一種復(fù)合材料接頭耳片及其纖維預(yù)成型體和制件的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種復(fù)合材料接頭耳片及其纖維預(yù)成型體和制件。具體地，本實用新型提供了一種復(fù)合材料接頭耳片纖維預(yù)成型體，及含有所述預(yù)成型體的接頭耳片和用所述耳片制成的復(fù)合材料制件。所述的纖維預(yù)成型體包括疊放在一起的一個或多個第一纖維層和一個或多個第二纖維層；與現(xiàn)有技術(shù)中的三維編織復(fù)合材料接頭耳片相比，該種接頭耳片具有工藝技術(shù)難度較小，成本較低且適于批量生產(chǎn)等優(yōu)點。使用該方法制備復(fù)合材料接頭耳片，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種復(fù)合材料接頭耳片及其纖維預(yù)成型體和制件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及纖維復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種復(fù)合材料接頭耳片及其纖維預(yù)成型體和制件。
【背景技術(shù)】
[0002]復(fù)合材料承力接頭的設(shè)計和制備是現(xiàn)代飛行器實現(xiàn)先進(jìn)技術(shù)性能以及有效降低結(jié)構(gòu)重量的一項重要技術(shù)，在各類飛行器中有著重要的應(yīng)用價值。
[0003]耳片連接件是飛機(jī)結(jié)構(gòu)中重要的承力構(gòu)件。耳片連接件雖然結(jié)構(gòu)形式簡單，但耳孔周圍應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜，耳片極易產(chǎn)生破壞失效。傳統(tǒng)的復(fù)合材料主承力接頭是層壓式結(jié)構(gòu)。由于傳統(tǒng)復(fù)合材料層合板的層間性能差、受到?jīng)_擊后易損傷并且產(chǎn)生分層、機(jī)械鉆孔后引起孔邊應(yīng)力集中而加速結(jié)構(gòu)的破壞等缺點，造成了復(fù)合材料主承力接頭難以研制。
[0004]近年來，出現(xiàn)了一種新型纖維增強(qiáng)復(fù)合材料一三維編織復(fù)合材料。層壓復(fù)合材料層間脆弱的致命弱點在三維編織復(fù)合材料中得到克服。然而，雖然采用三維編織技術(shù)制備復(fù)合材料接頭可以克服以上缺點，但三維編織工藝技術(shù)難度大，生產(chǎn)成本高，周期長，不適于批量生產(chǎn)。
[0005]因此，本領(lǐng)域尚缺乏一種工藝簡單，生產(chǎn)成本低，適合批量生產(chǎn)的復(fù)合材料承力接頭。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本實用新型的目的是提供一種工藝簡單，生產(chǎn)成本低，適合批量生產(chǎn)的復(fù)合材料承力接頭。
[0007]本實用新型的第一方面，提供了一種復(fù)合材料接頭耳片纖維預(yù)成型體，所述的纖維預(yù)成型體包括疊放在一起的一個或多個第一纖維層和一個或多個第二纖維層；
[0008]其中，所述的第一纖維層包括一個或多個第一耳孔區(qū)，以及與所述第一耳孔區(qū)鄰接的第一耳片區(qū)，其中，所述的第一耳孔區(qū)具有中心與耳孔中心重合且大致形狀呈半圓形或半橢圓形的環(huán)向纖維軌跡；
