本發(fā)明屬于飛行器，涉及一種結(jié)構(gòu)功能一體化機(jī)匣的制備方法。

背景技術(shù)：

1、機(jī)匣是飛行器傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件之一。在飛行器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，它不僅需要承受內(nèi)部齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的嚙合力和其他部件傳遞而來的轉(zhuǎn)矩、剪切和拉伸載荷等，還需要與外界相隔，對(duì)內(nèi)部部件進(jìn)行連接和保護(hù)。因其承載復(fù)雜、形狀多樣，具有足夠強(qiáng)度和剛度的機(jī)匣是提升飛行器傳動(dòng)系統(tǒng)效率和可靠性的基礎(chǔ)。目前，航空機(jī)匣通常采用高強(qiáng)輕質(zhì)金屬材料(如鎂、鋁合金等)制造。金屬機(jī)匣的缺點(diǎn)是質(zhì)量大、易腐蝕、鑄造加工難度大。因此亟須一種輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕抗疲勞材料來替換現(xiàn)用鑄鋁機(jī)匣，在滿足性能要求的前提下實(shí)現(xiàn)輕量化。熱塑性碳纖維復(fù)合材料具有高比模量、高比強(qiáng)度、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于航空航天飛行器各種結(jié)構(gòu)件。但是常規(guī)的熱塑性碳纖維復(fù)合材料仍存在硬度無法滿足力學(xué)性能要求且散熱能力差的問題。

2、機(jī)匣殼體是重要的散熱部件，其散熱量對(duì)于內(nèi)部傳動(dòng)系統(tǒng)的工作性能、抗膠合能力、熱變形等傳動(dòng)問題有重要影響，而聚醚醚酮(peek)材料的導(dǎo)熱性能較差，在常溫下熱導(dǎo)率僅為0.25w/(m·k)，限制了其應(yīng)用?，F(xiàn)有技術(shù)中通常加入單一的導(dǎo)熱填料，雖然其在一定程度上改善了peek材料的導(dǎo)熱性能，但仍無法很好滿足機(jī)匣散熱需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提出了一種結(jié)構(gòu)功能一體化機(jī)匣的制備方法，通過采用連續(xù)-非連續(xù)纖維增強(qiáng)的熱塑性復(fù)合材料，不僅可實(shí)現(xiàn)機(jī)匣的整體化、快速化制備，與合金嵌件連接組裝后，在保持機(jī)匣剛度和強(qiáng)度的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)減重，且仍具有較高的散熱效率。

2、本發(fā)明的目的可通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

3、一種結(jié)構(gòu)功能一體化機(jī)匣的制備方法，包括：

4、(1)采用連續(xù)纖維增強(qiáng)的peek熱塑性復(fù)合材料制成主體外側(cè)增強(qiáng)層；

5、(2)主體外側(cè)增強(qiáng)層預(yù)熱后與嵌件組合，通過熱壓成型得組合件；

6、(3)在組合件中采用非連續(xù)纖維改性的peek熱塑性復(fù)合材料進(jìn)行注塑成型得主體內(nèi)側(cè)基材，與組合件固定連接；得結(jié)構(gòu)功能一體化機(jī)匣。

7、作為優(yōu)選，所述非連續(xù)纖維改性的peek熱塑性復(fù)合材料的彎曲模量≥37gpa，導(dǎo)熱系數(shù)≥2w/(mk)。

8、作為優(yōu)選，所述連續(xù)纖維增強(qiáng)的peek熱塑性復(fù)合材料的彎曲模量≥70gp，導(dǎo)熱系數(shù)≥2.5w/(mk)。

9、作為優(yōu)選，所述非連續(xù)纖維改性的peek熱塑性復(fù)合材料包括20～100份peek基材、20～70份非連續(xù)纖維，所述非連續(xù)纖維的長度為10～400μm；

