CN101041278A - 齿槽式复合材料夹层结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种齿槽式复合材料夹层结构，它包括芯材(1)、面板(2)，其特征在于在芯材(1)的上下表面开有网格状的凹槽(3)，在芯材(1)的上下表面通过树脂铺设有面板(2)。本发明与其他产品相比，其最大的特点是填满树脂的凹槽可明显增强面板与芯材之间的抗剥离能力，使复合材料夹层结构的整体受力性能与使用效果得到明显改善，它普遍应用于航空航天、舰船车辆等结构，也可应用于建筑领域，如屋面板、建筑模板、墙体材料等。

Description

齿槽式复合材料夹层结构

技术领域

本发明涉及复合材料夹层结构梁、板、壳结构件，具体地说为一种齿槽式复合材料夹层结构，它普遍应用于车辆、建筑等领域，如屋面板、建筑模板、墙体材料、车辆隔板、底板等。

背景技术

复合材料夹层结构梁、板、壳等结构件由三部分组成，最外层是面板，主要承受弯曲变形引起的正应力，采用高强、高模量的材料制造，如层压的碳纤维、玻璃纤维布或金属面板等；中间是芯材，为夹层结构提供足够的截面惯性矩，主要承受剪应力，常用蜂窝、泡沫、轻木等材料。面板和芯材之间是胶接层，通过树脂将两者粘接在一起，常用不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂、酚醛树脂等。

复合材料夹层结构既充分利用了纤维材料强度高、重量轻的优势，又巧妙地借助轻质芯材所获得的截面惯性矩，可以达到理想的结构性能(如强度、刚度和冲击韧性等)，目前其已经在飞机、导弹、卫星、宇宙飞船和航天飞机上得到了广泛应用，如飞机地板等。同时，由于其具有比强度和比刚度高、可设计性强等其他材料不可比拟的特点，以及适应于轻质、高速、安全、抗疲劳、耐腐蚀、隐形等特性的发展趋势，复合材料夹层结构的应用领域越来越广泛，可涉及军事设施、国防工程、车辆、舰船、建筑、桥梁等领域；如发达国家采用复合材料夹层结构制造舰船构件、火车及大型客车的车厢、集装箱、运料罐车以及化工储罐等，甚至用于美国宇航局漫游者号月球登陆车；在桥梁建筑领域，可用于屋面板、建筑模板、墙体隔板、桥面板、机场临时垫板、轻便舟桥等。由此可见，复合材料夹层结构是一种具有广阔发展前景的材料与结构形式。

在我国，复合材料夹层结构多以蜂窝为芯材，但蜂窝夹层结构的面板与芯材的接触面积小，因此其粘结性能相对较弱，从而导致夹层结构的抗剥离、抗疲劳等性能较低，另外若面板受损后，蜂窝芯材容易进水且不易排出，从而导致面板脱胶剥离等严重后果。而在以泡沫和轻木为芯材的夹层结构中，芯材与面板的界面构造简单，在使用过程中，芯材与面板容易发生剥离，从而使得该夹层结构形式不能得以广泛应用。

发明内容

本发明的目的则是针对目前泡沫和轻木芯材与面板的界面构造简单等技术的不足，提供一种齿槽式复合材料夹层结构，可显著提高芯材与面板之间的抗剥离能力。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：

一种齿槽式复合材料夹层结构，它包括芯材1，在芯材1的上下表面开有网格状的凹槽3，在芯材1的上下表面通过树脂铺设有面板2。

其中，所述的凹槽3可跟据具体受力情况进行任意合理布置，所述的凹槽3优选为平行或相交布置；所述的凹槽3进一步优选为正交布置。

所述的凹槽3可以为尖形、矩形、开口三角形或其他任意形状。

所述的芯材1为泡沫、轻木或其他任意材质，它包括：聚氨酯泡沫、聚氯乙烯泡沫、碳泡沫、Balsa木、泡桐木、杉木、橡木或胶合板。

所述的面板2为纤维、金属或其他任意材质，它包括：单轴向、双轴向或多轴向的碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、杂交纤维布、铝板或钢板。

