CN106625754A - 多功能大尺寸复合材料机械臂 - Google Patents
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Abstract
多功能大尺寸复合材料机械臂，包括长方形臂体，臂体表面包裹有碳纤维复合材料层，碳纤维复合材料层外设置有厚度为6~8mm的耐冲击层，所述耐冲击层为聚氨酯泡沫塑料，所述耐冲击层表面设置有一层0.3mm的无机耐火材料层，无机耐火材料层上设置有涂料层，所述臂体为厚度为3mm的铝合金方管，方管外周面设置有若干条状凸块，条状凸块嵌接于碳纤维复合材料层内，所述条状凸块的截面为Y字型，所述条状凸块平行间隔排布，一条条状凸块的末端对应另一条条状凸块的首端。通过对臂体材质和结构的改进，大大提高了强度和耐冲击力，延长使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及复合材质制品制作领域，尤其涉及工程机械的复合材料臂架。
背景技术
碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征，碳纤维是一种的力学性能优异的新材料。碳纤维拉伸强度约为2到7GPa，拉伸模量约为200到700GPa。密度约为1.5到2.0克每立方厘米，这除与原丝结构有关外，主要决定于炭化处理的温度。一般经过高温3000℃石墨化处理，密度可达2.0克每立方厘。再加上它的重量很轻，它的比重比铝还要轻，不到钢的1/4，比强度是铁的20倍。碳纤维的热膨胀系数与其它纤维不同，它有各向异性的特点。碳纤维的比热容一般为7.12。热导率随温度升高而下降平行于纤维方向是负值（0.72到0.90），而垂直于纤维方向是正值（32到22）。碳纤维的比电阻与纤维的类型有关，在25℃时，高模量为775，高强度碳纤维为每厘米1500。这使得碳纤维在所有高性能纤维中具有最高的比强度和比模量。同钛、钢、铝等金属材料相比，碳纤维在物理性能上具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特点，可以称为新材料之王。
碳纤维除了具有一般碳素材料的特性外，碳纤维编织布其外形有显著的各向异性柔软，可加工成各种织物，又由于比重小，
沿纤维轴方向表现出很高的强度，碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500兆帕以上，是钢的7到9倍，抗拉弹性模量为230到430G帕亦高于钢；因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000兆帕以上，而A3钢的比强度仅为59兆帕左右，其比模量也比钢高。与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量（指表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量）是玻璃纤维的3倍多；与凯芙拉纤维相比，不仅杨氏模量是其的2倍左右。碳纤维环氧树脂层压板的试验表明，随着孔隙率的增加，强度和模量均下降。孔隙率对层间剪切强度、弯曲强度、弯曲模量的影响非常大；拉伸强度随着孔隙率的增加下降的相对慢一些；拉伸模量受孔隙率影响较小。
碳纤维还具有极好的纤度（纤度的表示法之一是9000米长纤维的克数），一般仅约为19克，拉力高达300kg每微米。几乎没有其他材料像碳纤维那样具有那么多一系列的优异性能，
因此在旨度、刚度、重度、疲劳特性等有严格要求的领域。在不接触空气和氧化剂时，碳纤维能够耐受3000度以上的高温，具有突出的耐热性能，与其他材料相比，碳纤维要温度高于1500℃时强度才开始下降，而且温度越高，纤维强度越大。碳纤维的径向强度不如轴向强度，因而碳纤维忌径向强力（即不能打结）而其他材料的晶须性能也早已大大的下降。另外碳纤维还具有良好的耐低温性能，如在液氮温度下也不脆化。
现有技术的机械臂一般均为金属材质，重量较重，如果将金属臂体的壁厚减小，重量减轻又导致强度不够，机械臂上运动中会发生撞击，金属臂体在冲击力下容易变形，有待改进。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种耐冲击性能好，不易变形损坏，重量轻便的多功能大尺寸复合材料机械臂。
为实现本发明目的，提供了以下技术方案：多功能大尺寸复合材料机械臂，其特征在于包括长方形臂体，臂体表面包裹有碳纤维复合材料层，碳纤维复合材料层外设置有厚度为6~8mm的耐冲击层，所述耐冲击层为聚氨酯泡沫塑料，所述耐冲击层表面设置有一层0.3mm的无机耐火材料层，无机耐火材料层上设置有涂料层，所述臂体为厚度为3mm的铝合金方管，方管外周面设置有若干条状凸块，条状凸块嵌接于碳纤维复合材料层内，所述条状凸块的截面为Y字型，所述条状凸块平行间隔排布，一条条状凸块的末端对应另一条条状凸块的首端。
作为优选，所述碳纤维复合材料层由碳纤维和基体树脂热聚制成。
作为优选，所述碳纤维复合材料层包括上中下三层，上下两层为厚度为0.5mm的碳纤维布层，中层为微孔蜂窝层，所述微孔蜂窝层为环氧树脂。
本发明有益效果：本发明通过对臂体材质和结构的改进，大大提高了强度和耐冲击力，延长使用寿命。
附图说明
图1为本发明的主视图。
图2为图1的左视图。
图3为图1中凸块的排布结构图。
具体实施方式
实施例1：多功能大尺寸复合材料机械臂，包括长方形臂体1，臂体1表面包裹有碳纤维复合材料层2，碳纤维复合材料层2外设置有厚度为6~8mm的耐冲击层3，所述耐冲击层3为聚氨酯泡沫塑料，所述耐冲击层3表面设置有一层0.3mm的无机耐火材料层4，无机耐火材料层4上设置有涂料层5，所述臂体1为厚度为3mm的铝合金方管，方管外周面设置有12条状凸块1.1，条状凸块1.1嵌接于碳纤维复合材料层2内，所述条状凸块1.1的截面为Y字型，所述条状凸块1.1平行间隔排布，一条条状凸块1.1的末端对应另一条条状凸块1.1的首端。所述碳纤维复合材料层2由碳纤维和基体树脂热聚制成。所述碳纤维复合材料层2包括上中下三层，上下两层为厚度为0.5mm的碳纤维布层2.1，中层为微孔蜂窝层2.2，所述微孔蜂窝层2.2为环氧树脂。
Claims (3)
1.多功能大尺寸复合材料机械臂，其特征在于包括长方形臂体，臂体表面包裹有碳纤维复合材料层，碳纤维复合材料层外设置有厚度为6~8mm的耐冲击层，所述耐冲击层为聚氨酯泡沫塑料，所述耐冲击层表面设置有一层0.3mm的无机耐火材料层，无机耐火材料层上设置有涂料层，所述臂体为厚度为3mm的铝合金方管，方管外周面设置有若干条状凸块，条状凸块嵌接于碳纤维复合材料层内，所述条状凸块的截面为Y字型，所述条状凸块平行间隔排布，一条条状凸块的末端对应另一条条状凸块的首端。
2.根据权利要求1所述的多功能大尺寸复合材料机械臂，其特征在于所述碳纤维复合材料层由碳纤维和基体树脂热聚制成。
3.根据权利要求1所述的多功能大尺寸复合材料机械臂，其特征在于所述碳纤维复合材料层包括上中下三层，上下两层为厚度为0.5mm的碳纤维布层，中层为微孔蜂窝层，所述微孔蜂窝层为环氧树脂。
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