10、所述連續(xù)纖維增強(qiáng)的peek熱塑性復(fù)合材料中包括30～80份peek基材、20～80份連續(xù)纖維，所述連續(xù)纖維的長度為≥500mm。

11、作為優(yōu)選，所述非連續(xù)纖維改性的peek熱塑性復(fù)合材料中還包括1～10份納米顆粒，所述納米顆粒包括hbn納米顆粒；

12、所述連續(xù)纖維增強(qiáng)的peek熱塑性復(fù)合材料中還包括0～10份的納米顆粒，所述納米顆粒包括hbn納米顆粒。

13、進(jìn)一步優(yōu)選，所述非連續(xù)纖維改性的peek熱塑性復(fù)合材料中非連續(xù)纖維的添加量為30～60wt％；所述連續(xù)纖維改性的peek熱塑性復(fù)合材料中連續(xù)纖維的添加量為30～60wt％。

14、作為優(yōu)選，所述非連續(xù)纖維改性的peek熱塑性復(fù)合材料包括50～60份peek基材、30～40份非連續(xù)纖維、1～10份hbn納米顆粒，所述非連續(xù)增強(qiáng)纖維的長度為30～300μm；

15、所述連續(xù)纖維增強(qiáng)的peek熱塑性復(fù)合材料中包括35～45份peek基材、55～65份連續(xù)纖維、0～10份hbn納米顆粒，所述連續(xù)纖維的長度為≥1000mm。

16、進(jìn)一步優(yōu)選，所述連續(xù)纖維包括碳纖維，玻璃纖維、芳綸纖維中的一種或多種；非連續(xù)纖維包括碳纖維，玻璃纖維、芳綸纖維中的一種或多種。

17、作為優(yōu)選，所述主體內(nèi)側(cè)基材的厚度為≥2mm；所述主體外側(cè)增強(qiáng)層的厚度≥1mm；所述主體內(nèi)側(cè)基材與主體外側(cè)增強(qiáng)層的厚度差(主體內(nèi)側(cè)基材的厚度-主體外側(cè)增強(qiáng)層的厚度)≥1mm。

18、進(jìn)一步優(yōu)選，所述主體內(nèi)側(cè)基材的厚度為≥5mm；所述主體外側(cè)增強(qiáng)層的厚度≥2mm；所述主體內(nèi)側(cè)基材與主體外側(cè)增強(qiáng)層的厚度差(主體內(nèi)側(cè)基材的厚度-主體外側(cè)增強(qiáng)層的厚度)≥3mm。

19、更進(jìn)一步優(yōu)選，所述主體內(nèi)側(cè)基材的厚度為5～50mm，主體外側(cè)增強(qiáng)層的厚度為2～10mm；所述主體內(nèi)側(cè)基材與主體外側(cè)增強(qiáng)層的厚度差(主體內(nèi)側(cè)基材的厚度-主體外側(cè)增強(qiáng)層的厚度)≥10mm。

20、作為優(yōu)選，所述結(jié)構(gòu)功能一體化機(jī)匣由內(nèi)至外依次包括嵌件、主體內(nèi)側(cè)基材、主體外側(cè)增強(qiáng)層。