[0009]所述的第二纖維層包括一個或多個第二耳孔區(qū)，以及與第二耳孔區(qū)鄰接的第二耳片區(qū)，其中，所述的第二耳孔區(qū)具有位于所述耳孔外側(cè)且其延伸線與耳孔中心相交的徑向纖維軌跡。
[0010]在另一優(yōu)選例中，所述的第一耳孔區(qū)的大致形狀與第二耳孔區(qū)的大致形狀一致或
基本一致。
[0011]在另一優(yōu)選例中，所述第一纖維層的總體形狀與纖維預(yù)成型體形狀相同或相似。
[0012]在另一優(yōu)選例中，所述的第二纖維層的纖維軌跡和/或總體形狀與纖維預(yù)成型體形狀相似或相同。
[0013]在另一優(yōu)選例中，所述的徑向纖維軌跡垂直于耳孔輪廓。
[0014]在另一優(yōu)選例中，所述的垂直表示徑向纖維軌跡與耳孔輪廓相交點處切線的夾角為75-90度，較佳地為80-90度。
[0015]在另一優(yōu)選例中，所述的纖維軌跡的中心與耳孔中心重合指所述的纖維中心位于以耳孔中心為圓心，耳孔半徑Rl的1/10為半徑的圓內(nèi)。
[0016]在另一優(yōu)選例中，所述的延伸線與耳孔中心相交指所述的延伸線穿過以耳孔中心為圓心,耳孔半徑Rl的1/10為半徑的圓。
[0017]在另一優(yōu)選例中，每層纖維層中，纖維軸分布的線密度通常為3-50根纖維軸/cm，較佳地為5-25根纖維軸/cm。
[0018]在另一優(yōu)選例中，每個纖維層的經(jīng)向纖維軌跡的取向可以相同，可以不同。例如，第一層取向45度，第二層取向-45度。
[0019]在另一優(yōu)選例中，所述的纖維軸可以為直線、曲線，或其組合。
[0020]在另一優(yōu)選例中，所述的第一耳片區(qū)具有與耳片底部相平行或垂直的第一耳片纖維軌跡；且
[0021]所述的第二耳片區(qū)具有與第一耳片纖維軌跡相垂直的第二耳片纖維軌跡。
[0022]在另一優(yōu)選例中，所述的纖維軸在各個纖維層的各個位置具有相同或基本相同的分布密度。
[0023]在另一優(yōu)選例中，所述的纖維軸在各個纖維層的各個位置具有不同的分布密度。
[0024]在另一優(yōu)選例中，所述的纖維軸可以為直線、曲線，或其組合。
[0025]在另一優(yōu)選例中，所述的第一耳片層具有如附圖1所示的形狀和/或纖維走向。
[0026]在另一優(yōu)選例中，所述的第二耳片層具有如附圖2所示的形狀和/或纖維走向。
[0027]在另一優(yōu)選例中，所述的第一纖維層的纖維軌跡與所述的第二纖維層的纖維軌跡相交；較佳地，所述的第一纖維層的纖維軌跡與所述的第二纖維層的纖維軌跡垂直或基本垂直。
[0028]在另一優(yōu)選例中，所述的基本垂直指纖維軌跡之間的夾角> 45°。
[0029]在另一優(yōu)選例中，所述的纖維預(yù)成型體的第一纖維層數(shù)量和第二纖維層數(shù)量根據(jù)制件的設(shè)計載荷進(jìn)行設(shè)計。
[0030]在另一優(yōu)選例中，所述的纖維預(yù)成型體由1-20層第一纖維層和1-20層第二纖維層組成，更佳地由1-10層第一纖維層和1-10層第二纖維層組成，最佳地由1-5層第一纖維層和1-5層第二纖維層組成。
[0031]在另一優(yōu)選例中，所述纖維預(yù)成型體至少由I層第一纖維層和I層第二纖維層組成。
[0032]在另一優(yōu)選例中，在所述的纖維預(yù)成型體中，所述的第一纖維層和所述的第二纖維層的數(shù)量是相同的。
[0033]在另一優(yōu)選例中，在所述的纖維預(yù)成型體中，所述的第一纖維層和所述的第二纖維層的數(shù)量是不同的。
[0034]在另一優(yōu)選例中，所述的第一纖維層的纖維軸如圖1所示。
[0035]在另一優(yōu)選例中，所述的第二纖維層的纖維軸如圖2所示。
