[发明专利]用于纤维增强热塑性复合材料结构的埋塑嵌件以及方法

说明书

技术领域

本公开大体涉及用于结构中的嵌件，并且更具体地，涉及用于飞行器、航空器以及其他运载工具的复合材料结构和部件的埋塑嵌件。

背景技术

嵌件可以被用于各种交通运载工具，例如飞行器、航空器、旋翼飞行器、船舶、汽车、卡车、公交车或其他交通运载工具的复合材料和金属结构的组装中。这样的嵌件可以被用于接收配套的紧固件，提供用于多部件组件的附接点，以及提供负荷传递点。这样的嵌件的例子可以包括压合嵌件、凹形嵌件（swaged insert）、埋塑嵌件、螺纹嵌件或其他合适的嵌件或配件。

用于将嵌件安装到复合材料和金属结构或部件中的方法可以包括，例如，模制就位方法，例如在模制期间埋塑嵌件被安装，或例如更昂贵的后模制方法，例如压合嵌件或铆接嵌件在模制后被安装。

已知的压合嵌件和凹形嵌件可以在模制后，被压入到金属结构或部件中的开口中，而不使用特别的工具或紧固件。不过，由于纤维增强热塑性复合材料的非延性特性，所以设计用于压合安装到金属结构或部件中的已知压合嵌件或铆接嵌件可能不会和纤维增强热塑性复合材料结构或部件良好作用。如果所述配件太紧，这样的非延性纤维增强热塑性复合材料会导致所述嵌件周围材料的过应力，或如果所述配件太疏松，会导致所述嵌件的不良保持，从而导致不适当的装配。因此，这样的已知压合和凹形嵌件的适当装配会难以从例如纤维增强热塑性复合材料的非延性材料获得。而且，用于安装已知的压合嵌件或铆接嵌件的后模制方法会导致增加的劳力和制造成本、增加的设置和操作时间以及增加的最终部件成本。

已知的埋塑嵌件或螺纹嵌件可以在模制期间被模制到所述复合材料或金属结构或部件中。例如，图2A是已知的，可以被模制就位到注塑模制结构或部件中的埋塑嵌件30的正视图图解。埋塑嵌件30具有带有锋利滚花36的滚花表面34，并且具有带有锋利边缘40、锋利内角42以及小宽度44的凹槽38。进一步，图2B是已知的、可以被模压就位到注塑模制结构或部件中的模压螺纹嵌件32的正视图图解。模入螺纹嵌件32具有带有锋利滚花36的滚花表面34，并且具有带有锋利边缘40和锋利内角42以及小宽度44的凹槽38，并且具有内螺纹46。这样的已知埋塑嵌件30和模入螺纹嵌件32可以使用滚花表面34和/或带有锋利边缘40、锋利内角30和小内部半径44的凹槽38，以保持这样的埋塑嵌件30和模入螺纹嵌件32就位于热塑性复合材料部件内。

不过，由于模制工艺期间，将凹槽38的小半径44或锋利内角42填充的困难，这样的已知埋塑嵌件30和模压螺纹嵌件32可能不会和压缩模制的纤维增强热塑性复合材料结构或部件良好作用。图3示出已知的埋塑嵌件30的横截面俯视图，其示出在被压缩模制就位到碳纤维增强热塑性复合材料部件50后的带有锋利滚花36的滚花表面34，其中所述碳纤维增强热塑性复合材料部件包括具有在树脂基55中的强化碳纤维54的碳纤维增强热塑性复合材料52。一般来说，强化碳纤维54不流入或进入滚花36之间的空隙区域56，并且因此，不完全固结的这种空隙区域56的形成会在碳纤维增强热塑性复合材料52内增加，这会破坏碳纤维增强热塑性复合材料部件50内的埋塑嵌件30的保持强度。而且，碳纤维增强热塑性复合材料52的强化碳纤维54不会流入小半径44（参见2A、2B）和/或锋利内角42（参见2A、2B），并且因此会仅限制树脂基55的保持强度的能力，它可能相对弱。

进一步地，这种已知埋塑嵌件30和模入螺纹嵌件32可以具有锋利的边缘40（参见图4），其在模制期间会切割强化碳纤维54。图4示出已知的埋塑嵌件30的截面侧视图图解，其示出被模制就位于碳纤维增强热塑性复合材料部件50中的凹槽38并且带有锋利边缘40和锋利内角42，其中所述碳纤维增强热塑性复合材料部件包括具有在树脂基55中的强化碳纤维54的碳纤维增强热塑性复合材料52。在模制期间碳纤维增强热塑性复合材料52上的压力和其流动会导致强化碳纤维54流入锋利内角42很困难，从而产生不完全固结的空隙区域56。在模制期间碳纤维增强热塑性复合材料52上的压力和其流动会在强化碳纤维54抵靠锋利边缘40例如位置58压下时，导致其被剪切或切断。被剪切或切断的强化碳纤维54会破坏埋塑嵌件30在碳纤维增强热塑性复合材料部件50内的保持强度。