21、作為優(yōu)選，所述主體內(nèi)側(cè)基材、主體外側(cè)增強(qiáng)層為主體。

22、作為優(yōu)選，所述嵌件與主體內(nèi)側(cè)基材間還設(shè)置有第一連接結(jié)構(gòu)。

23、作為優(yōu)選，所述嵌件、主體內(nèi)側(cè)基材通過第一連接結(jié)構(gòu)配合連接，控制兩者的相對(duì)位置。

24、進(jìn)一步優(yōu)選，第一連接結(jié)構(gòu)包括抵接連接、嵌套連接、插配連接、卡緊連接、螺紋連接中的一種或多種。

25、作為優(yōu)選，所述嵌件由合金材料經(jīng)機(jī)加工成型制得。

26、作為優(yōu)選，所述嵌件為空心柱狀結(jié)構(gòu)，或一端開口的空心類柱狀結(jié)構(gòu)。

27、進(jìn)一步優(yōu)選，所述合金材料包括鋁合金、鈦合金、鋅合金、鎂合金、不銹鋼中的一種或多種。

28、作為優(yōu)選，所述嵌件表面未與主體、內(nèi)襯套相接的面積為其總表面面積的30～80％。

29、作為優(yōu)選，所述嵌件內(nèi)部還設(shè)置有內(nèi)襯套，其由結(jié)構(gòu)鋼制作而成。

30、進(jìn)一步優(yōu)選，所述嵌件、內(nèi)襯套通過第二連接結(jié)構(gòu)配合連接，控制兩者的相對(duì)位置。

31、更進(jìn)一步優(yōu)選，所述第二連接結(jié)構(gòu)包括抵接連接、嵌套連接、插配連接、卡緊連接、螺紋連接中的一種或多種。

32、作為優(yōu)選，所述預(yù)熱溫度為100～350℃。

33、作為優(yōu)選，所述熱壓成型的加熱溫度為300～800℃，壓力為5～100mpa。

34、進(jìn)一步優(yōu)選，所述熱壓成型的加熱溫度為320～500℃，壓力為5～20mpa。

35、作為優(yōu)選，所述主體外側(cè)還設(shè)置有墊片，該墊片呈環(huán)形。

36、進(jìn)一步優(yōu)選，墊片由結(jié)構(gòu)鋼制成。

37、進(jìn)一步優(yōu)選，所述主體、墊片通過第三連接部件配合連接，控制兩者的相對(duì)位置。

38、更進(jìn)一步優(yōu)選，第三連接結(jié)構(gòu)包括抵接連接、嵌套連接、插配連接、卡緊連接、螺紋連接中的一種或多種。

39、本發(fā)明的另一目的是提供一種結(jié)構(gòu)功能一體化機(jī)匣，其包括由外向內(nèi)固定連接的主體、嵌件；

40、所述主體包括主體內(nèi)側(cè)基材，及主體外側(cè)增強(qiáng)層，

41、所述主體內(nèi)側(cè)基材由非連續(xù)纖維改性的peek熱塑性復(fù)合材料經(jīng)注塑成型制得；所述主體外側(cè)增強(qiáng)層由連續(xù)纖維增強(qiáng)的peek熱塑性復(fù)合材料經(jīng)熱壓成型制得；

42、所述主體外側(cè)增強(qiáng)層與嵌件組合后熱壓成型得組合件，在組合件中進(jìn)行注塑成型得主體內(nèi)側(cè)基材，與組合件固定連接。

43、作為優(yōu)選，所述嵌件、主體內(nèi)側(cè)基材間設(shè)置有第一連接結(jié)構(gòu)配合連接后。

44、進(jìn)一步優(yōu)選，第一連接結(jié)構(gòu)包括抵接連接、嵌套連接、插配連接、卡緊連接、螺紋連接中的一種或多種。

45、作為優(yōu)選，所述非連續(xù)纖維改性的peek熱塑性復(fù)合材料的彎曲模量≥37gpa，導(dǎo)熱系數(shù)≥2w/(mk)。

46、作為優(yōu)選，所述連續(xù)纖維增強(qiáng)的peek熱塑性復(fù)合材料的彎曲模量≥70gp，導(dǎo)熱系數(shù)≥2.5w/(mk)。

47、作為優(yōu)選，所述非連續(xù)纖維改性的peek熱塑性復(fù)合材料包括20～100份peek基材、20～70份非連續(xù)纖維，所述非連續(xù)纖維的長度為10～400μm；

48、所述連續(xù)纖維增強(qiáng)的peek熱塑性復(fù)合材料中包括30～80份peek基材、20～80份連續(xù)纖維，所述連續(xù)纖維的長度為≥500mm。

