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CN111043115A - 碳纤维复合材料承力杆及其制造方法 - Google Patents

碳纤维复合材料承力杆及其制造方法 Download PDF

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CN111043115A
CN111043115A CN201911381633.0A CN201911381633A CN111043115A CN 111043115 A CN111043115 A CN 111043115A CN 201911381633 A CN201911381633 A CN 201911381633A CN 111043115 A CN111043115 A CN 111043115A
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CN
China
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fiber bundle
pipe joint
base shaft
winding layer
fiber
Prior art date
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Application number
CN201911381633.0A
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罗海波
李欣
何小辉
王梓桥
何泽青
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Academy of Opto Electronics of CAS
Original Assignee
Academy of Opto Electronics of CAS
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Publication date
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Abstract

本发明涉及浮空器承力结构设备技术领域，公开了一种碳纤维复合材料承力杆及其制造方法，其中碳纤维复合材料承力杆包括基轴以及两个预埋管接头，基轴的外侧壁设有第一纤维束缠绕层；基轴包括中间段以及两端的连接段，预埋管接头套接于连接段对应的第一纤维束缠绕层外，中间段对应的第一纤维束缠绕层外还设有第二纤维束缠绕层；第二纤维束缠绕层的外表面和预埋管接头的外表面共同覆设有第三纤维束缠绕层。该碳纤维复合材料承力杆通过设置纤维缠绕层和预埋管接头，有效地将面内失效应力转化为法向挤压失效应力，大大提高了承力杆的承载强度，具有优异的拉伸、压缩、扭转、疲劳和抗冲击性能。

Description

碳纤维复合材料承力杆及其制造方法
技术领域
本发明涉及浮空器承力结构技术领域，尤其涉及一种碳纤维复合材料承力杆及其制造方法。
背景技术
浮空器主承力结构轻量化应用正处于起步阶段，碳纤维复合材料具有优异的力学性能，特别是在比强度和比刚度等方面具有较大的优势，因此考虑碳纤维复合材料圆管作为浮空器主承力结构是必然趋势，一方面可实现轻量化，另一方面可实现承载能力重载化要求。
