一種可折疊自回彈復(fù)合材料管式鉸鏈的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鉸鏈技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可折疊自回彈復(fù)合材料管式鉸鏈的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在航空航天等工業(yè)領(lǐng)域中，一些機(jī)械結(jié)構(gòu)需要通過鉸鏈實(shí)現(xiàn)可折疊自展開功能，在航天領(lǐng)域中，由于受空間的限制，可展開太陽能電池板、可展開天線、可展開桁架等空間可展開結(jié)構(gòu)在發(fā)射前必須折疊，發(fā)射進(jìn)入工作軌道后可控展開，目前，實(shí)現(xiàn)這些功能應(yīng)用較多的是金屬鉸鏈結(jié)構(gòu)。隨著航空航天領(lǐng)域?qū)Σ牧系妮p質(zhì)、高比強(qiáng)度和比剛度的性能需求日益增高，傳統(tǒng)的金屬鉸鏈已不能適應(yīng)目前技術(shù)發(fā)展的需要。
[0003]纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料具有質(zhì)量輕、高比剛度、高比強(qiáng)度、阻尼減震性好、破損安全性好、耐腐蝕、耐疲勞等突出優(yōu)點(diǎn)，以及結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，在航空航天領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的大變形，必須提高材料的破壞應(yīng)變，在模量一定的情況下只能通過減小截面尺寸來實(shí)現(xiàn)，即對結(jié)構(gòu)減薄。
[0004]目前，國外制備的復(fù)合材料鉸鏈采用的增強(qiáng)體多為織物，織物的單層厚度很難達(dá)到0.05mm以下，制備得到的復(fù)合材料鉸鏈的破壞應(yīng)變不能滿足一些小尺寸的鉸鏈(如直徑小于20_)的制造，具有較大的使用局限性。同時(shí)，與連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料相比，織物增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度較低，力學(xué)可設(shè)計(jì)性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是:提出一種可折疊自回彈復(fù)合材料管式鉸鏈的制備方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:復(fù)合材料管式鉸鏈采用單向纖維增強(qiáng)的預(yù)浸料，預(yù)浸料厚度為0.02mm?0.08mm ;用該預(yù)浸料制備復(fù)合材料管式鉸鏈，管式鉸鏈的橫截面為圓形，壁厚0.1mm?0.8mm，復(fù)合材料管的管壁沿長度方向?qū)ΨQ開長形通槽，其制備步驟如下:
[0007]步驟一、將預(yù)浸料鋪貼至管式鉸鏈的壁后要求，按照設(shè)計(jì)要求裁切成需要的尺寸、角度和鋪層順序鋪放，通過復(fù)合材料成型固化方法制備得到復(fù)合材料圓管；
[0008]步驟二、通過機(jī)械加工方法在復(fù)合材料圓管上沿長度方向?qū)ΨQ開長形通槽，通槽的尺寸為管件不發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞的任一尺寸，得到可折疊自回彈復(fù)合材料管式鉸鏈。
[0009]所述單向纖維增強(qiáng)的預(yù)浸料的纖維種類包括下列任意一種:碳纖維、玻璃纖維、硼纖維、碳化硅纖維、芳綸纖維、聚酰胺纖維、聚酯纖維或超高分子量聚乙烯纖維。
[0010]所述單向纖維增強(qiáng)的預(yù)浸料的樹脂為熱固性樹脂或熱塑性樹脂:其中，熱固性樹脂為聚氨酯、環(huán)氧樹脂、氰酸酯樹脂、雙馬樹脂或聚酰亞胺樹脂；熱塑性樹脂為聚酯、聚酰胺、聚砜、聚醚砜、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚醚酰亞胺和聚酰亞胺中任意一種或任意兩種及以上樹脂的共聚物或共混物。
[0011]所述的復(fù)合材料成型固化方法為真空袋法、熱收縮膜壓制法、氣囊壓制法、模壓法或熱壓罐法。
[0012]所述的復(fù)合材料管的管壁上沿長度方向?qū)ΨQ開的長形通槽的兩端各包含一個(gè)圓孔，圓孔的直徑大于平直段的寬度。
[0013]所述的復(fù)合材料管的管壁上沿長度方向?qū)ΨQ開的長形通槽的開孔兩端為半圓弧且與平直段相切。