[0036]在另一優(yōu)選例中，所述的各個纖維層每層由1-20根纖維絲束組成，較佳地由1-10根纖維絲束組成，更佳地由1-5根纖維絲束組成，最佳地由一根纖維絲束組成。
[0037]在另一優(yōu)選例中，所述的纖維預(yù)成型體整體由一根纖維絲束組成。[0038]在另一優(yōu)選例中，所述的纖維絲束是一根或多根纖維組成的纖維組。
[0039]在另一優(yōu)選例中，各纖維層通過縫合纖維固定在縫合底線上。
[0040]在另一優(yōu)選例中，所述的縫合纖維的走向為垂直或基本垂直穿過各纖維層，并穿過縫合底線從而固定在縫合底線上。
[0041]在另一優(yōu)選例中，所述的各纖維層通過縫合纖維固定在基材或底材上。
[0042]在另一優(yōu)選例中，所述的纖維絲束中包括增強(qiáng)纖維，優(yōu)選地，所述的增強(qiáng)纖維包括選自下組的纖維:碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維，或其組合。
[0043]在另一優(yōu)選例中，所述的增強(qiáng)纖維是預(yù)浸樹脂的增強(qiáng)纖維。
[0044]在另一優(yōu)選例中，所述的增強(qiáng)纖維是未浸樹脂的增強(qiáng)纖維。
[0045]在另一優(yōu)選例中，所述的樹脂是熱塑性樹脂或熱固性樹脂。
[0046]在另一優(yōu)選例中，所述的纖維絲束中還包括熱塑性纖維。
[0047]在另一優(yōu)選例中，所述的纖維絲束或者為增強(qiáng)纖維和熱塑性纖維組成的混雜纖維。
[0048]在另一優(yōu)選例中，所述的熱塑性纖維為結(jié)晶形或無定形樹脂纖維，較佳地，所述的熱塑性樹脂纖維選自下組:聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚乳酸、聚苯硫醚、聚醚酰亞胺、聚酰亞胺、聚醚醚酮，或其組合。
[0049]本實用新型的第二方面，提供了一種復(fù)合材料接頭耳片，所述的耳片包括如本實用新型第一方面所述的纖維預(yù)成型體；或所述的耳片由本實用新型第一方面所述的纖維預(yù)成型體通過成型工藝制得。
[0050]在另一優(yōu)選例中，所述的接頭耳片的形狀和大小與所述纖維預(yù)成型體一致或基本—致。
[0051 ] 在另一優(yōu)選例中，所述的纖維預(yù)成型體中的各個纖維軸走向與接頭耳片的主應(yīng)力
方向一致或基本一致。
[0052]本實用新型的第三方面，提供了一種如本實用新型第二方面所述的耳片的制備方法，所述方法包括步驟:
[0053]提供一如本實用新型第一方面所述的纖維預(yù)成型體；
[0054]將所制得的纖維預(yù)成型體置入目標(biāo)產(chǎn)品的模具中，通過成型工藝制得所述的耳片。
[0055]在另一優(yōu)選例中，所述方法還包括:對所述的纖維預(yù)成型體進(jìn)行纖維走向優(yōu)化。
[0056]在另一優(yōu)選例中，所述的優(yōu)化過程包括:對所述部件進(jìn)行受力分析，確定所述部件主要承受載荷的方向和大小，并結(jié)合部件的幾何形狀及尺寸大小設(shè)計纖維預(yù)成型體，使纖維預(yù)成型體的纖維走向與部件的受力承載方向一致或基本一致，形狀、大小、厚度與部件相匹配。
[0057]在另一優(yōu)選例中，所述的成型工藝選自下組:復(fù)合材料液體模塑成型工藝、熱壓罐成型工藝、熱壓成型工藝，或其組合。
[0058]在另一優(yōu)選例中，當(dāng)所述的纖維預(yù)成型體中不包括熱塑性纖維時，所述的成型工藝為復(fù)合材料液體模塑成形工藝、熱壓罐成型工藝，或其組合。