复合材料结构件之间主要采用胶接连接、螺栓连接、铆接和混合连接等方式。到目前为止，复合材料圆管用于主承力结构件的连接方式主要使用高强胶黏剂胶接连接和螺栓连接模式。对于胶接连接，胶黏剂和复合材料圆管的粘接界面在复杂外力作用下界面性能将会削弱，使粘接界面成为薄弱环节，同样，在高温和低温循环作用下，由于纤维和金属以及不同纤维间的热膨胀系数不匹配，也会导致胶接界面力学性能削弱，从而降低复合材料圆管的整体承载强度。对于螺栓连接，通常考虑通过穿孔的方式将两个复合材料结构件或金属件与复合材料结构件连接到一起，结构在受载条件下，往往在螺纹孔位置出现比较大的应力集中和畸变，这对于承受较大载荷的主承力结构，显然在应用上受到了一定的局限。实际使用中还有一类是将金属预埋件与复合材料圆管件共固化连接，但往往金属预埋件没有经过特殊的设计和处理，其承载能力也大大受限。
发明内容
本发明实施例提供一种碳纤维复合材料承力杆及其制造方法，用以解决现有的复合材料结构件之间的连接方式导致的连接界面性能削弱、承载能力有限的问题。
本发明实施例提供一种碳纤维复合材料承力杆，包括基轴以及两个预埋管接头，所述基轴的外侧壁设有第一纤维束缠绕层；所述基轴包括中间段以及两端的连接段，所述预埋管接头套接于所述连接段对应的所述第一纤维束缠绕层外，所述中间段对应的所述第一纤维束缠绕层外还设有第二纤维束缠绕层；所述第二纤维束缠绕层的外表面和所述预埋管接头的外表面共同覆设有第三纤维束缠绕层。
其中，所述预埋管接头的外表面在轴向上构造有多个环向凹槽，并在周向上构造有多个纵向凹槽；所述预埋管接头的外表面对应的所述第三纤维束缠绕层包括由内向外依次交替叠设的多个第一纵向纤维束子层和多个环向纤维束子层，所述第一纵向纤维束子层设于所述纵向凹槽内，所述环向纤维束子层设于所述环向凹槽内。
其中，所述第二纤维束缠绕层的外表面对应的所述第三纤维束缠绕层包括由内向外依次叠设的多个第二纵向纤维束子层，所述第一纵向纤维束子层与所述第二纵向纤维束子层相接。
其中，所述第一纵向纤维束子层的纤维丝束的缠绕角为0°～40°；所述环向纤维束子层的纤维丝束的缠绕角为80°～90°。
其中，所述预埋管接头朝向所述基轴的端部的外缘直径大于所述预埋管接头背离所述基轴的端部的外缘直径。
其中，所述预埋管接头的朝向所述基轴的端部的外缘与所述预埋管接头的背离所述基轴的端部的外缘之间的锥角为0.4°～0.6°。
其中，所述预埋管接头的外表面对应的所述第三纤维束缠绕层的厚度由朝向所述基轴的端部至远离所述基轴的端部逐渐增大，以使所述第三纤维束缠绕层的外径均匀一致。
本发明实施例还提供一种制造如上述所述的碳纤维复合材料承力杆的制造方法，包括：
在基轴的外表面沿所述基轴的轴线螺旋往复缠绕纤维丝束，以形成第一纤维束缠绕层；
在所述基轴的两端的连接段分别套接一个预埋管接头，所述预埋管接头的内表面与所述第一纤维束缠绕层的外表面胶接；
在所述基轴的中间段沿所述基轴的轴线螺旋往复缠绕纤维丝束，以形成第二纤维束缠绕层，直至所述第二纤维束缠绕层的外径等于所述预埋管接头朝向所述基轴的端部的外缘直径；
在所述第二纤维束缠绕层的外表面和所述预埋管接头的外表面沿所述基轴的轴线螺旋往复缠绕纤维丝束，以形成第三纤维束缠绕层。
其中，所述在所述第二纤维束缠绕层的外表面和所述预埋管接头的外表面沿所述基轴的轴线螺旋缠绕纤维丝束，以形成第三纤维束缠绕层，进一步包括：
在所述第二纤维束缠绕层的外表面和所述预埋管接头的纵向凹槽内沿所述基轴的轴线螺旋往复缠绕纤维丝束，直至第一纵向纤维束子层的层数达到第一预设层数后，在所述预埋管接头的环向凹槽内沿所述预埋管接头的周向缠绕纤维丝束，直至环向纤维束子层的层数达到第二预设层数后，对所述环向纤维束子层进行勒紧处理。
其中，在所述基轴的中间段沿所述基轴的轴线螺旋往复缠绕纤维丝束之后，在所述第二纤维束缠绕层的外表面和所述预埋管接头的外表面沿所述基轴的轴线螺旋缠绕纤维丝束之前，还包括：