49、作為優(yōu)選，所述非連續(xù)纖維改性的peek熱塑性復(fù)合材料中還包括1～10份納米顆粒，所述納米顆粒包括hbn納米顆粒；

50、所述連續(xù)纖維增強(qiáng)的peek熱塑性復(fù)合材料中還包括0～10份的納米顆粒，所述納米顆粒包括hbn納米顆粒。

51、作為優(yōu)選，所述非連續(xù)纖維改性的peek熱塑性復(fù)合材料包括50～60份peek基材、30～40份非連續(xù)纖維、1～10份hbn納米顆粒，所述非連續(xù)增強(qiáng)纖維的長度為30～300μm；

52、所述連續(xù)纖維增強(qiáng)的peek熱塑性復(fù)合材料中包括35～45份peek基材、55～65份連續(xù)纖維、0～10份hbn納米顆粒，所述連續(xù)纖維的長度為≥1000mm。

53、進(jìn)一步優(yōu)選，所述連續(xù)纖維包括碳纖維，玻璃纖維、芳綸纖維中的一種或多種；非連續(xù)纖維包括碳纖維，玻璃纖維、芳綸纖維中的一種或多種。

54、作為優(yōu)選，所述主體內(nèi)側(cè)基材的厚度為≥2mm；所述主體外側(cè)增強(qiáng)層的厚度≥1mm；所述主體內(nèi)側(cè)基材與主體外側(cè)增強(qiáng)層的厚度差(主體內(nèi)側(cè)基材的厚度-主體外側(cè)增強(qiáng)層的厚度)≥1mm。

55、進(jìn)一步優(yōu)選，所述主體內(nèi)側(cè)基材的厚度為≥5mm；所述主體外側(cè)增強(qiáng)層的厚度≥2mm；所述主體內(nèi)側(cè)基材與主體外側(cè)增強(qiáng)層的厚度差(主體內(nèi)側(cè)基材的厚度-主體外側(cè)增強(qiáng)層的厚度)≥3mm。

56、更進(jìn)一步優(yōu)選，所述主體內(nèi)側(cè)基材的厚度為5～50mm，主體外側(cè)增強(qiáng)層的厚度為2～10mm；所述主體內(nèi)側(cè)基材與主體外側(cè)增強(qiáng)層的厚度差(主體內(nèi)側(cè)基材的厚度-主體外側(cè)增強(qiáng)層的厚度)≥10mm。

57、作為優(yōu)選，所述嵌件為空心柱狀結(jié)構(gòu)，或一端開口的空心類柱狀結(jié)構(gòu)。

58、作為優(yōu)選，所述嵌件表面未與主體、內(nèi)襯套相接的面積為其總表面面積的30～80％。

59、作為優(yōu)選，所述熱壓成型的加熱溫度為300～800℃，壓力為5～100mpa。

60、進(jìn)一步優(yōu)選，所述熱壓成型的加熱溫度為320～500℃，壓力為5～20mpa。

61、作為優(yōu)選，所述嵌件內(nèi)部還設(shè)置有內(nèi)襯套，其由結(jié)構(gòu)鋼制作而成。

62、進(jìn)一步優(yōu)選，所述嵌件、內(nèi)襯套通過第二連接結(jié)構(gòu)配合連接，控制兩者的相對(duì)位置。

63、作為優(yōu)選，所述主體的外側(cè)還設(shè)置有墊片，該墊片呈環(huán)形。

64、進(jìn)一步優(yōu)選，墊片由結(jié)構(gòu)鋼制成。

65、進(jìn)一步優(yōu)選，所述主體、墊片通過第三連接結(jié)構(gòu)配合連接，控制兩者的相對(duì)位置。

66、更進(jìn)一步優(yōu)選，第三連接結(jié)構(gòu)包括抵接連接、嵌套連接、插配連接、卡緊連接、螺紋連接中的一種或多種。

67、本發(fā)明還提供了一種結(jié)構(gòu)功能一體化機(jī)匣，其由主體、嵌件、內(nèi)襯套由外向內(nèi)依次配合連接；

68、所述主體包括內(nèi)側(cè)基材，及外側(cè)增強(qiáng)層，

69、所述主體內(nèi)側(cè)基材由非連續(xù)纖維改性的peek熱塑性復(fù)合材料經(jīng)注塑成型制得；所述主體外側(cè)增強(qiáng)層由連續(xù)纖維增強(qiáng)的peek熱塑性復(fù)合材料經(jīng)模壓成型制得；