[0059]在另一優(yōu)選例中，當(dāng)所述的纖維預(yù)成型體中包括熱塑性纖維時，所述的成型工藝為熱壓成型工藝。[0060]本實用新型的第四方面，提供了一種復(fù)合材料制件，所述的制件包含有如本實用新型第二方面所述的復(fù)合材料耳片。
[0061]在另一優(yōu)選例中，所述制件選自下組:飛機(jī)平尾升降舵接頭、飛機(jī)方向舵懸掛接頭、飛機(jī)減速板接頭、飛機(jī)垂尾的主承力接頭等。
[0062]應(yīng)理解，在本實用新型范圍內(nèi)中，本實用新型的上述各技術(shù)特征和在下文(如實施例)中具體描述的各技術(shù)特征之間都可以互相組合，從而構(gòu)成新的或優(yōu)選的技術(shù)方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0063]圖1是接頭耳片第一纖維層的纖維鋪層軌跡I ;
[0064]圖2是接頭耳片第二纖維層的纖維鋪層軌跡2 ；
[0065]圖3是接頭耳片纖維預(yù)成型體的纖維軌跡圖(俯視圖)；
[0066]圖4是纖維預(yù)成型體的縫合示意圖；
[0067]圖5是對比例I和實施例1中的制件設(shè)計示意圖(圖中單位:mm)。
【具體實施方式】
[0068]本發(fā)明人經(jīng)過長期而深入的研究，首次意外發(fā)現(xiàn)接頭耳片的制備方法，能夠采用纖維絲束直接制備接頭耳片，避免開口部位打斷纖維，具有輕質(zhì)高強(qiáng)、節(jié)能環(huán)保、成本低下、成型效率高等優(yōu)點，可實現(xiàn)批量化連續(xù)自動化生產(chǎn)，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。在此基礎(chǔ)上，發(fā)明人完成了本實用新型。
[0069]術(shù)語
[0070]如本文所用，術(shù)語“纖維層”、“纖維鋪層”與“纖維預(yù)制鋪層”可互換使用，均指一
層第一纖維層或一層第二纖維層。
[0071]術(shù)語“接頭耳片”和“耳片接頭”、可以互換使用，復(fù)合材料接頭耳片屬于復(fù)合材料連接接頭的范疇，由于該種接頭外形像耳片，故稱為“接頭耳片”或“耳片接頭”。耳片連接件是飛機(jī)結(jié)構(gòu)中重要的承力構(gòu)件，如飛機(jī)平尾升降舵接頭、飛機(jī)方向舵懸掛接頭、飛機(jī)減速板接頭、飛機(jī)垂尾的主承力接頭等。
[0072]術(shù)語“耳孔”指接頭耳片上的開孔，用于伸入緊固件并與其他部件連接。
[0073]術(shù)語“(第一 /第二)耳孔區(qū)”指纖維層中，位于耳孔周圍且環(huán)繞或部分環(huán)繞耳孔的區(qū)域，可以是環(huán)狀(如圓環(huán)、橢圓環(huán)、方形環(huán))等，也可以是半環(huán)狀(如半圓環(huán)、半橢圓環(huán)、半方形環(huán))等。在本實用新型中，優(yōu)選的耳孔區(qū)的半徑(耳孔中心到預(yù)成型體頂點的距離R-耳孔的半徑r)R’的長度為2cm SR’< 10cm。在本實用新型的優(yōu)選實施例中，在纖維層中，可以有一個或多個(第一 /第二)耳孔區(qū)。
[0074]術(shù)語“纖維軸”指在各纖維層中，單根纖維絲束在單一走向上所形成的纖維軌跡。
[0075]纖維絲束
[0076]如本文所用，術(shù)語“纖維絲束”指一根或多根纖維組成的纖維組，其中，組成纖維絲束的各纖維的長度可相同或相近。本實用新型中，優(yōu)選的纖維絲束包括至少一根增強(qiáng)纖維。
