[发明专利]一种可折叠自回弹复合材料管式铰链的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于铰链技术领域，涉及一种可折叠自回弹复合材料管式铰链的制备方法。

背景技术

在航空航天等工业领域中，一些机械结构需要通过铰链实现可折叠自展开功能，在航天领域中，由于受空间的限制，可展开太阳能电池板、可展开天线、可展开桁架等空间可展开结构在发射前必须折叠，发射进入工作轨道后可控展开，目前，实现这些功能应用较多的是金属铰链结构。随着航空航天领域对材料的轻质、高比强度和比刚度的性能需求日益增高，传统的金属铰链已不能适应目前技术发展的需要。

纤维增强树脂基复合材料具有质量轻、高比刚度、高比强度、阻尼减震性好、破损安全性好、耐腐蚀、耐疲劳等突出优点，以及结构可设计性强的特点，在航空航天领域得到广泛的应用。为实现复合材料结构的大变形，必须提高材料的破坏应变，在模量一定的情况下只能通过减小截面尺寸来实现，即对结构减薄。

目前，国外制备的复合材料铰链采用的增强体多为织物，织物的单层厚度很难达到0.05mm以下，制备得到的复合材料铰链的破坏应变不能满足一些小尺寸的铰链(如直径小于20mm)的制造，具有较大的使用局限性。同时，与连续纤维增强复合材料相比，织物增强复合材料的强度较低，力学可设计性较差。

发明内容

本发明的目的是：提出一种可折叠自回弹复合材料管式铰链的制备方法。

本发明的技术方案是：复合材料管式铰链采用单向纤维增强的预浸料，预浸料厚度为0.02mm～0.08mm；用该预浸料制备复合材料管式铰链，管式铰链的横截面为圆形，壁厚0.1mm～0.8mm，复合材料管的管壁沿长度方向对称开长形通槽，其制备步骤如下：

步骤一、将预浸料铺贴至管式铰链的壁后要求，按照设计要求裁切成需要的尺寸、角度和铺层顺序铺放，通过复合材料成型固化方法制备得到复合材料圆管；

步骤二、通过机械加工方法在复合材料圆管上沿长度方向对称开长形通槽，通槽的尺寸为管件不发生结构破坏的任一尺寸，得到可折叠自回弹复合材料管式铰链。

所述单向纤维增强的预浸料的纤维种类包括下列任意一种：碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、碳化硅纤维、芳纶纤维、聚酰胺纤维、聚酯纤维或超高分子量聚乙烯纤维。

所述单向纤维增强的预浸料的树脂为热固性树脂或热塑性树脂：其中，热固性树脂为聚氨酯、环氧树脂、氰酸酯树脂、双马树脂或聚酰亚胺树脂；热塑性树脂为聚酯、聚酰胺、聚砜、聚醚砜、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺和聚酰亚胺中任意一种或任意两种及以上树脂的共聚物或共混物。

所述的复合材料成型固化方法为真空袋法、热收缩膜压制法、气囊压制法、模压法或热压罐法。

所述的复合材料管的管壁上沿长度方向对称开的长形通槽的两端各包含一个圆孔，圆孔的直径大于平直段的宽度。

所述的复合材料管的管壁上沿长度方向对称开的长形通槽的开孔两端为半圆弧且与平直段相切。

本发明具有的优点和有益效果：本发明中的复合材料管式铰链采用超薄树脂基复合材料预浸料制备得到，结构形式是一种中间对称开孔的薄壁复合材料圆管。超薄预浸料的厚度一般为常规预浸料的15％-30％，适用于制备薄壁复合材料制件，同时具备很大的力学设计自由度。采用超薄预浸料可实现轻质复合材料结构的高性能化，在满足复合材料铰链折叠功能的基础上提升结构的刚度、弯矩等力学性能。采用本方法制备得到的可折叠自回弹轻质复合材料管式铰链可应用于对减重、比强度和比刚度要求较高的航空航天领域。

通过研究，超薄预浸料适用于制造复合材料薄壁结构，复合材料结构层数最少的基本铺层为[45/-45]_s共四层，如果采用单层厚度0.04mm的超薄预浸料制造，得到的薄壁结构厚度仅为0.16mm，而且如果在给定复合材料结构厚度的前提下，预浸料超薄化给予了复合材料结构工程师更多的设计余度，在给定制件厚度的前提下可以有更多的铺层层数和角度选择，根据结构的力学承载要求进行优化设计，得出最优方案。如材料的厚度为0.5mm，如果采用常规0.125mm厚的预浸料，铺层只能设计4层，设计自由度较低，如果采用单层厚度0.04mm的超薄预浸料，设计最高可达12层，设计自由度很大。通过采用超薄预浸料可实现轻质复合材料结构的高性能化，实现复合材料薄壁结构的大变形，用于可折叠自回弹复合材料管式铰链的制备，尤其用于制备一些破坏应变要求较高的小尺寸铰链。

附图说明

图1是本发明管壁长槽一种结构形式的示意图，其中，a为正视图，b为立体图；