[发明专利]一种复合材料结构件及其用途

说明书

本发明提供了一种复合材料结构件及其用途，所述复合材料结构件包括空间桁架、联结料和至少一层纤维布，所述空间桁架预设成中空结构，所述联结料填满空间桁架形成的中空结构内部，所述至少一层纤维布包覆在内部填充有联结料的空间桁架的部分或全部外表面，本发明通过将纤维布包覆在结构件表面，可以提高结构件的抗弯和抗扭性能，纤维布的包覆方式也可以进行设计，以获得一种力学性能更优异的各向异性的结构件，在联结料中还可以通过设置温控构件和导热构件来实时监控和调节结构件内部温度，本发明得到的结构件的拉伸强度、弯曲强度和抗压强度可达铸铁件的3倍以上，可以在常温下浇筑成型，能适应热变形，制造工艺简单，适合大规模生产使用。

技术领域

本发明属于机械用复合材料领域，尤其涉及一种复合材料结构件及其用途。

背景技术

近年来随着装备制造业的不断发展和“先进制造技术”概念的提出，装备制造业逐渐向精密化、极端化方向发展，主要表现为制造设备的大型化和小型高精度化。制造设备的发展方向对于工业装备的结构设计提出了更高的要求，传统工业设备结构件如龙门铣的横梁、机床立柱等，大多以铸铁、钢等的各向同性金属材料作为主要材料采用铸造工艺成型，存在较多的不足。例如，金属材料在铸造过程中要严格控制其制造工艺参数，以避免由于残余应力导致的结构变形、开裂，导致制造过程比较复杂，难以进行控制，此外，高刚性金属材料的减震性能较差，若将其用于精密机床等对加工精度要求比较高的设备中，在使用过程中会因机床结构的震动会导致加工面粗糙、精度降低，而且，金属构件热胀冷缩现象明显，将其用于精密设备时，较难保证在不同温度条件下的加工精度。

为了增大结构件的结构强度和防止其因应力开裂或变形，现有技术中常用金属和联结料的复合材料(如钢筋混凝土复合材料等)来制备大型设备的结构件，例如，CN104032898A中公开了一种三维纤维网格筋增强混凝土结构件，包括混凝土和纤维网格筋，纤维网格筋为多层或双层结构，设置在混凝土内部，相邻各层纤维网格筋之间通过连接棒连接，连接方向是竖向或斜向，上述结构的设置能够提高混凝土构件的抗弯和抗拉强度，增大混凝土的韧性和抗裂性能，适用于桥梁板或建筑结构等领域，然而，其结构属于各向同性的结构，抗弯和抗扭性能差，受热易变形，制造工艺复杂，不适合作为大型精密机械设备的结构件使用。CN105089288B中公开了一种钢结构梁的抗疲劳加固方法，该钢结构梁包括腹板、形成在腹板上方的上翼缘、形成在腹板下方的下翼缘、以及垂直焊接在腹板的两侧表面的加强肋，该抗疲劳加固方法包括粘贴碳纤维布的如下步骤：沿钢结构梁的长度方向，在腹板的两侧表面通长粘贴第一碳纤维布，该第一碳纤维布位于加强肋的下端与下翼缘的上表面之间；沿钢结构梁的长度方向，在下翼缘的上下表面分别通长粘贴第二碳纤维布和第三碳纤维布；沿钢结构梁的长度方向，在腹板的两侧表面粘贴包裹加强肋的第四碳纤维布，该第四碳纤维布位于钢结构梁的中性轴与加强肋的下端之间；沿钢结构梁的高度方向，在被第四碳纤维布包裹的每个加强肋的两侧粘贴包裹下翼缘、并粘附在腹板的两侧表面的第五碳纤维布；沿钢结构梁的高度方向，在第一碳纤维布的两个端部分别粘贴包裹下翼缘并粘附在腹板的两侧表面的第六碳纤维布。上述方法通过对钢结构梁的疲劳敏感区域进行了加固，有利于提高其抗扭能力和抗压强度，然而其制备方法复杂，钢结构受热容易变形，也难以作为大型精密机械设备的结构件使用。

在现有技术的基础上，本领域的技术人员需要开发出一种新型的大型设备用复合材料结构件，需要其具有生产工艺简单、成本低且适合大规模生产的特点，而且，需要其具有一定的可设计性，以避免传统铸铁结构件等结构件材料中存在的吸震性差、热稳定性差、抗扭能力差、抗压和抗拉强度低等缺点。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种新型的大型设备用复合材料结构件，需要其具有生产工艺简单、成本低且适合大规模生产的特点，而且，需要其具有一定的可设计性，以避免传统铸铁结构件等结构件材料中存在的吸震性差、热稳定性差、抗扭能力差、抗压和抗拉强度低等缺点。

为达此目的，本发明的目的之一在于提供一种复合材料结构件，所述复合材料结构件包括空间桁架、联结料和至少一层纤维布。