一种碳纤维管阵结构及其制作方法与流程

本发明涉及一种碳纤维管阵结构及其制作方法，属于复合材料成型技术领域。

背景技术

随着我国对于宇宙和天体起源、暗物质、暗能量、地外生命等科学问题的研究深入，对于高精度高稳定天线反射器的需求也变得更加迫切。中国南极天文台建设的主要目的是在南极内陆冰穹a，充分利用中国南极昆仑站的现有基础建设中国南极天文台，太赫兹望远镜则是该台的主要科研设备。由于极地极端的温度条件，太赫兹望远镜对于反射器的稳定性和精度都有较高的要求。

通过调研国内相关领域的技术，发现国外主要通过采用碳纤维蜂窝材料作为夹芯结构来解决该问题，然而目前国内尚未有成熟的碳纤维蜂窝材料制作工艺，而国外的的碳纤维蜂窝材料十分昂贵，很难在大的结构上使用，因此提出与之相近的碳纤维管阵结构以满足目前的国内需要。

现有的碳纤维管阵的成型方法，首先需根据所需碳管阵大小，设计相应的成型模具，该模具主要由底板和四件围条组成，将碳管放置与箱型的模具内,调节围条间距保证碳管之间的加压力合适后，再在碳管相切位置注射胶黏剂，待碳管阵固化成型后取出。现有的成型方法受围条的限制，无法实现任意形状、大小的成型。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种碳纤维管阵结构及其制作方法。本发明实现了碳管阵结构的稳定性制造，且该结构相比于现有蜂窝结构具有重量轻，比强度高，局部刚度高不易破坏，热膨胀系数可设计等优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种碳纤维管阵结构，包括多个碳纤维管件，各所述碳纤维管件按阵列竖直排布，所述各碳纤维管件之间通过胶接连接；所述碳纤维管件采用碳纤维含量72％以上的碳纤维预浸料通过卷管成型工艺制成。

优选地，所述阵列为圆形阵列结构。

优选地，所述胶接采用的胶黏剂选自环氧树脂类胶黏剂；

所述胶黏剂的固化温度为25℃～35℃，胶黏剂25℃下粘度为10000～14000mpa。

优选地，各所述碳纤维管件的外侧面需胶接的部位采用砂纸打磨粗糙，并均匀设置多个小孔。

优选地，所述小孔设置在胶接部位的中部，小孔的孔径为0.2-2mm，数量为6个。

优选地，各所述碳纤维管件采用两两相切方式排布。

优选地，所述碳纤维预浸料为改性环氧树脂或改性氰酸酯类树脂；所述碳纤维管件的长度和直径之比小于8：1。所述碳纤维管件的长度和直径之比大于8:1，会导致结构发生整体屈曲影响整体压缩性能。

本发明还提供了一种碳纤维管阵结构的制作方法，包括以下步骤：

将碳纤维管件按阵列竖直排布，并用弹簧夹固定，放置于平台上；所述弹簧夹设置在各碳纤维管件之间的连接处；

将胶黏剂从各碳纤维管件的连接部位上侧滴注于碳纤维管件之间，固化后将弹簧夹取出即可。

优选地，所述弹簧夹设置在两个碳纤维管件相切处；弹簧夹的两个夹持部分别与两个碳纤维管件的内侧壁连接；

所述弹簧夹包括相对设置的两个夹持部和设置在两个夹持部之间的连接部；所述夹持部的内侧设置多个连续且均匀排布的凸起，两个夹持部的凸起相对设置。

优选地，所述凸起为弧形结构，所述两个夹持部上相对设置的凸起之间的间距为2-5mm，该间距可以减少夹子在成型过程中对碳管的伤害，同时可以保证夹子可以对加持部分提供合适的夹力；所述凸起的高度为夹持部厚度的5-8倍，该高度可以保证在夹子插入碳管连接部位时夹子头部不会对碳管形成损伤；所述夹持部的长度为碳纤维管件长度的90％，该长度可以使夹子保持适当的加持力，同时保证碳管阵在平台上成型时不会因为夹子过长导致碳管无法与平台贴合，从而导致碳管阵无法成型。

