一種可折疊自回彈復合材料管式鉸鏈的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于鉸鏈技術領域，涉及一種可折疊自回彈復合材料管式鉸鏈的制備方法。
【背景技術】
[0002]在航空航天等工業領域中，一些機械結構需要通過鉸鏈實現可折疊自展開功能，在航天領域中，由于受空間的限制，可展開太陽能電池板、可展開天線、可展開桁架等空間可展開結構在發射前必須折疊，發射進入工作軌道后可控展開，目前，實現這些功能應用較多的是金屬鉸鏈結構。隨著航空航天領域對材料的輕質、高比強度和比剛度的性能需求日益增高，傳統的金屬鉸鏈已不能適應目前技術發展的需要。
[0003]纖維增強樹脂基復合材料具有質量輕、高比剛度、高比強度、阻尼減震性好、破損安全性好、耐腐蝕、耐疲勞等突出優點，以及結構可設計性強的特點，在航空航天領域得到廣泛的應用。為實現復合材料結構的大變形，必須提高材料的破壞應變，在模量一定的情況下只能通過減小截面尺寸來實現，即對結構減薄。
[0004]目前，國外制備的復合材料鉸鏈采用的增強體多為織物，織物的單層厚度很難達到0.05mm以下，制備得到的復合材料鉸鏈的破壞應變不能滿足一些小尺寸的鉸鏈(如直徑小于20_)的制造，具有較大的使用局限性。同時，與連續纖維增強復合材料相比，織物增強復合材料的強度較低，力學可設計性較差。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是:提出一種可折疊自回彈復合材料管式鉸鏈的制備方法。
[0006]本發明的技術方案是:復合材料管式鉸鏈采用單向纖維增強的預浸料，預浸料厚度為0.02mm?0.08mm ;用該預浸料制備復合材料管式鉸鏈，管式鉸鏈的橫截面為圓形，壁厚0.1mm?0.8mm，復合材料管的管壁沿長度方向對稱開長形通槽，其制備步驟如下:
[0007]步驟一、將預浸料鋪貼至管式鉸鏈的壁后要求，按照設計要求裁切成需要的尺寸、角度和鋪層順序鋪放，通過復合材料成型固化方法制備得到復合材料圓管；
[0008]步驟二、通過機械加工方法在復合材料圓管上沿長度方向對稱開長形通槽，通槽的尺寸為管件不發生結構破壞的任一尺寸，得到可折疊自回彈復合材料管式鉸鏈。
[0009]所述單向纖維增強的預浸料的纖維種類包括下列任意一種:碳纖維、玻璃纖維、硼纖維、碳化硅纖維、芳綸纖維、聚酰胺纖維、聚酯纖維或超高分子量聚乙烯纖維。
[0010]所述單向纖維增強的預浸料的樹脂為熱固性樹脂或熱塑性樹脂:其中，熱固性樹脂為聚氨酯、環氧樹脂、氰酸酯樹脂、雙馬樹脂或聚酰亞胺樹脂；熱塑性樹脂為聚酯、聚酰胺、聚砜、聚醚砜、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚醚酰亞胺和聚酰亞胺中任意一種或任意兩種及以上樹脂的共聚物或共混物。
[0011]所述的復合材料成型固化方法為真空袋法、熱收縮膜壓制法、氣囊壓制法、模壓法或熱壓罐法。
[0012]所述的復合材料管的管壁上沿長度方向對稱開的長形通槽的兩端各包含一個圓孔，圓孔的直徑大于平直段的寬度。
[0013]所述的復合材料管的管壁上沿長度方向對稱開的長形通槽的開孔兩端為半圓弧且與平直段相切。
[0014]本發明具有的優點和有益效果:本發明中的復合材料管式鉸鏈采用超薄樹脂基復合材料預浸料制備得到，結構形式是一種中間對稱開孔的薄壁復合材料圓管。超薄預浸料的厚度一般為常規預浸料的15% _30%，適用于制備薄壁復合材料制件，同時具備很大的力學設計自由度。采用超薄預浸料可實現輕質復合材料結構的高性能化，在滿足復合材料鉸鏈折疊功能的基礎上提升結構的剛度、彎矩等力學性能。采用本方法制備得到的可折疊自回彈輕質復合材料管式鉸鏈可應用于對減重、比強度和比剛度要求較高的航空航天領域。
[0015]通過研究，超薄預浸料適用于制造復合材料薄壁結構，復合材料結構層數最少的基本鋪層為[45/-45]s共四層，如果采用單層厚度0.04mm的超薄預浸料制造，得到的薄壁結構厚度僅為0.16mm，而且如果在給定復合材料結構厚度的前提下，預浸料超薄化給予了復合材料結構工程師更多的設計余度，在給定制件厚度的前提下可以有更多的鋪層層數和角度選擇，根據結構的力學承載要求進行優化設計，得出最優方案。如材料的厚度為0.5mm，如果采用常規0.125mm厚的預浸料，鋪層只能設計4層，設計自由度較低，如果采用單層厚度0.04mm的超薄預浸料，設計最高可達12層，設計自由度很大。通過采用超薄預浸料可實現輕質復合材料結構的高性能化，實現復合材料薄壁結構的大變形，用于可折疊自回彈復合材料管式鉸鏈的制備，尤其用于制備一些破壞應變要求較高的小尺寸鉸鏈。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明管壁長槽一種結構形式的示意圖，其中，a為正視圖，b為立體圖；
[0017]圖2是本發明管壁長槽另一種結構形式的示意圖，其中，a為正視圖，b為立體圖。
【具體實施方式】
[0018]下面通過實施例對本發明的設計和制備技術做進一步詳細說明，然而本發明技術方案并不局限于以下所列舉【具體實施方式】。
[0019]本發明提出一種可折疊自回彈復合材料管式鉸鏈的制備方法，其制備步驟如下:
[0020]步驟一、制備得到薄壁復合材料圓管，具體方法如下:
[0021](1)針對熱固性樹脂預浸料，按照制件尺寸、力學設計及鋪層要求，按順序將相應大小和鋪層角度的超薄預浸料料片手工或使用卷管機鋪放于模具外表面，采用真空袋法、熱收縮膜壓制法、模壓法或熱壓罐法加壓加熱固化成型。或將料片手工鋪放于圓柱形氣囊上，置于陰模內，采用氣囊壓制法成型。
[0022](2)針對熱塑性樹脂預浸料，按照制件尺寸、力學設計及鋪層要求，按順序將相應大小和鋪層角度的超薄預浸料料片使用卷管機或手工鋪放于模具外表面原位加熱固結。
[0023]步驟二、通過機械加工方法在薄壁復合材料管中間部分對稱開孔，得到可折疊自回彈復合材料管式鉸鏈。開孔的形狀有兩種:方案1的平直部分開孔兩端各包含一個圓孔，圓孔的直徑大于平直段的寬度，如圖1所示；方案2的開孔兩端為半圓弧且與平直段相切，如圖2所示，具體開孔尺寸根據鉸鏈所需要的彎矩、剛度及材料的力學性能確定。
[0024]本發明中采用的纖維絲束包括下面任意一種:碳纖維、玻璃纖維、硼纖維、碳化硅纖維、芳綸纖維、聚酰胺纖維、聚酯纖維或超高分子量聚乙