[0077]所述的纖維絲束中包括增強(qiáng)纖維，優(yōu)選地，所述的增強(qiáng)纖維包括選自下組的纖維:碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維，或其組合。[0078]在另一優(yōu)選例中，所述的增強(qiáng)纖維是預(yù)浸樹脂的增強(qiáng)纖維。
[0079]在另一優(yōu)選例中，所述的增強(qiáng)纖維是未浸樹脂的增強(qiáng)纖維。
[0080]在另一優(yōu)選例中，所述的樹脂是熱塑性樹脂或熱固性樹脂。
[0081]在另一優(yōu)選例中，所述的纖維絲束中還包括熱塑性纖維。
[0082]在另一優(yōu)選例中，所述的纖維絲束或者為增強(qiáng)纖維和熱塑性纖維組成的混雜纖維。
[0083]在另一優(yōu)選例中，所述的熱塑性纖維為結(jié)晶形或無定形樹脂纖維，較佳地，所述的熱塑性樹脂纖維選自下組:聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚乳酸、聚苯硫醚、聚醚酰亞胺、聚酰亞胺、聚醚醚酮，或其組合。
[0084]纖維預(yù)成型體
[0085]本實用新型提供了一種復(fù)合材料接頭耳片纖維預(yù)成型體，所述的纖維預(yù)成型體包括迭放在一起的一個或多個第一纖維層和一個或多個第二纖維層。
[0086]所述的第一纖維層包括一個或多個第一耳孔區(qū)，以及與耳孔區(qū)鄰接的第一耳片區(qū)，其中，所述的第一耳孔區(qū)具有中心與耳孔中心重合，且大致形狀呈半圓形或半橢圓形的環(huán)向纖維軌跡；如，在本實用新型的一個優(yōu)選例中，所述的第一耳片層具有如附圖1所示的形狀和/或纖維走向。
[0087]所述的第二纖維層包括一個或多個第二耳孔區(qū)，以及與耳孔區(qū)鄰接的第二耳片區(qū)，其中，所述的第二耳孔區(qū)具有垂直于耳孔切線，且其延伸線與耳孔中心相交的徑向纖維軌跡；如，在本實用新型的另一優(yōu)選例中，所述的第二耳片層具有如附圖2所示的形狀和/或纖維走向。
[0088]所述的第一耳孔區(qū)的大致形狀與第二耳孔區(qū)的大致形狀一致或基本一致，于相互迭放時形成纖維預(yù)成型體的耳孔。
[0089]在另一優(yōu)選例中，所述第一纖維層和第二纖維層的的總體形狀與纖維預(yù)成型體形狀相同或相似。
[0090]用于構(gòu)成所述的各纖維層的纖維絲束數(shù)量不限，如可以是每層由1-100根纖維絲束構(gòu)成，較佳地由1-20根纖維絲束構(gòu)成，更佳地由1-5根纖維絲束構(gòu)成，最佳地由I根纖維絲束構(gòu)成。
[0091]在另一優(yōu)選例中，每層纖維層中，纖維軸分布的線密度通常為3-50根纖維軸/cm，較佳地為5-25根纖維軸/cm。
[0092]在另一優(yōu)選例中，每個纖維層的經(jīng)向纖維軌跡的取向可以相同，可以不同。例如，第一層取向45度，第二層取向-45度。
[0093]在另一優(yōu)選例中，所述的纖維軸可以為直線、曲線，或其組合。
[0094]在各纖維層中，所述的耳片區(qū)的纖維軌跡沒有特別的限制，優(yōu)選的第一耳片區(qū)具有與耳片底部相平行的纖維軌跡；優(yōu)選的第二耳片區(qū)具有與耳片底部相垂直的纖維軌跡。
[0095]所述的纖維軸在各個纖維層的分布方式可以是任意的，如在本實用新型的一個優(yōu)選例中，所述的纖維軸在各個纖維層的各個位置具有相同或基本相同的分布密度。在另一優(yōu)選例中，所述的纖維軸在各個纖維層的各個位置具有不同的分布密度。優(yōu)選地，在纖維預(yù)成型體的設(shè)計受力較大的部位，纖維軸的分布密度可以適當(dāng)增大。
