碳纤维面板型蜂窝板板孔及其补强方法
阅读说明：本技术 碳纤维面板型蜂窝板板孔及其补强方法 (Carbon fiber panel type honeycomb plate hole and reinforcing method thereof ) 是由 李颜亮 夏振涛 程涛 李瑶瑶 陈攀宇 曹洪涛 范琳 孟凡萍 于 2021-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及蜂窝板制造领域内的一种碳纤维面板型蜂窝板板孔及其补强方法,包括如下步骤：S1,根据待补强的板孔结构尺寸制备碳纤维复合材料片、塞块、压板以及均压垫,均压垫表面粘贴有脱模布；S2,调配环氧树脂,并将环氧树脂均匀涂覆在碳纤维复合材料片上获得碳纤维预浸料片；S3,将碳纤维预浸料片铺敷于板孔的内周面后,将塞块(2)放入板孔内,然后将位于板孔之外的碳纤维预浸料片部分通过翻边的方式铺覆于蜂窝板的板面上；S4,将均压垫和压板依次叠放在碳纤维预浸料片上并压紧,清理补强区域多余的环氧树脂后进行固化；S5,待完全固化后拆除压板和均压垫。本发明方法操作简单便捷,可在室温下对任意部位、任一形状的板孔进行补强,适用性强。(The invention relates to a carbon fiber panel type honeycomb plate hole and a reinforcing method thereof in the field of honeycomb plate manufacturing, which comprises the following steps: s1, preparing a carbon fiber composite material sheet, a plug block, a pressing plate and a pressure equalizing pad according to the structural size of the plate hole to be reinforced, wherein demolding cloth is adhered to the surface of the pressure equalizing pad; s2, preparing epoxy resin, and uniformly coating the epoxy resin on the carbon fiber composite material sheet to obtain a carbon fiber prepreg sheet; s3, after carbon fiber prepregs are laid on the inner circumferential surfaces of the plate holes, the chock (2) is placed in the plate holes, and then the carbon fiber prepregs outside the plate holes are laid on the plate surfaces of the honeycomb plates in a flanging mode; s4, sequentially stacking the pressure equalizing pad and the pressure plate on the carbon fiber prepreg sheet and compacting, and curing after cleaning redundant epoxy resin in the reinforcing area; and S5, removing the pressing plate and the pressure equalizing pad after the materials are completely cured. The method is simple and convenient to operate, can reinforce any position and any shape of plate hole at room temperature, and is high in applicability.)
技术领域
本发明涉及蜂窝板制造领域，尤其是涉及一种碳纤维面板型蜂窝板板孔及其补强方法。
背景技术
