一种碳纤维材质的螺纹连接件及其成型方法与流程

本发明涉及螺纹连接件领域，尤其涉及一种碳纤维材质的螺纹连接件及其成型方法。

背景技术：

碳纤维复合材料，是一种以树脂为基体，碳纤维丝为增强材料；含碳量在90%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料，是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，并且又兼备纺织纤维的柔软可加工性又兼备纺织纤维的柔软可加工性，在国防军工和民用方面都是重要材料。近年来随着新技术的不断发展，对材料的要求日益增加，碳纤维所具有的高强度、出色的耐热性、出色的抗热冲击性、低热膨胀系数(变形量小)、热容量小、比重小、优秀的抗腐蚀与辐射性能等优势，越来越能够适应时代的要求。

常用的螺纹连接件包括螺栓、螺柱与螺母，是所有生产制造机械必须使用的一种原件。常用材料为碳钢、不锈钢、塑钢等材料，能满足绝大部分情况的紧固连接要求，但是在某些对重量要求严苛及某种特殊腐蚀环境下，仍然具有许多的不足，因此需要综合性能更加优秀的螺纹连接件。

技术实现要素：

为解决上述现有技术的问题，本发明提供了一种碳纤维材质的螺纹连接件及其成型方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种碳纤维材质的螺纹连接件，由多层碳纤维材料依次环绕贴合构成，每层碳纤维材料均围绕螺纹连接件的中轴线设置，且每层碳纤维材料均沿螺纹连接件的长度方向连续设置，相邻两层碳纤维材料的内圈表面和外圈表面之间填充有环氧树脂，用于将各层碳纤维材料固化粘接成型。

优选的，所述的碳纤维材料采用碳纤维预浸料、碳纤维干布、碳纤维粉末、碳纤维单向丝的其中一种。

优选的，在多层碳纤维材料之间填充有至少一根棒料，所述棒料沿螺纹连接件的长度方向设置。

优选的，所述棒料采用碳纤维棒、尼龙棒、木棒的其中一种。

一种碳纤维材质的螺纹连接件的成型方法，预先制作模具，模具内部具有与螺纹连接件的外形相匹配的内腔，将模具打开，向模具的内腔中逐层环绕添加碳纤维材料，并在相邻两层碳纤维材料之间填充环氧树脂，直至填满模具的内腔，通过压实工具将模具内腔中的碳纤维材料压实，然后关闭并锁紧模具，将模具加热至80-200度并保温，使环氧树脂固化，即可得到碳纤维材质的螺纹连接件。

优选的，所述的模具包括上模、中模和下模，上模和下模分别通过螺栓与中模连接，模具中设有同时贯穿上模、中模和下模的定位销，以限制上模、中模和下模之间的位移。

优选的，向模具的内腔中逐层环绕添加碳纤维材料时，在多层碳纤维材料之间填充棒料，保证棒料沿螺纹连接件的长度方向设置。

优选的，向模具的内腔中逐层环绕添加碳纤维材料时，预先在碳纤维材料的表面涂抹环氧树脂。

优选的，向模具的内腔中逐层环绕添加碳纤维材料时，待模具的内腔被填满后，再向各层碳纤维材料之间压入环氧树脂。

优选的，关闭并锁紧模具后，将模具放入烘箱或热压机中加热，保温1-2小时。

根据上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种碳纤维材质的螺纹连接件及其成型方法，采用碳纤维材料环绕堆叠的方式，通过环氧树脂将各层碳纤维材料粘接成型，各层碳纤维材料之间还能够填充棒料使强度进一步提升，其力学性能比传统的金属材料制成的螺纹连接件更好，重量也比金属材料制成的同样尺寸的螺纹连接件更轻，并且具有传统的金属材料制成的螺纹连接件所不具备的防腐蚀性能和环保性能，适用于对螺纹连接件要求较高，如轻量化或耐腐蚀性要求较高的场合，制作方法简便可靠，能够制成各种形式和尺寸大小的螺纹连接件，并且因为采用模具成型的方式，所以螺纹连接件表面的螺纹也能够直接成型得到，不需要再进行螺纹的机械加工，能够大幅降低生产周期和成本。

附图说明

图1为本发明的螺栓结构示意图；

图2为本发明的螺栓中填充棒料的示意图；

图3为本发明的螺母结构示意图；

图4为本发明的螺母中填充棒料的示意图；

图5为通过模具对本发明的螺栓进行成型的示意图。

图中标记：1、碳纤维材料，2、棒料，3、上模，4、中模，5、下模，6、定位销。

具体实施方式

参见附图，具体实施方式如下：

一种碳纤维材质的螺纹连接件，由多层碳纤维材料1依次环绕贴合构成，碳纤维材料1采用碳纤维预浸料，碳纤维干布、碳纤维粉末、碳纤维单向丝的其中一种，每层碳纤维材料1均围绕螺纹连接件的中轴线设置，且每层碳纤维材料1均沿螺纹连接件的长度方向连续设置，相邻两层碳纤维材料1的内圈表面和外圈表面之间填充有环氧树脂，用于将各层碳纤维材料1固化粘接成型。图1所示即为碳纤维材质的螺栓结构示意图，图3所示即为碳纤维材质的螺母结构示意图。

为了提升螺纹连接件的强度，可以在多层碳纤维材料1之间填充至少一根棒料2，棒料2沿螺纹连接件的长度方向设置，棒料2采用碳纤维棒、尼龙棒、木棒的其中一种。图2所示即为在螺栓中填充棒料，图2中为在螺栓的中心位置填充了一根棒料，图4所示即为在螺母中填充棒料，图4中为绕螺母的中心位置间隔填充了四根棒料。

一种碳纤维材质的螺纹连接件的成型方法，预先制作模具，模具内部具有与螺纹连接件的外形相匹配的内腔，并且内腔中已经预先加工成了与螺纹内连接件的螺纹相匹配的螺旋形凸起，如图5所示，本实施例采用的模具包括上模3、中模4和下模5，上模3和下模5分别通过螺栓与中模4连接，模具中设有同时贯穿上模3、中模4和下模5的定位销6，以限制上模3、中模4和下模5之间的位移。

将模具打开，向模具的内腔中逐层环绕添加碳纤维材料1，并在相邻两层碳纤维材料1之间填充环氧树脂，可以为预先在碳纤维材料1的表面涂抹环氧树脂，也可以为待模具的内腔被填满后，再向各层碳纤维材料1之间压入环氧树脂，直至填满模具的内腔，通过压实工具将模具内腔中的碳纤维材料1压实，通过压实处理来减少最终制成的螺纹连接件内部的孔隙率，然后关闭并锁紧模具，将模具放入烘箱或热压机中加热至80-200度并保温1-2小时，使环氧树脂固化，再将模具打开并取出已经固化成型的螺纹连接件，即可得到碳纤维材质的螺纹连接件。

本发明所得碳纤维材质的螺纹连接件与普通螺纹连接件的强度对比如下：

可知，本发明所得碳纤维材质的螺纹连接件，其力学强度比传统的金属材料制成的螺纹连接件更好，同时由于采用了碳纤维材料，所以重量也必然比金属材料制成的同样尺寸的螺纹连接件更轻，并且具有传统的金属材料制成的螺纹连接件所不具备的防腐蚀性能和环保性能，适用于对螺纹连接件要求较高，如轻量化或耐腐蚀性要求较高的场合，制作方法简便可靠，能够制成各种形式和尺寸大小的螺纹连接件。