对所述预埋管接头的纵向凹槽和环向凹槽作喷砂处理，并注入胶黏剂；
并在所述第二纤维束缠绕层的外表面和所述预埋管接头的外表面沿所述基轴的轴线螺旋往复缠绕纤维丝束之后，进行吸胶处理，进行上布袋共固化操作。
本发明实施例提供的碳纤维复合材料承力杆及其制造方法，其中碳纤维复合材料承力杆包括基轴以及两个预埋管接头，先基轴的整个外侧壁设置第一纤维束缠绕层，再在基轴的两端套接预埋管接头，增加基轴与预埋管接头之间的连接紧密度。然后在基轴的中间段的第一纤维束缠绕层外再设置第二纤维束缠绕层，使之与预埋管接头的外表面平齐，再在第二纤维束缠绕层的外表面和预埋管接头的外表面共同覆设第三纤维束缠绕层，最终实现基轴与预埋管接头的紧密连接，因而碳纤维复合材料基轴可以通过预埋管接头连接外部的其他材料的结构件。该碳纤维复合材料承力杆通过设置纤维缠绕层和预埋管接头，有效地将面内失效应力转化为法向挤压失效应力，大大提高了承力杆的承载强度，具有优异的拉伸、压缩、扭转、疲劳和抗冲击性能。该承力杆的制造方法提供了一种全新的连接碳纤维复合材料承力件与预埋管接头的方式，相比于传统的胶接连接和机械连接，该连接方法大大提高了承力杆的承载强度，并且实现了复合材料作为主承力结构重载连接技术突破，有效推动碳纤维复合材料重载连接技术在浮空器领域的应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中的一种碳纤维复合材料承力杆的结构示意图；
图2是图1中的预埋管接头与基轴的连接处的放大示意图；
图3是本发明实施例中的一种的预埋管接头的结构示意图；
图4是图3中的预埋管接头的侧视图；
图5是本发明实施例中的碳纤维复合材料承力杆的制造方法的流程示意图；
图6是本发明实施例中的碳纤维复合材料承力杆的拉伸载荷-位移曲线；
附图标记说明：
1、基轴； 11、中间段； 12、连接段；
2、预埋管接头； 21、环向凹槽； 22、纵向凹槽；
23、接头根部； 24、接头头部； 25、接头内螺纹；
3、第一纤维束缠绕层； 4、第二纤维束缠绕层； 5、第三纤维束缠绕层；
51、第一纵向纤维束子层；52、环向纤维束子层；
53、第二纵向纤维束子层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”“第三”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明实施例中的具体含义。
如图1至图2所示，本发明实施例提供的一种碳纤维复合材料承力杆，包括基轴1以及两个预埋管接头2，基轴1的外侧壁设有第一纤维束缠绕层3。基轴1包括中间段11以及两端的连接段12，预埋管接头2套接于连接段12对应的第一纤维束缠绕层3外，中间段11对应的第一纤维束缠绕层3外还设有第二纤维束缠绕层4。第二纤维束缠绕层4的外表面和预埋管接头2的外表面共同覆设有第三纤维束缠绕层5。
具体地，基轴1可以为碳纤维复合材料实心轴或者圆管，基轴1的整体的外侧壁设有第一纤维束缠绕层3，第一纤维束缠绕层3的厚度可以为0.8mm～1.5mm，本实施例中以1mm厚的第一纤维束缠绕层3为例进行说明。第一纤维束缠绕层3可以通过在整个基轴1的外侧壁沿基轴1的轴向螺旋往复地缠绕纤维丝束来形成，缠绕角可以为0°～90°，可以采用环向缠绕、螺旋缠绕或者纵向缠绕形成的纤维缠绕丝束层。其中，环向缠绕是指芯模绕自身轴线匀速旋转，缠绕机的导丝头沿芯模的轴线平行方向移动，芯模每转一周，导丝头移动一个纱束宽度，缠绕角通常为70°～90°；螺旋缠绕是指芯模绕自身轴线匀速转动，导丝头以特定速度沿芯模的轴线方向往复运动，缠绕角一般为12°～70°；纵向缠绕是指芯模绕自身轴线慢速旋转，缠绕机的导丝头在固定的平面做匀速圆周运动，导丝头每转一周，芯模旋转一个微小角度，相当于芯模表面上的一个纱束宽度，缠绕角一般为0°～25°。