[0096]優(yōu)選地，所述的第一纖維層的纖維軌跡與所述的第二纖維層的纖維軌跡相交；更佳地，所述的第一纖維層的纖維軌跡與所述的第二纖維層的纖維軌跡垂直或基本垂直。
[0097]在另一優(yōu)選例中，所述的基本垂直指纖維軌跡之間的夾角>45°。
[0098]優(yōu)選地，所述的纖維預(yù)成型體的第一纖維層數(shù)量和第二纖維層數(shù)量根據(jù)制件的設(shè)計載荷，設(shè)計尺寸等因素進(jìn)行調(diào)整。在另一優(yōu)選例中，所述的纖維預(yù)成型體由1-20層第一纖維層和1-20層第二纖維層組成，更佳地由1-10層第一纖維層和1-10層第二纖維層組成，最佳地由1-5層第一纖維層和1-5層第二纖維層組成。
[0099]在另一優(yōu)選例中，所述纖維預(yù)成型體至少由I層第一纖維層和I層第二纖維層組成。
[0100]所述的纖維預(yù)成型體的層數(shù)可以根據(jù)制件的大小、厚度及受力情況而改變。在本實用新型中，所述纖維預(yù)成型體具有的第一纖維層數(shù)和第二纖維層數(shù)可以相同或不同。較佳地，可以根據(jù)纖維預(yù)成型體的設(shè)計受力情況決定第一纖維層數(shù)和第二纖維層數(shù)，如:2層第一纖維層和2層第二纖維層，或3層第一纖維層和2層第二纖維層等。其中，第一纖維層和第二纖維層的疊放方式可以是任意的，如可以是“第一纖維層一第二纖維層一第一纖維層”，或者“第一纖維層一第一纖維層一第二纖維層一第一纖維層”等。
[0101]在另一優(yōu)選例中，所述的纖維預(yù)成型體整體由一根纖維絲束組成。
[0102]在另一優(yōu)選例中，所述的纖維絲束是一根或多根纖維組成的纖維組。
[0103]在另一優(yōu)選例中，各纖維層通過縫合纖維固定在縫合底線上。
[0104]在另一優(yōu)選例中，所述的縫合纖維的走向為垂直或基本垂直穿過各纖維層，穿過縫合底線并固定在縫合底線上。
[0105]在另一優(yōu)選例中，所述的各纖維層通過縫合纖維固定在基材或底材上。
[0106]復(fù)合材料接頭耳片
[0107]本實用新型還提供了一種復(fù)合材料接頭耳片，所述的耳片包括上述的纖維預(yù)成型體。其中，所述的纖維預(yù)成型體可以是預(yù)制的纖維預(yù)成型體，如市售的纖維預(yù)成型體；或現(xiàn)制的，如根據(jù)所需的復(fù)合材料接頭耳片大小和形狀所設(shè)計的纖維預(yù)成型體。
[0108]優(yōu)選地，所述的汽車開口部件是所述的纖維預(yù)成型體通過復(fù)合材料成型工藝制備的，如液體模塑成型工藝、熱壓罐成型工藝、熱壓成型工藝等。所述的成型工藝可以是任意現(xiàn)有技術(shù)中的復(fù)合材料成型工藝，如，在本實用新型的優(yōu)選例中，當(dāng)所述的纖維預(yù)成型體中不包括熱塑性纖維時，所述的成型工藝為復(fù)合材料液體模塑成形工藝、熱壓罐成型工藝，或其組合；在另一優(yōu)選例中，當(dāng)所述的纖維預(yù)成型體中包括熱塑性纖維時，所述的成型工藝為熱壓成型工藝。
[0109]在另一優(yōu)選例中，所述部件通過包括以下步驟的方法制備:
[0110]根據(jù)部件的形狀、大小以及受力情況制備纖維預(yù)成型體；
[0111]將所制得的纖維預(yù)成型體置入目標(biāo)產(chǎn)品的模具中，通過復(fù)合材料成型工藝制得所述的部件。
[0112]在另一優(yōu)選例中，對所述的纖維預(yù)成型體進(jìn)行纖維走向優(yōu)化。優(yōu)選的所述優(yōu)化過程包括:對所述部件進(jìn)行受力分析，確定所述部件主要承受載荷的方向和大小，并結(jié)合部件的幾何形狀及尺寸大小設(shè)計纖維預(yù)成型體，使纖維預(yù)成型體的纖維走向與部件的受力承載方向一致或基本一致，形狀、大小、厚度與部件相匹配。