由于减重、预留线缆通道等要求，蜂窝板需要进行开孔。然而开孔会降低其侧压性能、结构刚度以及孔附近蜂窝板面板的抗剥离性能，必须进行补强，一般采用金属型材、塑料封边条及环氧腻子。
CN2659227Y公开了一种蜂窝纸内芯封边吸塑桌面板，它包括面板、底板、蜂窝纸内芯、边连接件，面板、底板由吸塑或直接成型加工而成，蜂窝纸内芯填充于面板与底板之间，并与面板、底板固定相联接；边连接件完全包覆或部分包覆于蜂窝纸内芯的周边，并与蜂窝纸内芯固定相联接；面板、底板边缘与边连接件外形吻合相贴靠，并固定相联接，边连接件是桌面板的加强框架，在桌面板的周边也可起修饰美观的作用。该专利采用的边连接件是金属或塑料，和碳纤维复合材料相比质量重、比强度和比刚度性能差；和碳纤维面板型蜂窝板材料体系不相容；采用型材也不适用于蜂窝板上任意孔形状；还会用到焊接，工艺复杂。
CN2366469Y公开了一种板材，具体是封边加固防水防潮纸峰窝夹芯板。是由纸蜂窝芯与纸面板相互胶合构成，其中在纸蜂窝夹芯板的四周坟充封闭有发泡材料，并且在纸面板上涂极有防潮防水涂料层。该专利采用的发泡胶材料力学性能较低，且和碳纤维面板型蜂窝板材料体系不相容。
CN103590532A公开了一种蜂窝夹芯方舱壁板的封边结构及其封边方法，其采用的封边结构为低密度环氧腻子，由环氧树脂和轻质填料组成。该专利采用了与普通腻子相同的刮涂方法，固化后还需用砂布打磨平整光滑，后处理工作量大，成型质量及精度不高，并且无法有效提高孔附近蜂窝板面板的抗剥离性能。
传统方法采用金属型材、塑料封边条及环氧腻子等补强方法采用的材料与碳纤维复合材料体系不相容，而且质量重、比强度和比刚度较低，固化后处理工作量大，不适用于补强碳纤维面板型蜂窝板任意位置及形状的孔。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种碳纤维面板型蜂窝板板孔及其补强方法。
根据本发明提供的一种碳纤维面板型蜂窝板板孔的补强方法，包括如下步骤：
S1，根据待补强的板孔结构尺寸制备碳纤维复合材料片、塞块、压板以及均压垫，所述塞块和所述均压垫表面均粘贴有脱模布；
S2，调配环氧树脂，并将环氧树脂均匀涂覆在所述碳纤维复合材料片上获得碳纤维预浸料片；
S3，将所述碳纤维预浸料片铺敷于所述板孔的内周面后，将所述塞块放入所述板孔内，然后将位于所述板孔之外的所述碳纤维预浸料片部分通过翻边的方式铺覆于蜂窝板的板面上；
S4，将所述均压垫和所述压板依次叠放在所述碳纤维预浸料片上并压紧，清理补强区域内多余的环氧树脂后进行固化；
S5，待完全固化后拆除所述塞块、所述压板以及所述均压垫。
一些实施方式中，所述步骤S1中，所述碳纤维复合材料片为4片，其中2片为矩形结构，2片为圆环结构；
矩形结构的所述碳纤维复合材料片的长度等于所述板孔的周长，其宽度等于所述板孔厚度的2-5倍；
圆环结构的所述碳纤维复合材料片的内径等于所述板孔的直径，其外径等于所述板孔的直径加所述板孔厚度的2-5倍。
一些实施方式中，所述步骤S1中，所述塞块的高度与贴附所述碳纤维预浸料片后的所述板孔的高度保持一致；所述塞块的直径等于所述板孔直径减去Xmm，其X值为贴附于板孔内周面上的所述碳纤维预浸料片的总厚度、脱模布的厚度以及冗余量的总和，所述冗余量为0.1-0.2mm。
一些实施方式中，所述步骤S1中，所述均压垫为弹性垫，所述弹性垫为橡胶垫或泡沫垫。
一些实施方式中，所述步骤S1中，所述压板与所述均压垫的内径相同，所述压板的外径大于所述均压垫的外径。
一些实施方式中，所述步骤S3中，两组矩形结构的所述碳纤维复合材料片分别记为第一碳纤维复合材料片和第二碳纤维材料复合片，所述第二碳纤维复合材料片的宽度大于所述第一碳纤维复合材料片的宽度，所述第一碳纤维复合材料片、所述第二碳纤维复合材料片形成的碳纤维预浸料片由内而外依次铺设于所述板孔的内周面上。
一些实施方式中，所述步骤S3中，将所述碳纤维预浸料片铺敷于所述板孔的边沿之外的蜂窝板的板面上时，所述第一碳纤维复合材料片与所述第二碳纤维复合材料片延伸至所述板孔外的翻边部分均设置有间隔的缺口，通过所述缺口使所述第一碳纤维复合材料片与所述第二碳纤维复合材料片紧密铺设于蜂窝板的板面上，然后再将两组圆环结构的所述碳纤维预浸料片分别铺敷于所述板孔上下端面上，圆环结构的所述碳纤维预浸料片位于矩形结构的所述碳纤维预浸料片之上，且矩形结构的所述碳纤维预浸料片位于圆环结构的所述碳纤维预浸料片的外边缘之内；
所述第一碳纤维复合材料片间隔开设的缺口与所述第二碳纤维复合材料片间隔开设的缺口不重叠。
本发明还提供了一种碳纤维面板型蜂窝板板孔结构，采用所述的碳纤维面板型蜂窝板板孔的补强方法制备而成，包括蜂窝板和碳纤维复合材料片；
