[发明专利]混杂树脂基体三维编织碳纤维复合材料及其在机械臂中的应用

说明书

本发明公开了混杂树脂基体三维编织碳纤维复合材料及其在机械臂中的应用，复合材料为中空管状结构，管壁由内至外依次为内部缠绕刚性结构层、中间三维编织耐冲击功能层、表面叠层预埋复合层；所述内部缠绕刚性结构层由缠绕的高模量碳纤维与热固性树脂复合形成；所述中间三维编织耐冲击功能层由热塑性树脂与纤维立体织物复合形成，所述纤维立体织物是由高强度碳纤维和高模量碳纤维混杂编织形成的三维立体结构；所述表面叠层预埋复合层由平面织物结构的碳纤维织物预浸热固性树脂形成。该复合材料作为机械臂，不仅重量较轻，而且可以满足机械臂使用过程中的设备运行零震动的需求问题。

技术领域

本发明涉及一种自动化复合材料机械设备部件，特别涉及混杂树脂基体三维编织碳纤维复合材料及其在机械臂中的应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着工业设备自动化程度的提升，工业机器人和智能化工业机械装备的应用要求不断提高。工业机器人和机械智能部件是汇集机械、材料、电子、控制自动化和计算机智能技术的综合学科集成的产品，已经广发你要用与机械制造、桥梁施工、化工生产，矿物开采、国防军用甚至航空航天等各种领域。工业智能机械装备代替人类进行繁重、单一和各种精密的工作，在减轻人类劳动强度、提高生产效率和自动化水平方面具有前所未有的重大意义。近年来，工业智能机械装备由于应用精密要求度的不断提升，对自身的重量减轻等要求也不断提高，传统的金属材质已经限制了目前工业智能装备的能力提升，而对于轻量化的要求也已经在国际上受到了越来越多的光柱。在满足工业智能装备告诉高精度基本性能要求的前提下，进行金属材质的复合材料替代，是降低能耗，提升设备功能性的必然途径。

机械手臂是工业智能机器人的主要功能执行部件之一，也是机器人和智能装备的主要承力构件，对于机器人能否快速高效的完成动作指令并且高精度的完成智能动作具有重要作用。据本发明的发明人了解，目前国内的机械手臂基本为金属和铝合金材质，而金属自重带来了较大的装配和设备动作的不稳定问题，为了进行极大程度的减重，同时控制机械臂在高精度设备动作过程中的近乎零震动等要求，采用碳纤维复合材料作为金属材料的主要替代原料成为目前该领域研究的重点。然而，发明人研究发现，由于存在对于碳纤维的材质和纤维单丝结构设计等问题，导致碳纤维复合材料作为机械臂材料时，也难以满足机械臂使用过程中的设备运行零震动的需求问题。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供混杂树脂基体三维编织碳纤维复合材料及其在机械臂中的应用，该复合材料作为机械臂，不仅重量较轻，而且可以满足机械臂使用过程中的设备运行零震动的需求问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种混杂树脂基体三维编织碳纤维复合材料，为中空管状结构，管壁由内至外依次为内部缠绕刚性结构层、中间三维编织耐冲击功能层、表面叠层预埋复合层；

所述内部缠绕刚性结构层由缠绕的高模量碳纤维与热固性树脂复合形成；

所述中间三维编织耐冲击功能层由热塑性树脂与纤维立体织物复合形成，所述纤维立体织物是由高强度碳纤维和高模量碳纤维混杂编织形成的三维立体结构；

所述表面叠层预埋复合层由平面织物结构的碳纤维织物预浸热固性树脂形成。

本发明设置内部缠绕刚性结构层位于复合材料管壁内层，能够提供机械臂整体的刚性支撑结构以抵抗应用过程中的变形。本发明设置中间三维编织耐冲击功能层位于复合材料管壁中间层，能够使机械臂整体具有叠层复合材料不具备的高刚度特性和耐冲击特性。本发明设置表面叠层预埋复合层位于复合材料管壁外层，能够在的特定部位预埋金属零部件装配所用的结构体，便于之后机械臂部件与其它金属结构件装配所用。

另一方面，一种上述混杂树脂基体三维编织碳纤维复合材料在机械臂中的应用。