[0113]在另一優(yōu)選例中，所述的接頭耳片的形狀和大小與所述纖維預(yù)成型體一致或基本—致。
[0114]在另一優(yōu)選例中，所述的纖維預(yù)成型體中的各個纖維軸走向與接頭耳片的主應(yīng)力
方向一致或基本一致。
[0115]所述的耳片可以用于一系列復(fù)合材料制件中，如飛機(jī)平尾升降舵接頭、飛機(jī)方向舵懸掛接頭、飛機(jī)減速板接頭、飛機(jī)垂尾的主承力接頭等
[0116]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型提供的復(fù)合材料接頭耳片具有如下優(yōu)點:
[0117](I)接頭耳片的纖維軌跡接近復(fù)合材料制件承載時的主應(yīng)力軌跡，承載性能優(yōu)異。
[0118](2)接頭耳片層間通過纖維縫合，耐沖擊、抗分層能力強(qiáng)。
[0119](3)接頭耳片可設(shè)計性強(qiáng)，可根據(jù)接頭耳片的形狀和大小，靈活設(shè)計接頭耳片的尺寸。
[0120](4)接頭耳片由纖維鋪放而成，無需裁剪，無纖維浪費。
[0121](5)接頭耳片的設(shè)計和制備相對簡單，設(shè)計周期短，有利于批量化生產(chǎn)，降低成本。
[0122](6)接頭耳片成型工藝簡單靈活，既可以與其它復(fù)合材料主體結(jié)構(gòu)一起成型，也可以單獨成型。
[0123]下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本實用新型。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。除非另外說明，否則百分比和份數(shù)按重量計算。
[0124]對比實施例1:
[0125]本實施例中，首先制備如圖5所示的尺寸的碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料接頭耳片試樣。
[0126]原材料:碳纖維平紋布，Toray T700,480g/ m2,日本東麗公司；環(huán)氧樹脂體系，愛波特環(huán)氧樹脂167A，固化劑167B，質(zhì)量配比167A:167B = 5:1，廣州市博匯合成樹脂有限公司。
[0127]制備方法如下:
[0128]步驟1:采用真空輔助樹脂注射成型工藝(Vacuum Assisted Resin Infusion,簡稱VARI)制備成碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料層合板，采用16層纖維布。固化條件為90°C，0.5h，然后150°C后固化lh。
[0129]步驟2:將制得的碳纖維復(fù)合材料層合板切割成圖5所示尺寸的接頭耳片試樣。
[0130]將上述制得的接頭耳片試樣在萬能試驗機(jī)上進(jìn)行拉伸測試得到極限拉伸載荷。
[0131]實施例1:
[0132]本實施例中，碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料接頭耳片試樣的形狀大小以及原材料與對比實施例1完全相同。所不同的是，對比實施例中采用的是碳纖維平紋布，而實施例中采用的是碳纖維絲束，所用碳纖維規(guī)格一樣，均為Toray公司生產(chǎn)的T700碳纖維。
[0133]上述碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料接頭耳片試樣的制備方法如下:
