一种盒式结构碳纤维PMI复合材料梁及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种盒式结构碳纤维PMI复合材料梁及制备方法，包括上缘条、多个耳片、两个腹板、多个夹块和下缘条；两个腹板为矩形结构的碳板，两侧设有碳条材料的上缘条和下缘条，封闭成矩形碳盒结构，内部填充PMI泡沫作为芯材；梁根部碳盒内粘合有与机身进行连接的耳片以及夹块；所述矩形碳盒结构自翼根到稍部尺寸逐渐变小，PMI泡沫材在不同展向展向密度不同，在矩形碳盒结构外表面缠绕有凯夫拉纤维。相比于传统碳方轻木梁使机翼梁的抗弯刚度更高，抗扭性更好，有更大的比强度和比刚度，制造更为简单，成品品质可控性提高，次品率降低。次品率降低。次品率降低。

【技术实现步骤摘要】
一种盒式结构碳纤维PMI复合材料梁及制备方法


[0001]本专利技术属于固定翼航模和固定翼无人机的梁，涉及一种盒式结构碳纤维PMI复合材料梁及制备方法，尤其是长度介于1.8
‑
2.6m的复合材料梁。

技术介绍

[0002]在目前的竞赛级航模运动中，固定翼航模朝着大翼展和大展弦比的方向不断发展，这对机翼的主承力结构梁的比强度和比刚度有了更高的要求，同时由于复合材料技术的发展，碳纤维，PMI泡沫，环氧树脂等力学性能优异的材料和粘合剂开始普遍应用，但是目前还没有一种能利用上述材料和粘合剂并很好地兼顾质量和刚强度的梁结构。