70、所述主體外側(cè)增強(qiáng)層與嵌件組合后熱壓成型得組合件，在組合件中進(jìn)行注塑成型得主體內(nèi)側(cè)基材，與組合件固定連接；

71、所述嵌件、內(nèi)襯套通過第二連接結(jié)構(gòu)配合連接。

72、作為優(yōu)選，所述嵌件、主體外側(cè)基材間設(shè)置有第一連接結(jié)構(gòu)配合連接。

73、作為優(yōu)選，所述非連續(xù)纖維改性的peek熱塑性復(fù)合材料的彎曲模量≥37gpa，導(dǎo)熱系數(shù)≥2w/(mk)。

74、作為優(yōu)選，所述連續(xù)纖維增強(qiáng)的peek熱塑性復(fù)合材料的彎曲模量≥70gp，導(dǎo)熱系數(shù)≥2.5w/(mk)。

75、作為優(yōu)選，所述非連續(xù)纖維改性的peek熱塑性復(fù)合材料包括20～100份peek基材、20～70份非連續(xù)纖維，所述非連續(xù)纖維的長度為10～400μm；

76、所述連續(xù)纖維增強(qiáng)的peek熱塑性復(fù)合材料中包括30～80份peek基材、20～80份連續(xù)纖維，所述連續(xù)纖維的長度為≥500mm。

77、作為優(yōu)選，所述非連續(xù)纖維改性的peek熱塑性復(fù)合材料中還包括1～10份納米顆粒，所述納米顆粒包括hbn納米顆粒；

78、所述連續(xù)纖維增強(qiáng)的peek熱塑性復(fù)合材料中還包括0～10份的納米顆粒，所述納米顆粒包括hbn納米顆粒。

79、作為優(yōu)選，所述非連續(xù)纖維改性的peek熱塑性復(fù)合材料包括50～60份peek基材、30～40份非連續(xù)纖維、1～10份hbn納米顆粒，所述非連續(xù)增強(qiáng)纖維的長度為30～300μm；

80、所述連續(xù)纖維增強(qiáng)的peek熱塑性復(fù)合材料中包括35～45份peek基材、55～65份連續(xù)纖維、0～10份hbn納米顆粒，所述連續(xù)纖維的長度為≥1000mm。

81、進(jìn)一步優(yōu)選，所述連續(xù)纖維包括碳纖維，玻璃纖維、芳綸纖維中的一種或多種；非連續(xù)纖維包括碳纖維，玻璃纖維、芳綸纖維中的一種或多種。

82、作為優(yōu)選，所述主體內(nèi)側(cè)基材的厚度為≥2mm；所述主體外側(cè)增強(qiáng)層的厚度≥1mm；所述主體內(nèi)側(cè)基材與主體外側(cè)增強(qiáng)層的厚度差(主體內(nèi)側(cè)基材的厚度-主體外側(cè)增強(qiáng)層的厚度)≥1mm。

83、進(jìn)一步優(yōu)選，所述主體內(nèi)側(cè)基材的厚度為≥5mm；所述主體外側(cè)增強(qiáng)層的厚度≥2mm；所述主體內(nèi)側(cè)基材與主體外側(cè)增強(qiáng)層的厚度差(主體內(nèi)側(cè)基材的厚度-主體外側(cè)增強(qiáng)層的厚度)≥3mm。