[0014]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果:本發(fā)明中的復(fù)合材料管式鉸鏈采用超薄樹脂基復(fù)合材料預(yù)浸料制備得到，結(jié)構(gòu)形式是一種中間對稱開孔的薄壁復(fù)合材料圓管。超薄預(yù)浸料的厚度一般為常規(guī)預(yù)浸料的15% _30%，適用于制備薄壁復(fù)合材料制件，同時(shí)具備很大的力學(xué)設(shè)計(jì)自由度。采用超薄預(yù)浸料可實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的高性能化，在滿足復(fù)合材料鉸鏈折疊功能的基礎(chǔ)上提升結(jié)構(gòu)的剛度、彎矩等力學(xué)性能。采用本方法制備得到的可折疊自回彈輕質(zhì)復(fù)合材料管式鉸鏈可應(yīng)用于對減重、比強(qiáng)度和比剛度要求較高的航空航天領(lǐng)域。
[0015]通過研究，超薄預(yù)浸料適用于制造復(fù)合材料薄壁結(jié)構(gòu)，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)層數(shù)最少的基本鋪層為[45/-45]s共四層，如果采用單層厚度0.04mm的超薄預(yù)浸料制造，得到的薄壁結(jié)構(gòu)厚度僅為0.16mm，而且如果在給定復(fù)合材料結(jié)構(gòu)厚度的前提下，預(yù)浸料超薄化給予了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)工程師更多的設(shè)計(jì)余度，在給定制件厚度的前提下可以有更多的鋪層層數(shù)和角度選擇，根據(jù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)承載要求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出最優(yōu)方案。如材料的厚度為0.5mm，如果采用常規(guī)0.125mm厚的預(yù)浸料，鋪層只能設(shè)計(jì)4層，設(shè)計(jì)自由度較低，如果采用單層厚度0.04mm的超薄預(yù)浸料，設(shè)計(jì)最高可達(dá)12層，設(shè)計(jì)自由度很大。通過采用超薄預(yù)浸料可實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的高性能化，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料薄壁結(jié)構(gòu)的大變形，用于可折疊自回彈復(fù)合材料管式鉸鏈的制備，尤其用于制備一些破壞應(yīng)變要求較高的小尺寸鉸鏈。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明管壁長槽一種結(jié)構(gòu)形式的示意圖，其中，a為正視圖，b為立體圖；
[0017]圖2是本發(fā)明管壁長槽另一種結(jié)構(gòu)形式的示意圖，其中，a為正視圖，b為立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面通過實(shí)施例對本發(fā)明的設(shè)計(jì)和制備技術(shù)做進(jìn)一步詳細(xì)說明，然而本發(fā)明技術(shù)方案并不局限于以下所列舉【具體實(shí)施方式】。
[0019]本發(fā)明提出一種可折疊自回彈復(fù)合材料管式鉸鏈的制備方法，其制備步驟如下:
[0020]步驟一、制備得到薄壁復(fù)合材料圓管，具體方法如下:
[0021](1)針對熱固性樹脂預(yù)浸料，按照制件尺寸、力學(xué)設(shè)計(jì)及鋪層要求，按順序?qū)⑾鄳?yīng)大小和鋪層角度的超薄預(yù)浸料料片手工或使用卷管機(jī)鋪放于模具外表面，采用真空袋法、熱收縮膜壓制法、模壓法或熱壓罐法加壓加熱固化成型?；?qū)⒘掀止や伔庞趫A柱形氣囊上，置于陰模內(nèi)，采用氣囊壓制法成型。
[0022](2)針對熱塑性樹脂預(yù)浸料，按照制件尺寸、力學(xué)設(shè)計(jì)及鋪層要求，按順序?qū)⑾鄳?yīng)大小和鋪層角度的超薄預(yù)浸料料片使用卷管機(jī)或手工鋪放于模具外表面原位加熱固結(jié)。
[0023]步驟二、通過機(jī)械加工方法在薄壁復(fù)合材料管中間部分對稱開孔，得到可折疊自回彈復(fù)合材料管式鉸鏈。開孔的形狀有兩種:方案1的平直部分開孔兩端各包含一個(gè)圓孔，圓孔的直徑大于平直段的寬度，如圖1所示；方案2的開孔兩端為半圓弧且與平直段相切，如圖2所示，具體開孔尺寸根據(jù)鉸鏈所需要的彎矩、剛度及材料的力學(xué)性能確定。
[0024]本發(fā)明中采用的纖維絲束包括下面任意一種:碳纖維、玻璃纖維、硼纖維、碳化硅纖維、芳綸纖維、聚酰胺纖維、聚酯纖維或超高分子量聚乙