技术实现思路

[0003]要解决的技术问题
[0004]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种盒式结构碳纤维PMI复合材料梁及制备方法，提高大翼展、大展弦比航模和无人机梁的刚度，强度，同时控制梁的质量。
[0005]技术方案
[0006]一种盒式结构碳纤维PMI复合材料梁，其特征在于包括上缘条1、多个耳片2、两个腹板3、多个夹块4和下缘条5；两个腹板3为矩形结构的碳板，两侧设有碳条材料的上缘条1和下缘条5，封闭成矩形碳盒结构，内部填充PMI泡沫作为芯材；梁根部碳盒内粘合有与机身进行连接的耳片以及夹块4；所述矩形碳盒结构自翼根到稍部尺寸逐渐变小，前表面与机身轴线正交，上反使梁上表面水平；所述矩形盒式结构的截面展向比例位置x的截面长B＝15.8
‑
2600tan(0.128
°
)x，截面高h＝67.521r/>‑
2600tan(0.853
°
)x。
[0007]在矩形碳盒结构外表面缠绕有凯夫拉纤维。
[0008]所述腹板在除0<x<0.0385展长比例位置以外部分均进行进行减重设计，减重后形状结构包括斜撑和竖撑，竖撑位置与肋的位置一一对应。
[0009]所述斜撑和竖撑的直线相交部分内扩为圆角。
[0010]所述PMI泡沫材在不同展向展向比例位置x的密度为下表：
[0011]展向比例位置x0<x<0.1460.146<x<0.6710.671<x<1根部夹块PMI密度75g/cm350g/cm330g/cm375g/cm3[0012]所述上缘条1和下缘条5采用哑光单向碳条，且上缘条1的厚度大于下缘条5。
[0013]所述腹板3采用哑光斜纹碳板。
[0014]一种盒式结构碳纤维PMI复合材料梁的制备方法，其特征在于步骤如下：
[0015]步骤1、将PMI芯材和碳纤维矩形碳盒的四个接触面涂抹环氧树脂进行粘合，并放入真空袋内使用真空泵排尽空气形成真空环境，使梁的表面以及材料表面间的环氧树脂粘合剂在1atm大气压力条件下经过24h完全固化；
[0016]步骤2、在复合材料梁根部碳盒内粘合耳片；
[0017]步骤3、在复合材料梁粘合面完全固化后对梁外表面缠绕凯夫拉纤维，缠绕方向为
从根部顺时针缠到稍部再从稍部逆针缠回根部，缠绕密度依据下列表格，缠绕完成后使用体积比为2︰1的酒精与神弓环氧的溶液对凯夫拉纤维进行浸润，于常温干燥环境下放置8小时固化，
[0018][0019]所述凯夫拉纤维规格为1500d的凯夫拉纤维。
[0020]有益效果
[0021]本专利技术提出的一种盒式结构碳纤维PMI复合材料梁及制备方法，包括上缘条、多个耳片、两个腹板、多个夹块和下缘条；两个腹板为矩形结构的碳板，两侧设有碳条材料的上缘条和下缘条，封闭成矩形碳盒结构，内部填充PMI泡沫作为芯材；梁根部碳盒内粘合有与机身进行连接的耳片以及夹块；所述矩形碳盒结构自翼根到稍部尺寸逐渐变小，PMI泡沫材在不同展向展向密度不同，在矩形碳盒结构外表面缠绕有凯夫拉纤维。
[0022]相比于传统碳方轻木梁使机翼梁的抗弯刚度更高，抗扭性更好。
[0023]相比于传统碳方轻木梁有更大的比强度和比刚度。
[0024]制造更为简单，成品品质可控性提高，次品率降低。
附图说明
[0025]图1，2：是复材梁各结构位置关系图
[0026]1上缘条，2耳片，3腹板，4夹块，5下缘条,6腹板减重孔剖面，7腹板根部非减重部分，8斜撑，9竖撑，10圆角
[0027]图3：是根部处梁矩形截面图
[0028]图4：是非根部处梁矩形截面图
[0029]图5：是腹板平面全景图
[0030]图6：图5左侧放大图
[0031]图7：是腹板结构关系图
具体实施方式
[0032]现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：
[0033]1、设计梁截面形状为矩形，并从翼根到稍部尺寸逐渐变小，前表面与机身轴线正交，上反使梁上表面水平，设计矩形截面数据如下表：
[0034][0035][0036]2、在梁的上下表面采用一定厚度的缘条,前后表面采用一定厚度的腹板，封闭成矩形碳盒，内部填充PMI泡沫作为芯材，矩形碳盒所用材料名称及使用规格分别如下表：
[0037]上缘条0.8mm厚度哑光单向碳条下缘条0.5mm厚度哑光单向碳条腹板0.4mm厚度3K哑光斜纹碳板
[0038]3、PMI泡沫芯材采用三轴精雕加工设备加工轮廓和形状,在不同展向位置则采用不同的密度的PMI泡沫材料如下表：
[0039]展向比例位置x0<x<0.1460.146<x<0.6710.671<x<1根部夹块PMI密度75g/cm350g/cm330g/cm375g/cm3[0040]4、腹板在除0<x<0.0385展长比例位置以外部分均进行进行减重设计，减重后主要形状结构包括斜撑和竖撑，竖撑位置与肋的位置一一对应，并将直线相交部分内扩为圆角。
[0041]5、PMI芯材和碳纤维矩形碳盒的接触面涂抹环氧树脂进行粘合，并放入真空袋内使用真空泵排尽空气形成真空环境，使梁的表面以及材料表面间的环氧树脂粘合剂在1atm大气压力条件下经过24h完全固化，达到粘合层的最佳强度。
[0042]6、在复合材料梁根部碳盒内粘合耳片，与机身进行连接。
[0043]7、在复合材料梁粘合面完全固化后对梁外表面缠绕规格为1500d的凯夫拉纤维，缠绕方向为从根部顺时针缠到稍部再从稍部逆针缠回根部，缠绕密度依据下列表格，缠绕完成后使用体积比为2：1的酒精神弓环氧溶液对凯夫拉纤维进行浸润，于常温干燥环境下放置8小时固化。
[0044][0045]在制作航模和无人机时，将梁、后墙和肋等结构件放置在型架上，使用相应的瞬时粘合剂将前半肋、后半肋分别与对应位置的的9竖撑粘接，拿下型架后对前半肋进行蒙板，蒙板盖过并使用瞬时粘合剂粘合在1上缘条和5下缘条表面，以使机翼成形。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盒式结构碳纤维PMI复合材料梁，其特征在于包括上缘条(1)、多个耳片(2)、两个腹板(3)、多个夹块(4)和下缘条(5)；两个腹板(3)为矩形结构的碳板，两侧设有碳条材料的上缘条(1)和下缘条(5)，封闭成矩形碳盒结构，内部填充PMI泡沫作为芯材；梁根部碳盒内粘合有与机身进行连接的耳片以及夹块(4)；所述矩形碳盒结构自翼根到稍部尺寸逐渐变小，前表面与机身轴线正交，上反使梁上表面水平；所述矩形盒式结构的截面展向比例位置x的截面长B＝15.8
‑
2600tan(0.128
°
)x，截面高h＝67.521
‑
2600tan(0.853
°
)x。2.根据权利要求1所述盒式结构碳纤维PMI复合材料梁，其特征在于：在矩形碳盒结构外表面缠绕有凯夫拉纤维。3.根据权利要求1所述盒式结构碳纤维PMI复合材料梁，其特征在于：所述腹板在除0<x<0.0385展长比例位置以外部分均进行进行减重设计，减重后形状结构包括斜撑和竖撑，竖撑位置与肋的位置一一对应。4.根据权利要求3所述盒式结构碳纤维PMI复合材料梁，其特征在于：所述斜撑和竖撑的直线相交部分内扩为圆角。5.根据权利要求1所述盒式结构碳纤维PMI复合材料梁，其特征在于：所述PMI泡沫材在不同展向展...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭庆，李锦龙，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：