优选地，所述夹持部上的凸起排布形成波浪型结构，该形状方便夹装碳管。

优选地，所述胶黏剂的使用量为每10mm长度碳纤维管件滴注0.1ml-0.5ml。所述胶黏剂的使用量少于每10mm长度碳纤维管件滴注0.1ml，会导致胶接面缺胶从而降低胶接强度，所述所述胶黏剂的使用量多于每10mm长度碳纤维管件滴注0.5ml，会导致结构含胶量过高会增加结构整体的热膨胀系数。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、采用碳纤维管作为基本结构的管阵结构，实现了夹层类结构全复合材料化，降低了碳纤维蒙皮类结构的材料相容性；

2、采用碳纤维管作为基本结构的管阵结构，实现了碳管阵结构的稳定性制造，且该结构相比于现有蜂窝结构具有重量轻，比强度高，局部刚度高不易破坏，热膨胀系数可设计等优点。

3、本发明在制备碳纤维管阵结构中，无需设计成型模具，无需成型工装，且成型成本低、效率高，可制备任意形状、大小的碳纤维管阵。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的碳纤维管阵结构的整体结构示意图；

图2为本发明的碳纤维管阵结构的局部结构示意图；

图3为本发明的弹簧夹结构示意图；

其中：1、碳纤维管件；2、胶黏剂；3、弹簧夹；4-夹持部；5-连接部；6-凸起。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供了本发明提供了一种碳纤维管阵结构，如图1-图2所示，包括多个碳纤维管件1，各所述碳纤维管件1按阵列竖直排布，所述各碳纤维管件1之间通过胶接连接；所述碳纤维管件1采用碳纤维含量72％以上的碳纤维预浸料通过卷管成型工艺制成。

所述阵列为圆形阵列结构。

所述胶接采用的胶黏剂2选自环氧树脂类胶黏剂；

所述胶黏剂2的固化温度为25℃～35℃，胶黏剂25℃下粘度为10000～14000mpa。

各所述碳纤维管件1的外侧面需胶接的部位采用砂纸打磨粗糙，并均匀设置多个小孔。

所述小孔设置在胶接部位的中部，小孔的孔径为0.2-2mm，数量为6个。

各所述碳纤维管件1采用两两相切方式排布。

所述碳纤维预浸料为改性环氧树脂或改性氰酸酯类树脂；所述碳纤维管件1的长度和直径之比小于8：1。所述碳纤维管件1的长度和直径之比大于8:1，会导致结构发生整体屈曲影响整体压缩性能。

本发明还提供了一种碳纤维管阵结构的制作方法，包括以下步骤：

将碳纤维管件1按阵列竖直排布，并用弹簧夹3固定，放置于平台上；所述弹簧夹3设置在各碳纤维管件1之间的连接处；

将胶黏剂2从各碳纤维管件1的连接部位上侧滴注于碳纤维管件1之间，固化后将弹簧夹3取出即可。

所述弹簧夹3(如图3所示)设置在两个碳纤维管件1相切处；弹簧夹3的两个夹持部分4别与两个碳纤维管件1的内侧壁连接；

所述弹簧夹3包括相对设置的两个夹持部4和设置在两个夹持部4之间的连接部5；所述夹持部4的内侧设置多个连续且均匀排布的凸起6，两个夹持部4的凸起6相对设置。

所述凸起6为弧形结构，所述两个夹持部4上相对设置的凸起6之间的间距为2-5mm；所述凸6起的高度为夹持部4厚度的5-8倍；所述夹持部4的长度为碳纤维管件1长度的90％。

所述夹持部4上的凸起6排布形成波浪型结构，该形状方便夹装碳管。

所述胶黏剂2的使用量为每10mm长度碳纤维管件1滴注0.1ml-0.5ml。

本实施例制得的碳纤维管阵结构的性能测试结果如下：密度35.64kg/m³；剪切模量410mpa；剪切强度1.5mpa；热膨胀系数2×10^-6/℃。

对比例1

本对比例与实施例1基本相同，不同之处仅在于：本对比例采用的胶黏剂为聚氨酯类胶黏剂。

本对比例制得的碳纤维管阵结构的性能测试结果如下：密度36.17kg/m³；剪切模量360mpa；剪切强度1mpa，热膨胀系数2.3×10^-6/℃。

对比例2

本对比例与实施例1基本相同，不同之处仅在于：本对比例采用的碳纤维预浸料为未改性的氧树脂或氰酸酯类树脂。

本对比例制得的碳纤维管阵结构的性能测试结果如下：密度37.61/m³；剪切模量372mpa；剪切强度1.3mpa，热膨胀系数4.5×10^-6/℃。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。