预埋管接头2可以采用钛合金，钛合金强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗腐蚀性能很好，可以作为碳纤维复合材料基轴和外部金属连接件之间的过渡部分，可以有效防止金属与碳纤维复合材料间的腐蚀行为。预埋管接头2的内径稍大于基轴1的外径，因而可以套接于基轴1的外侧。
将基轴1从左至右依次划分为三段，分别是左连接段、中间段和右连接段，连接段12对应的第一纤维束缠绕层3可以通过胶黏剂与预埋管接头2的内表面粘接，胶黏剂可以采用高强和抗低温胶黏剂。中间段11对应的第一纤维束缠绕层3外可以套接有第二纤维束缠绕层4。第二纤维束缠绕层4可以通过在中间段11对应的第一纤维束缠绕层3的外侧沿基轴1的轴向螺旋往复地缠绕纤维丝束来形成，缠绕角可以为±α，α可以为8°～35°。第二纤维束缠绕层4的外径与预埋管接头2的外缘直径相当。
在第二纤维束缠绕层4的外表面和预埋管接头2的外表面一起绕设第三纤维束缠绕层5，进一步加强基轴1与预埋管接头2的连接。
本实施例提供的一种碳纤维复合材料承力杆，包括基轴以及两个预埋管接头，先基轴的整个外侧壁设置第一纤维束缠绕层，再在基轴的两端套接预埋管接头，增加基轴与预埋管接头之间的连接紧密度。然后在基轴的中间段的第一纤维束缠绕层外再设置第二纤维束缠绕层，使之与预埋管接头的外表面平齐，再在第二纤维束缠绕层的外表面和预埋管接头的外表面共同设置第三纤维束缠绕层，最终实现基轴与预埋管接头的紧密连接，因而碳纤维复合材料基轴可以通过预埋管接头连接外部的其他材料的结构件。该碳纤维复合材料承力杆通过设置纤维缠绕层和预埋管接头，有效地将面内失效应力转化为法向挤压失效应力，大大提高了承力杆的承载强度，具有优异的拉伸、压缩、扭转、疲劳和抗冲击性能。
进一步地，如图1至图4所示，预埋管接头2的外表面在轴向上构造有多个平行且间隔的环向凹槽21，并在周向上构造有多个纵向凹槽22。预埋管接头2的外表面对应的第三纤维束缠绕层5包括由内向外依次交替叠设的多个第一纵向纤维束子层51和多个环向纤维束子层52，第一纵向纤维束子层51设于纵向凹槽22内，环向纤维束子层52设于环向凹槽21内。
具体地，环向凹槽21为沿着预埋管接头2的周向开设的一圈圆形凹槽，纵向凹槽22可以为沿着预埋管接头2的轴向开设的条形凹槽，此时在预埋管接头2的外壁面形成多个矩形凸块。或者纵向凹槽22还可以绕着预埋管接头2的外壁面开设的斜向凹槽，即凹槽的延伸线与基轴1的轴线呈锐角设置，此时在预埋管接头2的外壁面形成多个斜平行四边形凸块。
第一纵向纤维束子层51设于纵向凹槽22内，可以采用螺旋缠绕方式，缠绕角可以为±α，α可以为0°～40°。环向纤维束子层52设于环向凹槽21内，可以采用环向缠绕方式，缠绕角可以为80°～90°。在一个具体的实施例中，第一纵向纤维束子层51的缠绕角α可以为8°～35°，环向纤维束子层52的缠绕角为90°。多个第一纵向纤维束子层51和多个环向纤维束子层52依次交替叠设，指的是先在预埋管接头2的纵向凹槽22内叠设n个第一纵向纤维束子层51，然后再在该基础上在预埋管接头2的环向凹槽21叠设m个环向纤维束子层52，接着依次循环。本实施例中以n为5个，m为1进行说明，即每缠绕5层第一纵向纤维束子层51后，再缠绕1层环向纤维束子层52，同时还可以对环向纤维束子层52实施90度纱线勒紧操作。
在一个具体的实施例中，如图3和图4所示，预埋管接头2的环向凹槽21和纵向凹槽22的深度均在2mm～3mm之间。在预埋管接头2的周向均布8排纵向凹槽22，在预埋管接头2的轴向均布5排环向凹槽21，纵向凹槽22的宽度设计为3mm，环向凹槽21的宽度设计为5mm。对于外径大于35mm的基轴1，预埋管接头2的凹槽数量设计可以适量增加，凹槽的角度分布可调整。
