維預(yù)浸絲束形成第三碳纖維預(yù)浸絲束陣列；

6、s4、按照第一鋪設(shè)角度在第一碳纖維預(yù)浸絲束陣列間隔的凹槽內(nèi)鋪設(shè)第四碳纖維預(yù)浸絲束得到第四碳纖維預(yù)浸絲束陣列；

7、s5、按照第一鋪設(shè)角度在加強(qiáng)筋區(qū)域的第四碳纖維預(yù)浸絲束陣列上鋪設(shè)第五碳纖維預(yù)浸絲束得到加強(qiáng)筋互鎖結(jié)構(gòu)，在加強(qiáng)筋互鎖結(jié)構(gòu)上貼合加強(qiáng)筋板預(yù)制體得到碳纖維復(fù)合材料平板接頭。

8、優(yōu)選地，所述第一鋪設(shè)角度和第二鋪設(shè)角度的差值為45°或-135°。

9、優(yōu)選地，所述第一碳纖維預(yù)浸絲束和第二碳纖維預(yù)浸絲束的高度和與第四碳纖維預(yù)浸絲束和第五碳纖維預(yù)浸絲束的高度和相同。

10、優(yōu)選地，所述第三碳纖維預(yù)浸絲束的高度為第一碳纖維預(yù)浸絲束的高度的45°或-135°。

11、優(yōu)選地，所述加強(qiáng)筋區(qū)域位于蒙皮腹板預(yù)制體對應(yīng)的區(qū)域的中間位置。

12、優(yōu)選地，所述第一碳纖維預(yù)浸絲束基于第一鋪設(shè)角度按照奇數(shù)列水平間隔鋪設(shè)在蒙皮腹板預(yù)制體表面上；

13、所述第四碳纖維預(yù)浸絲束基于第一鋪設(shè)角度按照偶數(shù)列補(bǔ)位鋪設(shè)在在蒙皮腹板預(yù)制體對應(yīng)區(qū)域的第一碳纖維預(yù)浸絲束陣列間隔的凹槽內(nèi)。

14、優(yōu)選地，所述蒙皮腹板預(yù)制體的制備方法，包括：在蒙皮腹板模具表面連續(xù)鋪設(shè)碳纖維預(yù)浸絲束或者直接鋪設(shè)一層碳纖維預(yù)浸料得到蒙皮腹板預(yù)制體。

15、優(yōu)選地，所述第一碳纖維預(yù)浸絲束陣列對應(yīng)的區(qū)域與蒙皮腹板預(yù)制體對應(yīng)的區(qū)域的尺寸相同；

16、所述第四碳纖維預(yù)浸絲束陣列對應(yīng)的區(qū)域與蒙皮腹板預(yù)制體對應(yīng)的區(qū)域的尺寸相同。

17、本發(fā)明具體實施例還提供了一種碳纖維復(fù)合材料平板接頭，通過所述的碳纖維復(fù)合材料平板接頭的制備方法制得。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

19、本申請利用不同方向碳纖維預(yù)浸絲束鋪設(shè)方式與角度，使得加強(qiáng)筋板預(yù)制體與蒙皮腹板預(yù)制體進(jìn)行捆綁與互鎖，本申請通過改變包絡(luò)方式，使碳纖維絲束在平板接頭中得以進(jìn)行捆綁，從而提高碳纖維復(fù)合材料平板接頭的沖擊阻抗與損傷容限。同時本申請與現(xiàn)有技術(shù)z-pinning、膠膜等碳纖維復(fù)合材料平板接頭制備技術(shù)相比，未引入異質(zhì)材料，同時碳纖維復(fù)合材料平板接頭一體成型，不進(jìn)行額外制備工藝，僅利用不同角度碳纖維絲束進(jìn)行包絡(luò)從而達(dá)成絲束間結(jié)合與互鎖作用，顯著提高碳纖維復(fù)合材料平板接頭抗沖擊能力與沖擊后參與性能，達(dá)到優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能的目的。

技術(shù)特征：

1.一種碳纖維復(fù)合材料平板接頭的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維復(fù)合材料平板接頭的制備方法，其特征在于，所述第一鋪設(shè)角度和第二鋪設(shè)角度的差值為45°或-135°。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維復(fù)合材料平板接頭的制備方法，其特征在于，所述第一碳纖維預(yù)浸絲束和第二碳纖維預(yù)浸絲束的高度和與第四碳纖維預(yù)浸絲束和第五碳纖維預(yù)浸絲束的高度和相同。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的碳纖維復(fù)合材料平板接頭的制備方法，其特征在于，所述第三碳纖維預(yù)浸絲束的高度為第一碳纖維預(yù)浸絲束的高度的二分之一到一。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維復(fù)合材料平板接頭的制備方法，其特征在于，所述加強(qiáng)筋區(qū)域位于蒙皮腹板預(yù)制體對應(yīng)的區(qū)域的中間位置。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維復(fù)合材料平板接頭的制備方法，其特征在于，所述第一碳纖維預(yù)浸絲束基于第一鋪設(shè)角度按照奇數(shù)列水平間隔鋪設(shè)在蒙皮腹板預(yù)制體表面上；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維復(fù)合材料平板接頭的制備方法，其特征在于，所述蒙皮腹板預(yù)制體的制備方法，包括：在蒙皮腹板模具表面連續(xù)鋪設(shè)碳纖維預(yù)浸絲束或者直接鋪設(shè)一層碳纖維預(yù)浸料得到蒙皮腹板預(yù)制體。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維復(fù)合材料平板接頭的制備方法，其特征在于，所述第一碳纖維預(yù)浸絲束陣列對應(yīng)的區(qū)域與蒙皮腹板預(yù)制體對應(yīng)的區(qū)域的尺寸相同；

9.一種碳纖維復(fù)合材料平板接頭，其特征在于，通過如權(quán)利要求1-8任一項所述的碳纖維復(fù)合材料平板接頭的制備方法制得。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種碳纖維復(fù)合材料平板接頭及其的制備方法，該制備方法包括利用不同方向碳纖維預(yù)浸絲束鋪設(shè)方式與角度，使得平板接頭預(yù)制體與腹板預(yù)制體進(jìn)行捆綁與互鎖，本申請通過改變包絡(luò)方式，使碳纖維絲束在平板接頭中得以進(jìn)行捆綁，從而提高碳纖維復(fù)合材料平板接頭的沖擊阻抗與損傷容限。同時本申請的制備方法未引入異質(zhì)材料，同時碳纖維復(fù)合材料平板接頭一體成型，不進(jìn)行額外制備工藝，僅利用不同角度碳纖維絲束進(jìn)行包絡(luò)從而達(dá)成絲束間結(jié)合與互鎖作用，顯著提高碳纖維復(fù)合材料平板接頭抗沖擊能力與沖擊后參與性能，達(dá)到優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能的目的。

技術(shù)研發(fā)人員：徐強(qiáng),許梁斌,馬嘉禾,張炯
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9