所述蜂窝板上设有板孔，所述碳纤维复合材料片通过涂覆环氧树脂铺敷于所述板孔的内周面以及沿所述板孔的边沿向外延伸预设距离的所述蜂窝板的板面上，固化后，所述碳纤维复合材料片于所述板孔处形成加强结构。
一些实施方式中，所述碳纤维复合材料片为4片，其中2片为矩形结构，2片为圆环结构；
矩形结构的所述碳纤维复合材料片的长度等于所述板孔的周长，其宽度等于所述板孔厚度的2-5倍；
圆环结构的所述碳纤维复合材料片的内径等于所述板孔的直径，其外径等于所述板孔的直径加所述板孔厚度的2-5倍；
两组矩形结构的所述碳纤维复合材料片依次铺敷于所述板孔的内周面上，并通过设置间隔缺口的方法使得位于所述板孔外的所述碳纤维复合材料片翻边后贴覆于所述蜂窝板的板面上，内外两层的所述碳纤维复合材料片的间隔缺口不重叠；
两组圆环结构的所述碳纤维复合材料片分别覆盖在矩形结构的所述碳纤维复合材料片的翻边部分之上，且矩形结构的碳纤维复合材料片的外边沿位于圆环结构的所述碳纤维复合材料片的外边沿之内。
一些实施方式中，两组矩形结构的所述碳纤维复合材料片分别记为第一碳纤维复合材料片和第二碳纤维复合材料片，位于外层的所述第二碳纤维材料片的宽度大于位于内层的所述第一碳纤维复合材料片的宽度。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明方法操作简单便捷，可在室温下对任意部位、任一形状的板孔进行补强，适用性强。
2、本发明通过采用碳纤维预浸料片进行板孔补强，具有质量轻、比强度和比刚度高，且和连续碳纤维增强树脂基复合面板材料体系相容，可大幅提高蜂窝板板孔部位的碳纤维面板抗剥离性能。
3、本发明通过精确计算塞块、压板以及均压垫的结构尺寸，固化后补强孔部位成型表面质量好、精度高，不需要进行打磨等后处理。
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为本发明碳纤维面板型蜂窝板板孔的结构剖视图。
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
本实施例提供了一种碳纤维面板型蜂窝板板孔的补强方法，包括如下步骤：
S1，根据待补强的板孔结构尺寸制备相应的碳纤维复合材料片1、塞块2、压板3以及均压垫4。其中：
碳纤维复合材料片1的厚度为0.08-0.15mm，其材质与蜂窝板的材质相同或相近，以提高两者的相容性。碳纤维复合材料片1的结构尺寸根据板孔的结构尺寸进行设计，其每一个待补强的板孔所对应4片碳纤维复合材料片1，其中2片为矩形结构，2片为圆环结构。矩形结构的碳纤维复合材料片1的结构尺寸为：长度等于板孔的圆周周长，宽度等于板孔厚度的2-5倍，圆环结构的碳纤维复合材料片1的结构尺寸为：内径等于板孔的直径，外径等于板孔的直径加上板孔厚度的2-5倍。
塞块2为金属塞块，其塞块2的表面粘贴有脱模布，其高度等于板孔铺设碳纤维材料片1后的整体高度，其直径等于板孔直径减去Xmm，其X值为贴附于板孔内周面上的碳纤维复合材料片1的总厚度、脱模布的厚度以及冗余量的总和，其中冗余量为0.1-0.2mm。塞块2通过机械加工成型时，其公差选择入体原则，使得塞块2的外周面与铺敷在板孔内周面的碳纤维复合材料片1能够紧贴。
压板3为环状结构板，其内径与板孔的内径相同，采用铝合金材料制成，压紧时不易变形，其压板3的外形能够完全覆盖碳纤维复合材料片1。均压垫4为弹性材料制成，其厚度不小于3mm，可为橡胶垫或泡沫垫，其均压垫4为环形结构垫，其内径与板孔的直径相同，采用均压垫4对铺贴在蜂窝板5上的碳纤维预浸料片施加压力均匀，不会受到蜂窝板表面不平整等不良影响。均压垫4上设置有一层脱模布，脱模布的材质为聚四氟乙烯。
由于塞块2、压板3以及均压垫4均通过精确计算尺寸，固化后补强孔部位成型表面质量好、精度高，不需要进行打磨等后处理。
S2，调配环氧树脂，并将环氧树脂均匀涂覆在碳纤维复合材料片上获得碳纤维预浸料片。使用环氧树脂可在常温下固化，亦可通过适当的加热缩短固化时间，适当加热的情况下，可以在3小时内快速完成固化。
S3，将碳纤维预浸料片铺敷于板孔的内周面上，然后将塞块2放入板孔内，再将位于板孔之外的碳纤维预浸料片通过翻边的方式铺覆于蜂窝板的板面上。具体为：两组矩形结构的碳纤维复合材料片1分别记为第一碳纤维复合材料片和第二碳纤维复合材料片，第一碳纤维复合材料片和第二碳纤维复合材料片形成第一碳纤维预浸料片和第二碳纤维预浸料片，第一碳纤维预浸料片贴敷于板孔的内周面上后，将第二碳纤维预浸料片贴敷于第一碳纤维预浸料片上后，将塞块2放入板孔中。由于第一碳纤维预浸料片和第二碳纤维预浸料片的宽度大于板孔的轴向长度，多出的部分通过翻边的形式贴覆于蜂窝板的板面上形成包边，且优选的，第一碳纤维预浸料片的宽度小于第二碳纤维预浸料片的宽度，使得铺敷于蜂窝板板面上的第一预浸料片被第二碳纤维预浸料片所覆盖，固化后可有效提高结构强度。优选的，第一碳纤维预浸料片和第二碳纤维预浸料片位于板孔两端之外的部分分别通过间隔一定距离的缺口而贴覆于蜂窝板的板面上，进一步的，第一碳纤维预浸料片与第二碳纤维预浸料片两者延伸至板孔之外部分的间隔缺口不重叠，进而使得铺敷于蜂窝板板面上的两层预浸料片的紧固度得以被强化。
