一种适用螺旋键连接的复合材料管及其的制作方法。所述复合材料管包括内管和外管。在内管和外管的内壁上分别有两条环向均布的螺旋槽，并且2个螺旋槽螺旋的方向相同、位置相互对应。所述的内管毛坯和外管毛坯均通过布带缠绕机成型，缠绕中，布带的张力为50N/m。将内管毛坯和外管毛坯放入烘箱，以阶梯式升温至160℃固化后得到内管和外管。在内管和外管上分别加工出螺旋槽。使用时，通过相对应的螺旋键实现内管和外管连接。本发明专利技术在受轴向拉力或压力时受力分布较为均匀，有效避免了一般销钉或铆接带来的应力集中对本体的破坏，与螺纹连接比较，其可靠性提高了高80％，并有效避免了腐蚀环境中通过金属连接件连接时存在的隐患。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合材料领域，具体是ー种。
技术介绍
复合材料卷绕管各向异性，其轴向和环向拉伸及压缩强度高，但因复合材料成型有层间结构，存在层间剪切薄弱的缺点，致使管产品连接強度难以保证。因此，如何设计复合材料卷绕管件，实现复合材料管制品的高強度轴向连接成为产品使用的核心环节之一。目前广泛采用的可被连接复合材料卷绕管件有玻璃纤维管、碳纤维管、玻璃纤维和碳纤维复合管、玻璃纤维金属复合管、碳纤维金属复合管等各种复合材料管；通过在复合 材料管上加工销孔后得到的各种销孔管；通过在复合材料管上插制出与轴线平行的键槽得到的各种直键槽管；通过在复合材料管上预埋金属法兰得到的各种法兰管；通过在复合材料管上加工螺纹得到的各种螺纹管。玻璃纤维管、碳纤维管、玻璃纤维和碳纤维复合管、玻璃纤维金属复合管、碳纤维金属复合管，在连接时通过粘接剂的粘接实现管连接。这种连接方式，在搭接长度受限吋，难以实现高强度连接，且因结构胶粘エ艺多对固化温度和固化压カ有较高要求，エ艺波动对胶结接头质量影响大，不适用于高强度、高稳定性的使用要求。各种复合材料销孔管在连接时通过使用销钉、铆钉或螺栓实现复合材料间的连接。由于在连接材料基体上开孔，増加了局部应カ集中，降低了复合材料自身的承载能力，适用于空间要求不严格、允许增加螺栓连接空间的使用环境。各种复合材料直键槽管在连接时通过使用直键实现连接，其主要应用于旋转体的扭カ传送，健体本身可以实现管材的环向咬合连接但无法实现管材的轴向咬合连接。玻璃纤维金属复合螺纹管、碳纤维金属复合螺纹管，是通过预埋金属螺纹连接管件可实现可靠的高强度连接，但在腐蚀环境中，因金属耐腐蚀性差，存在连接隐患。各种法兰管是通过预埋金属法兰实现可靠的高强度连接，但在腐蚀环境中，因金属耐腐蚀性差，存在连接隐患，且其因预埋法兰需要占用更大的连接空间，不适于连接空间受限环境。现有技术与本专利技术最为接近的是玻璃纤维螺纹管、碳纤维螺纹管、玻璃纤维和碳纤维复合螺纹管。其方法是将纤维织物卷绕成型，之后分别加工内螺纹和外螺纹，通过螺纹实现连接。由于连接部位的螺纹强度由复合材料的层间剪切強度决定，不能发挥增强纤维的強度作用，连接强度低，不满足高強度连接需求。普通螺纹加工吋，由于螺距小，加工时对基体纤维切断间隔小，破坏了基体连续性，大幅降低了连接结构轴向強度，不适用于轴向高强度连接使用环境
技术实现思路
为克服现有技术中存在的连接强度低的不足，本专利技术提出了一种适用螺旋键连接的复合材料管及其的制作方法。所述适用螺旋键连接复合材料管包括内管和外管。在所述内管的管外壁上和所述外管的内壁上分別有两条环向均布的螺旋槽。所述螺旋槽的长度与连接部位长度相同，宽度是连接部位长度的1/20，深0. 5 10mm。该螺旋槽的螺距为10 100mm。所述2个螺旋槽螺旋的方向须相同。2个螺旋槽的位置相互对应。本专利技术还提出了ー种制作权所述适用于螺旋键连接的复合材料管的方法，包括以下步骤步骤1，成型内管毛坯。通过布带缠绕机采用常规方法成型内管的毛坯，得到壁厚为4 60mm的内管毛坯，布带的张カ为50N/m。将得到的内管毛坯用内管外模将内管毛坯固定后放入烘箱中，以阶梯式升温至160°C固化，其升温过程是首先在30min内使烘箱升温至90°C,保温60min。保温结束后继续升温,在60min内使烘箱升温至160°C,保温240min。保温结束后，模具在烘箱内自然冷却至60°C，取出模具放置至室温开模，得到固化后的内管毛还。 步骤2，成型外管毛坯通过布带缠绕机采用常规方法成型外管的毛坯，得到壁厚为4 60mm的外管毛坯。缠绕中，布带的张カ为50N/m。