[0134]步驟1:采用有限元分析軟件按圖5所示尺寸建立接頭耳片模型，進(jìn)行受力分析得到耳片結(jié)構(gòu)的主應(yīng)力分布情況，并用相關(guān)軟件描繪得到接頭耳片的主應(yīng)力軌跡，如圖1和圖2所示。然后將其連成連續(xù)的整體，形成復(fù)合材料接頭耳片的纖維鋪放軌跡，如圖3所示。
[0135]步驟2:按步驟I所設(shè)計的纖維軌跡制備相應(yīng)的纖維預(yù)成型體鋪層。
[0136]步驟3:根據(jù)接頭耳片制件的厚度要求，確定使用步驟2所制備的纖維預(yù)成形體鋪層的數(shù)目為6層。將纖維預(yù)成形體鋪層重疊，采用纖維在厚度方向進(jìn)行縫合制備成復(fù)合材料接頭耳片的纖維預(yù)成型體，如圖4所示。
[0137]步驟4:采用復(fù)合材料成型技術(shù)將步驟3所得的纖維預(yù)成型體制備成復(fù)合材料接頭耳片制件。
[0138]將上述制得的接頭耳片試樣在萬能試驗機(jī)上進(jìn)行拉伸測試得到極限拉伸載荷。
[0139]
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合材料接頭耳片纖維預(yù)成型體，其特征在于，所述的纖維預(yù)成型體包括疊放在一起的一個或多個第一纖維層和一個或多個第二纖維層； 其中，所述的第一纖維層包括一個或多個第一耳孔區(qū)，以及與所述第一耳孔區(qū)鄰接的第一耳片區(qū)，其中，所述的第一耳孔區(qū)具有中心與耳孔中心重合且大致形狀呈半圓形或半橢圓形的環(huán)向纖維軌跡； 所述的第二纖維層包括一個或多個第二耳孔區(qū)，以及與第二耳孔區(qū)鄰接的第二耳片區(qū)，其中，所述的第二耳孔區(qū)具有位于所述耳孔外側(cè)且其延伸線與耳孔中心相交的徑向纖維軌跡。
2.如權(quán)利要求1所述的纖維預(yù)成型體，其特征在于，所述的第一耳片區(qū)具有與耳片底部相平行或垂直的第一耳片纖維軌跡；且 所述的第二耳片區(qū)具有與第一耳片纖維軌跡相垂直的第二耳片纖維軌跡。
3.如權(quán)利要求1所述的纖維預(yù)成型體，其特征在于，所述的第一纖維層的纖維軌跡與所述的第二纖維層的纖維軌跡相交。
4.如權(quán)利要求1所述的纖維預(yù)成型體，其特征在于，所述的第一纖維層的纖維軌跡與所述的第二纖維層的纖維軌跡垂直。
5.如權(quán)利要求1所述的纖維預(yù)成型體，其特征在于，所述的各個纖維層每層由1-20根纖維絲束組成。
6.如權(quán)利要求1所述的纖維預(yù)成型體，其特征在于，所述的各個纖維層每層由1-10根纖維絲束組成。
7.如權(quán)利要求1所述的纖維預(yù)成型體，其特征在于，所述的各個纖維層每層由1-5根纖維絲束組成。
8.如權(quán)利要求1所述的纖維預(yù)成型體，其特征在于，所述的各個纖維層每層由一根纖維絲束組成。
9.一種復(fù)合材料接頭耳片，其特征在于，所述的耳片包括如權(quán)利要求1-8任一所述的纖維預(yù)成型體。
10.一種復(fù)合材料制件，其特征在于，所述的制件包含有如權(quán)利要求9所述的復(fù)合材料耳片。
【文檔編號】B64C1/26GK203698645SQ201320733503
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月19日
【發(fā)明者】秦永利, 祝穎丹, 范欣愉, 蔡晶, 熊鑫 申請人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所