[发明专利]一种碳纤维-金属混杂方管及其制作方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维‑金属混杂方管，所述方管的管体包括同轴且依次由内而外压紧的内方管、碳纤维夹层和外方管，所述碳纤维夹层缠绕于内方管的外壁；所述内方管结构和外方管均为金属结构；所述碳纤维夹层为单向碳纤维预浸料结构。本发明还提供了一种碳纤维‑金属混杂方管的制作方法。本发明的有益效果为：所述方管由依次由内而外的内方管、碳纤维夹层和外方管构成，其中内方管和外方管均采用碳钢，结构简单无需二次加工，可避免对FMLs二次加工带来的界面破坏，力学性能强；所述方法在方管制作时利用螺杆预加拉力或压力，可有效减少甚至消除后续高温固化过程中产生的残余应力，有效提高了混杂方管的机械性能和尺寸稳定性。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种碳纤维-金属混杂方管及其制作方法。

背景技术

纤维金属层板(Fiber Metal Laminates,FMLs)是由纤维增强复合材料和金属组成的混杂层合结构，其综合了传统纤维增强复合材料具有较高比强度、比刚度的特点，以及金属材料优异的加工性能和抗冲击性能的特点，这些特点使FMLs在航空航天、船舶、汽车、机床、轨道交通等工业领域得到广泛应用。

目前，由铝合金和各种纤维增强复合材料(芳纶、玻璃纤维和碳纤维增强复合材料)组成FMLs的板件已得到深入研究并在上述工业领域经过若干年的应用。FMLs板件常常需要二次加工形成所需要的复杂结构，加工过程中必然会导致金属和纤维增强复合材料连接界面的破坏；FMLs在高温固化过程中，由于碳纤维和金属的热膨胀系数不同必然产生残余应力；另外，由于铝合金的力学性能较低导致此类FMLs的力学性能也较低，基于不同性能的追求，难以满足生产需要。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种碳纤维-金属混杂方管及其制作方法，解决现有技术中FMLs板件加工过程复杂、力学性能差等技术问题。

本发明采用的技术方案为：一种碳纤维-金属混杂方管，所述方管的管体为夹层结构，包括同轴且依次由内而外压紧的内方管、碳纤维夹层和外方管，所述碳纤维夹层缠绕于内方管的外壁。

按上述方案，所述内方管和外方管均为金属结构；所述碳纤维夹层为单向碳纤维预浸料结构。

按上述方案，所述外方管为分体式结构，由两个L型的外方管单元搭接而成，外方管单元的内壁压紧碳纤维夹层的外周面。

本发明还提供了一种如上所述方管的制作方法，包括以下步骤：

步骤一、提供工装，所述工装包括前端盖、后端盖、螺杆和手轮，前端盖和后端盖分别通过若干螺钉固定于所述方管管体两端的卡箍上，所述螺杆一端与前端盖螺纹配合，另一端轴向伸入管体的中心，并与后端盖固定相连；

步骤二、提供如上所述管体的内方管和两个外方管单元；

步骤三、裁剪单向碳纤维预浸料并缠绕于内方管的外壁，直至缠绕厚度达到设计的碳纤维夹层的厚度，并保证碳纤维夹层两端预留长度可贴合于前端盖和后端盖的外侧面，继而两个外方管单元抱紧已缠绕碳纤维夹层的内方管；

步骤四、在管体两端分别用卡箍抱紧外方管，卡箍与外方管端面对齐后用连接螺钉固定卡箍；将两端伸出的碳纤维夹层折弯贴合到金属端面，前端盖和后端盖分别连接卡箍，通过外方管夹紧碳纤维夹层，夹紧碳纤维夹层端部；

步骤五、通过前端盖旋进螺杆至后端盖连接固定；

步骤六、通过手轮旋转螺杆，螺杆通过后端盖拉伸碳纤维夹层，或压缩内方管和外方管，碳纤维夹层的拉伸量或内方管和外方管的压缩量达到设定值，后用紧定螺钉固定卡箍和外方管的相对位置；

步骤七、高温固化后拆除螺杆、卡箍和端盖，得到碳纤维-金属混杂方管。

按上述方案，在步骤一中，所述螺杆与前端盖螺纹配合。