将得到的外管毛坯用外管外模固定后放入烘箱中，以阶梯式升温至160°C固化，其升温过程是首先在30min内使烘箱升温至90°C，保温60min。保温结束后继续升温，在60min内使烘箱升温至160°C，保温240min。保温结束后，模具在烘箱内自然冷却至60°C，取出模具放置至室温开模，得到固化后的外管毛坯。步骤3，内管螺旋槽的加工在内管毛坯的管外壁上按设计要求加工出两条环向均布的外螺旋槽。步骤4，外管螺旋槽的加工在外管毛坯的内壁上按设计要求加工出两条环向均布的内螺旋槽。本专利技术通过布带缠绕机采用常规的缠绕法分别成型内管毛坯和外管毛坯。缠绕中，布带的张カ为50N/m。对缠绕出的内管毛坯和外管毛坯采用热处理方式固化。在固化中，通过阶梯式升温合理控制热处理温度，充分发挥材料性能，使本专利技术比原有卷绕エ艺制备的螺纹连接性能提高80%。本专利技术提出的螺旋键在连接时结构为2个环向均布的连续体，使得连接体在受轴向拉カ或压カ时受カ分布较为均匀，有效避免了一般销钉或铆接带来的应カ集中对本体的破坏。本专利技术使用的为全复合材料制品，有效避免了因预埋金属耐腐蚀性差带来的在腐蚀环境中使用的连接隐患。本专利技术为内置结构连接，有效避免了法兰类结构带来的连接空间较大的不足。本专利技术中内管、外管采用卷绕エ艺成型，与普通复合材料卷绕管件螺纹连接不同的是，在连接结构中内、外管键槽轴向截面面积为连接部位轴向截面总面积的10%，减小螺旋键槽加工时对管件基体材料的连续切断，较大限度地保留了基体纤维的连续性，适用于油气腐蚀环境、径向空间有限、轴向连接可承载60-80Mpa的复合材料管材。为验证本专利技术的效果，对相同的玻璃纤维和碳纤维复合材料管使用不同的连接方法进行试验。试验结果表明，连接强度分别是采用粘接连接，轴向强度为3 15MPa ;加工普通螺纹后，其轴向连接强度为15 40MPa ;而使用本专利技术螺旋键连接后轴向连接强度达60 80MPa。附图说明图I是连接件的结构示意图。图2是内管エ艺铺层示意图。图3是外管エ艺铺层示意图。图4是エ艺流程图。图中I.内管2.外管3.螺旋键4.内玻纤层5.外碳纤维层6.内碳纤维层7.外玻纤层 具体实施例方式实施例一本实施例是ー种适于螺旋键连接的复合材料管，所述连接复合材料管是将内管I和外管3通过螺旋键3相连接，连接部位的长度L为100_，连接部位直径D为70_。所述的内管I和外管2均采用现有技术，用玻璃纤维预浸布和碳纤维预浸布制成。所述玻璃纤维预浸布的抗拉强度为300MPa，树脂含量为40%，厚度为0. 12mm ;所述碳纤维预浸布的抗拉强度为lOOOMPa，树脂含量为40%，厚度为0. 3mm。内管I和外管2均采用常规的卷绕エ艺成型。内管I壁厚25mm，外管2壁厚20mm。所述内管I的管外壁上和所述外管3的内壁上分別有两条环向均布的螺旋槽。螺旋键的内径=内管的外径一螺旋键的横截面高度/2;螺旋键的外径=内管的外径+螺旋键的横截面高度/2。本实施例中，所述螺旋槽的长度为100mm、宽度为5mm、深5mm，螺距为100_。所述2个螺旋槽螺旋的方向均为右旋；2个螺旋槽的位置相互对应。本实施例还提出了ー种制作所述适于螺旋键连接的复合材料管的方法，包括以下步骤步骤1，内管I毛坯成型。通过布带缠绕机成型内管I毛坯。将玻璃纤维预浸布铺放在内管内模上，该内管内模的外径与内管I的内径相同。本实施例中，内管I的内径为20mm。启动布带缠绕机沿环向连续卷绕该玻璃纤维预浸布成管状，直至管状玻璃纤维预浸布的厚度X1达到17mm ;将碳纤维预浸布铺放在管状玻璃纤维预浸布的外表面，启动布本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种适用于螺旋键连接的复合材料管，其特征在于，所述连接复合材料管包括内管和外管；在所述内管的管外壁上和所述外管的内壁上分别有两条环向均布的螺旋槽；所述螺旋槽的长度与连接部位长度相同，宽度是连接部位长度的1/20，深0.5～10mm；该螺旋槽的螺距为10～100mm；所述2个螺旋槽螺旋的方向须相同；2个螺旋槽的位置相互对应。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：贾晶，卢彬，周玉玺，沈涛，张增强，李琴，
申请(专利权)人：西安康本材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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