更进一步地，如图1至图2所示，第二纤维束缠绕层4的外表面对应的第三纤维束缠绕层5包括由内向外依次叠设的多个第二纵向纤维束子层53，第一纵向纤维束子层51与第二纵向纤维束子层53相接。即第一纵向纤维束子层51与第二纵向纤维束子层53可以一起绕设。
进一步地，如图1至图3所示，预埋管接头2朝向基轴1的端部(即接头根部23)的外缘直径大于预埋管接头2背离基轴1的端部(即接头头部24)的外缘直径。即预埋管接头2的外表面为一个锥台形，且由接头根部23向接头头部24逐渐缩小，预埋管接头2的锥角β的大小可根据载荷使用要求进行调节。
更进一步地，预埋管接头2的朝向基轴1的端部(即接头根部23)的外缘与预埋管接头2的背离基轴1的端部(即接头头部24)的外缘之间的锥角β为0.4°～0.6°。
更进一步地，预埋管接头2的外表面对应的第三纤维束缠绕层5的厚度由朝向基轴1的端部至远离基轴1的端部逐渐增大，以使第三纤维束缠绕层5的外径均匀一致，即预埋管接头2的外表面对应的第三纤维束缠绕层5的厚度由接头根部23至接头头部24逐渐增大。由于预埋管接头2的外表面为一个锥台形，以连接于基轴1的右侧的预埋管接头2为例进行说明，预埋管接头2的外径从左至右依次减小，为了保证整个承力杆的外径一致，则右侧的预埋管接头2的外表面对应的第三纤维束缠绕层5的厚度从左至右依次增大，该厚度的增加可以通过增加预埋管接头2的环向凹槽21内的环向纤维束子层52的层数来实现。
实际使用时，如图1所示，预埋管接头2在接头头部24处的内壁面设置接头内螺纹25，可以实现碳纤维承力杆与其他连接件之间的快速可拆卸连接。若承力杆的外径较小，还可以将预埋管接头2向外再延伸一端长度后，再将连接螺纹转移到预埋管接头2的外壁面。当承力杆与其他连接件之间连接在一起后，由于预埋管接头2的外表面对应的第三纤维束缠绕层5的厚度依次增加，因而其在预埋管接头2处的受力分布更加合理，大大提高了整体的连接性能。
如图5所示，本发明实施例还提供一种制造如上述的碳纤维复合材料承力杆的制造方法，包括：
步骤S1：在基轴1的外表面沿基轴1的轴线螺旋往复缠绕纤维丝束，以形成第一纤维束缠绕层3。
具体地，第一纤维束缠绕层3可以采用环向缠绕、螺旋缠绕或者纵向缠绕的缠绕模式，可以采用预张力拉紧的方式进行湿法缠绕。第一纤维束缠绕层3的厚度可以为0.8mm～1.5mm，本实施例中以1mm为例进行说明。
步骤S2：在基轴1的两端的连接段12分别套接一个预埋管接头2，预埋管接头2的内表面与第一纤维束缠绕层3的外表面胶接。
具体地，胶接可以采用高强和抗低温胶黏剂，可以增强碳纤维和金属的预埋管接头2接触界面的胶接性能。
步骤S3：在基轴1的中间段11沿基轴1的轴线螺旋往复缠绕纤维丝束，以形成第二纤维束缠绕层4，直至第二纤维束缠绕层4的外径等于预埋管接头2朝向基轴1的端部(即接头根部23)的外缘直径。
具体地，第二纤维束缠绕层4可以采用螺旋缠绕或者纵向缠绕的缠绕模式，缠绕角可以为±α，α可以为8°～35°，即当由左至右的螺旋缠绕时缠绕角为+α，当由右至左的螺旋缠绕时缠绕角为－α。第二纤维束缠绕层4也可以采用预张力拉紧的方式进行湿法缠绕。
步骤S4：在第二纤维束缠绕层4的外表面和预埋管接头2的外表面沿基轴1的轴线螺旋往复缠绕纤维丝束，以形成第三纤维束缠绕层5。
具体地，第三纤维束缠绕层5可以采用环向缠绕、螺旋缠绕和/或纵向缠绕的综合缠绕模式，同时采用预张力拉紧的方式进行湿法缠绕。
进一步地，步骤S4进一步包括：