待两组矩形结构的第一碳纤维预浸料片和第二碳纤维预浸料片铺设于板孔上后，将两组圆环结构的碳纤维复合材料片形成的碳纤维预浸料片分别铺敷在板孔的上下端面的蜂窝板板面上。优选的，第二碳纤维预浸料片位于圆环结构的碳纤维预浸料片下方，而此时第一碳纤维预浸料片被第二碳纤维预紧料片所覆盖，三者依次形成压边覆盖的技术效果，可进一步提高补强后的板孔的整体结构强度。
S4，将贴覆有脱模布的均压垫4放在圆环结构的碳纤维预浸料片上，随后将压板3放在均压垫4上并压紧，将补强区域多余的环氧树脂清理后于常温下或者加热状态下固化。
S5，待完全固化后拆除压板3和均压垫4。
本发明通过采用碳纤维预浸料片进行板孔补强，具有质量轻、比强度和比刚度高，且和连续碳纤维增强树脂基复合面板材料体系相容，可大幅提高蜂窝板板孔部位的碳纤维面板抗剥离性能。另外，本发明方法操作简单便捷，可在室温下对任意部位、任一形状的板孔进行补强，适用性强。
以下通过一种具体结构尺寸的板孔补强结构进行示例性说明：
某块采用连续碳纤维增强树脂基复合材料蒙皮制备的厚度为20mm的蜂窝板上因减重需要有一个Ф100mm的圆通孔，现采取下述方法对其进行补强操作，其中碳纤维复合材料片1厚度为0.1mm，脱模布厚度为0.1mm，：
S1，制备补强用碳纤维复合材料片1共计4片，其中2片为矩形结构，其尺寸分别为长314mm×宽60mm和长314mm×宽80mm，其中2片为圆环结构，两个圆环结构的碳纤维复合材料片1的结构尺寸相同，均为内径Ф100mm，外径Ф160mm的圆环结构片；制备1个塞块2，其尺寸为直径Ф99.2mm(冗余量为0.2mm)，高度为20.4mm，取m级公差，按入体原则制备；制备2个厚度5mm的外径为Ф180mm(大于Ф160mm即可)的铝合金材质的压板3；使用4mm橡胶垫制备2个外径为Ф160mm的均压垫4，并在均压垫的表面粘贴材质为聚四氟乙烯的脱模布。
S2，调配好环氧树脂后均匀涂抹在4片碳纤维复合材料片上制得碳纤维预浸料片。
S3，将两组矩形结构的第一碳纤维预浸料片和第二碳纤维预浸料片依次由内而外铺敷于板孔上后，随后放入塞块2，将位于板孔两端面之外的第一碳纤维预浸料片和第二碳纤维预浸料片按照10mm的间距剪开缺口，同时第一碳纤维预浸料片和第二碳纤维预浸料片上的缺口位置错开5mm,使得碳纤维预浸料片紧贴铺敷于蜂窝板的板面上，进而再将两组圆环结构的碳纤维预浸料片分别铺敷在待补强的板孔两端的相应板面上。
S4，将贴有脱模布的均压垫4放在碳纤维预浸料片上，随后放上压板3并压紧，清理干净补强区域多余的环氧树脂后进行固化。
步骤六、待完全固化后拆除塞块2、压板3和均压垫4。
实施例2
本实施例2是在实施例1的基础上提供一种碳纤维面板型蜂窝板板孔结构，采用实施例1中的碳纤维面板型蜂窝板板孔的补强方法制备而成，包括碳纤维面板和碳纤维复合材料片1；
碳纤维面板上设有板孔，碳纤维复合材料片1通过涂覆环氧树脂并经固化后紧密贴敷于板孔的内周面以及沿板孔的边沿向外延伸预设距离的碳纤维面板的板面上。碳纤维复合材料片1包括4片，其中2片为矩形结构，2片为圆环结构。矩形结构的碳纤维复合材料片1的长度等于板孔的周长，其宽度等于板孔厚度的2-5倍；圆环结构的碳纤维复合材料片1的内径等于板孔的直径，其外径等于板孔的直径加板孔厚度的2-5倍。
两组矩形结构的碳纤维复合材料片1依次层叠铺敷于板孔的内周面上，并通过间隔缺口的方法使得位于板孔外的碳纤维复合材料片1翻边贴合于碳纤维面板的板面上，内外两层的碳纤维复合材料片1的间隔缺口不重叠；两组圆环结构的碳纤维复合材料片1分别覆盖在矩形结构的碳纤维复合材料片1的翻边部分之上。
优选的，两组矩形结构的碳纤维复合材料片1分别记为第一碳纤维复合材料片和第二碳纤维材料复合片，位于外层的第二碳纤维材料片的宽度大于位于内层的第一碳纤维材料片的宽度。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
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。