84、更進(jìn)一步優(yōu)選，所述主體內(nèi)側(cè)基材的厚度為5～50mm，主體外側(cè)增強(qiáng)層的厚度為2～10mm；所述主體內(nèi)側(cè)基材與主體外側(cè)增強(qiáng)層的厚度差(主體內(nèi)側(cè)基材的厚度-主體外側(cè)增強(qiáng)層的厚度)≥10mm。

85、作為優(yōu)選，所述嵌件表面未與主體、內(nèi)襯套相接的面積為其總表面面積的30～80％。

86、作為優(yōu)選，所述熱壓成型的加熱溫度為300～800℃，壓力為5～100mpa。

87、進(jìn)一步優(yōu)選，所述熱壓成型的加熱溫度為320～500℃，壓力為5～20mpa。

88、作為優(yōu)選，所述嵌件為空心柱狀結(jié)構(gòu)，或一端開口的空心類柱狀結(jié)構(gòu)。

89、作為優(yōu)選，第一連接結(jié)構(gòu)包括抵接連接、嵌套連接、插配連接、卡緊連接、螺紋連接中的一種或多種；

90、第二連接結(jié)構(gòu)包括抵接連接、嵌套連接、插配連接、卡緊連接、螺紋連接中的一種或多種。

91、作為優(yōu)選，所述主體的外側(cè)還設(shè)置有墊片，該墊片呈環(huán)形。

92、進(jìn)一步優(yōu)選，所述墊片由結(jié)構(gòu)鋼制成。

93、進(jìn)一步優(yōu)選，所述主體、墊片通過第三連接結(jié)構(gòu)配合連接，控制兩者的相對(duì)位置。

94、更進(jìn)一步優(yōu)選，第三連接結(jié)構(gòu)包括抵接連接、嵌套連接、插配連接、卡緊連接、螺紋連接中的一種或多種。

95、一種結(jié)構(gòu)功能一體化機(jī)匣在飛行器傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

96、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

97、1、本發(fā)明采用連續(xù)-非連續(xù)纖維增強(qiáng)的熱塑性復(fù)合材料作為機(jī)匣主體，非連續(xù)纖維改性的peek熱塑性復(fù)合材料注塑成型時(shí)結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)，連續(xù)纖維增強(qiáng)的peek熱塑性復(fù)合材料硬度高且具有良好的抗沖擊性，提升機(jī)匣整體的力學(xué)性能及使用壽命；

98、2、本發(fā)明的機(jī)匣主體材料中采用無機(jī)hbn納米顆粒改性peek基體，微米級(jí)的填料填充可以大幅降低填料之間的接觸熱阻，從而更好提高導(dǎo)熱性能；并且主體材料中還加入了碳纖維(cf)，碳纖維(cf)具有密度低、模量高、線膨脹系數(shù)小以及導(dǎo)熱性能優(yōu)異等特點(diǎn)；本發(fā)明采用混雜填料改性peek基材，充分發(fā)揮各組分間的協(xié)同作用，彌補(bǔ)或克服單一填料的不足，進(jìn)一步提升peek的導(dǎo)熱性能；

99、3、本發(fā)明將嵌件、主體外側(cè)增強(qiáng)層組合后，通過注塑成型主體內(nèi)側(cè)基材，同時(shí)與嵌件、主體外側(cè)增強(qiáng)層的組合件固定連接，，嵌件與主體內(nèi)側(cè)基材間還設(shè)置有第一連接結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步保證兩者的連接有效性；

100、4、本發(fā)明在主體外側(cè)還設(shè)置有環(huán)形墊片，加強(qiáng)機(jī)匣整體模量，且保證連接密封；

101、5、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)功能一體化機(jī)匣機(jī)械性能好、輕量化且散熱性能優(yōu)異，在飛行器中應(yīng)用時(shí)能保證其使用壽命，并提升系統(tǒng)效率和可靠性。