在第二纤维束缠绕层4的外表面和预埋管接头2的纵向凹槽22内沿基轴1的轴线螺旋往复缠绕纤维丝束，此时第一纵向纤维束子层51与第二纵向纤维束子层53共同绕设形成，两者层数相同。直至第一纵向纤维束子层51的层数达到第一预设层数后，在预埋管接头2的环向凹槽21内沿预埋管接头2的周向缠绕纤维丝束，直至环向纤维束子层52的层数达到第二预设层数后，对环向纤维束子层52进行勒紧处理。
具体地，以第一预设层数为5层，第二预设层数为1层为例进行说明。每层纤维缠绕层的厚度为0.15mm，每进行5层第一纵向纤维束子层51的缠绕后，再进行1层环向纤维束子层52的缠绕，并对环向纤维束子层52实施90度纱线勒紧操作。
更进一步地，在步骤S3之后，在步骤S4之前，还包括：
对预埋管接头2的纵向凹槽22和环向凹槽21作喷砂处理，并注入胶黏剂。胶黏剂采用高强和抗低温胶黏剂，一方面增强了碳纤维和金属的预埋管接头2之间接触界面的胶接性能，另一方面有效地将凹槽外表面的内聚力失效转化为碳纤维承力杆内部的纤维撕裂失效，使承力杆的破坏强度不再依赖于胶接强度，而是将胶接强度转化为承力杆整体的纤维失效强度。
并在步骤S4之后，对承力杆进行吸胶处理，进行上布袋共固化操作，完成最终的承力杆成型。
图6示出了本实施例中的碳纤维复合材料承力杆的拉伸载荷-位移曲线，实验测试结果表明，采用本发明提出的预埋缠绕连接方法制成的承力杆，其承载能力大大增强，与传统胶接连接方法相比，其承载强度提高5倍以上，现有的胶接连接最大也只能承受20kN的载荷，因而本实施例提供的承力杆可以实现浮空器碳纤维复合材料轻量化重载化实际工程应用。
本发明提出的预埋缠绕连接方法(即承力杆的制造方法)与传统胶接和螺栓连接方法相比具有以下优势：
1)该连接方法综合了机械连接，胶接连接和预埋连接的优势，使碳纤维复合材料基轴作为主承力结构的承载能力大大加强；
2)有效地将面内失效应力转化为法向挤压失效应力，这大大提高了碳纤维复合材料基轴的承载强度；
3)有效地将凹槽外表面的内聚力失效转化为碳纤维复合材料基轴内部的纤维撕裂失效，根据不同的使用环境要求，对缠绕厚度、缠绕角度和接头参数进行优化设计，得到最优承载力学性能；
4)纤维缠绕过程中对环向纱线进行勒紧操作，同时注入高强和抗低温胶黏剂，一方面增强了纤维和金属接触界面的胶接性能，另一方面使基轴破坏强度不再依赖于胶接强度，而是将胶接强度转化为圆管整体纤维失效强度。
通过以上实施例可以看出，本发明提供的碳纤维复合材料承力杆及其制造方法，其中碳纤维复合材料承力杆包括基轴以及两个预埋管接头，先基轴的整个外侧壁设置第一纤维束缠绕层，再在基轴的两端套接预埋管接头，增加基轴与预埋管接头之间的连接紧密度。然后在基轴的中间段的第一纤维束缠绕层外再设置第二纤维束缠绕层，使之与预埋管接头的外表面平齐，再在第二纤维束缠绕层的外表面和预埋管接头的外表面共同设置第三纤维束缠绕层，最终实现基轴与预埋管接头的紧密连接，因而碳纤维复合材料基轴可以通过预埋管接头连接外部的其他材料的结构件。该碳纤维复合材料承力杆通过设置纤维缠绕层和预埋管接头，有效地将面内失效应力转化为法向挤压失效应力，大大提高了承力杆的承载强度，具有优异的拉伸、压缩、扭转、疲劳和抗冲击性能。该承力杆的制造方法提供了一种全新的连接碳纤维复合材料承力件与预埋管接头的方式，相比于传统的胶接连接和机械连接，该连接方法大大提高了承力杆的承载强度，并且实现了复合材料作为主承力结构重载连接技术突破，有效推动碳纤维复合材料重载连接技术在浮空器领域的应用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种碳纤维复合材料承力杆，其特征在于，包括基轴以及两个预埋管接头，所述基轴的外侧壁设有第一纤维束缠绕层；所述基轴包括中间段以及两端的连接段，所述预埋管接头套接于所述连接段对应的所述第一纤维束缠绕层外，所述中间段对应的所述第一纤维束缠绕层外还设有第二纤维束缠绕层；所述第二纤维束缠绕层的外表面和所述预埋管接头的外表面共同覆设有第三纤维束缠绕层。
2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料承力杆，其特征在于，所述预埋管接头的外表面在轴向上构造有多个环向凹槽，并在周向上构造有多个纵向凹槽；所述预埋管接头的外表面对应的所述第三纤维束缠绕层包括由内向外依次交替叠设的多个第一纵向纤维束子层和多个环向纤维束子层，所述第一纵向纤维束子层设于所述纵向凹槽内，所述环向纤维束子层设于所述环向凹槽内。
3.根据权利要求2所述的碳纤维复合材料承力杆，其特征在于，所述第二纤维束缠绕层的外表面对应的所述第三纤维束缠绕层包括由内向外依次叠设的多个第二纵向纤维束子层，所述第一纵向纤维束子层与所述第二纵向纤维束子层相接。
4.根据权利要求2所述的碳纤维复合材料承力杆，其特征在于，所述第一纵向纤维束子层的纤维丝束的缠绕角为0°～40°；所述环向纤维束子层的纤维丝束的缠绕角为80°～90°。
5.根据权利要求2所述的碳纤维复合材料承力杆，其特征在于，所述预埋管接头朝向所述基轴的端部的外缘直径大于所述预埋管接头背离所述基轴的端部的外缘直径。
6.根据权利要求5所述的碳纤维复合材料承力杆，其特征在于，所述预埋管接头的朝向所述基轴的端部的外缘与所述预埋管接头的背离所述基轴的端部的外缘之间的锥角为0.4°～0.6°。
7.根据权利要求5所述的碳纤维复合材料承力杆，其特征在于，所述预埋管接头的外表面对应的所述第三纤维束缠绕层的厚度由朝向所述基轴的端部至远离所述基轴的端部逐渐增大，以使所述第三纤维束缠绕层的外径均匀一致。
8.一种制造如权利要求1至7中任一项所述的碳纤维复合材料承力杆的制造方法，其特征在于，包括：
在基轴的外表面沿所述基轴的轴线螺旋往复缠绕纤维丝束，以形成第一纤维束缠绕层；
在所述基轴的两端的连接段分别套接一个预埋管接头，所述预埋管接头的内表面与所述第一纤维束缠绕层的外表面胶接；
在所述基轴的中间段沿所述基轴的轴线螺旋往复缠绕纤维丝束，以形成第二纤维束缠绕层，直至所述第二纤维束缠绕层的外径等于所述预埋管接头朝向所述基轴的端部的外缘直径；
在所述第二纤维束缠绕层的外表面和所述预埋管接头的外表面沿所述基轴的轴线螺旋往复缠绕纤维丝束，以形成第三纤维束缠绕层。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述在所述第二纤维束缠绕层的外表面和所述预埋管接头的外表面沿所述基轴的轴线螺旋缠绕纤维丝束，以形成第三纤维束缠绕层，进一步包括：
在所述第二纤维束缠绕层的外表面和所述预埋管接头的纵向凹槽内沿所述基轴的轴线螺旋往复缠绕纤维丝束，直至第一纵向纤维束子层的层数达到第一预设层数后，在所述预埋管接头的环向凹槽内沿所述预埋管接头的周向缠绕纤维丝束，直至环向纤维束子层的层数达到第二预设层数后，对所述环向纤维束子层进行勒紧处理。
10.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在所述基轴的中间段沿所述基轴的轴线螺旋往复缠绕纤维丝束之后，在所述第二纤维束缠绕层的外表面和所述预埋管接头的外表面沿所述基轴的轴线螺旋缠绕纤维丝束之前，还包括：
对所述预埋管接头的纵向凹槽和环向凹槽作喷砂处理，并注入胶黏剂；
并在所述第二纤维束缠绕层的外表面和所述预埋管接头的外表面沿所述基轴的轴线螺旋往复缠绕纤维丝束之后，进行吸胶处理，进行上布袋共固化操作。
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