所述的树脂包括：不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或酚醛树脂。

所述的面板2布置于芯材1上、下表面的厚度既可以一致也可以不一致而且纤维布层的铺设方向与层数可根据需要灵活调整。

上述的齿槽式复合材料夹层结构可以采用如下所述方法制备得到：

a.在泡沫和轻木芯材1的上下表面开网格状布置的凹槽3；

b.处理完毕的芯材1可根据构件需要，加工成梁、板、壳形状；

c.将一层或多层纤维布铺设于芯材1的上下表面，通过真空袋成型工艺、真空导入成型工艺或RTM成型工艺将树脂灌入到真空袋或模具中；

d.待树脂固化成型后，取出，纤维布层与树脂固化成纤维面板，凹槽3即填满树脂；

f.其中，步骤c，d也可由本步骤代替：将已成型的纤维板或金属板通过手糊工艺或真空袋工艺成型，通过树脂将面板2与芯材1相粘接即可获得一种面板与芯材之间粘结能力得以显著提高的齿槽式复合材料夹层结构。

本发明具有如下优点：

用本发明齿槽式复合材料夹层结构梁、板、壳等的结构件与其他产品相比，其最大的特点是填满树脂的凹槽可明显增强面板与芯材之间的抗剥离能力，使复合材料夹层结构的整体受力性能得到明显的改善。

附图说明

图1为齿槽式复合材料夹层结构梁、板、壳结构件示意图之一。

图2为齿槽式复合材料夹层结构梁、板、壳结构件示意图之二。

图3为在泡沫和轻木芯材的上下表面开尖形凹槽的示意图。

图4为芯材上开有矩形凹槽的结构示意图。

图5为芯材上开有开口三角形凹槽的结构示意图。

附图中：1为芯材，包括：泡沫(聚氨酯、聚氯乙烯、碳泡沫等)和轻木(Balsa木、泡桐木、杉木、橡木、胶合板等)；2为面板，包括纤维面板(玻璃纤维面板、碳纤维面板等)和金属面板(铝质、钢质等)；3为凹槽，根据需要可设置成尖形、矩形凹槽或开口三角形。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地说明：

实施例1

如图1、2、3所示，本发明的齿槽式复合材料夹层结构，它包括聚氯乙烯泡沫材质的芯材1，在芯材1的上下表面开有正交布置的尖形凹槽3，凹槽3内灌有环氧树脂，在芯材1的上下表面均铺设有两层双轴向碳纤维布层，与环氧树脂形成碳纤维的面板2。

实施例2

本发明的齿槽式复合材料夹层结构，它包括聚氨酯泡沫材质的芯材1，在芯材1的上下表面开有相互平行的横向矩形凹槽3和相互平行的纵向矩形凹槽3，但横向矩形凹槽3和纵向矩形凹槽3呈锐角相交，凹槽3内灌有乙烯基树脂，在芯材1的上表面铺设有三层四轴向玻璃纤维布层，在芯材1的下表面两层芳纶纤维布层，纤维布层与乙烯基树脂固化成面板2。

如实施例1所述，但在开凹槽3时，可根据受力需要，凹槽3的数目与排列方式可灵活控制。

实施例3

本发明的齿槽式复合材料夹层结构，它包括泡桐木材质的芯材1，在芯材1的上下表面开正交的开口三角形凹槽3，凹槽3内灌有酚醛树脂，在芯材1的上、下表面均铺设有铝质的面板2。

如实施例1、2所述，但布置于芯材1上下表面的面板2的厚度可一致，也可不一致。

上述齿槽式复合材料夹层结构的制备方法如下：

a.在泡沫(包括：聚氨酯、聚氯乙烯、碳泡沫等)和轻木(包括：Balsa木、泡桐木、杉木、橡木、胶合板等)芯材1的上下表面开正交布置的凹槽3(槽的形状可包括：尖形、矩形、开口三角形等)；

b.处理完毕的芯材1可根据构件需要加工成梁、板、壳形状；

c.将一层或多层纤维布(包括：单轴向、双轴向或多轴向的碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维以及杂交纤维布等)即面板2铺设于芯材1的上下表面，并整体置于真空袋或模具中；

d.通过真空袋成型工艺、真空导入成型工艺或RTM成型工艺将树脂(包括：不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂、酚醛树脂等)灌入到真空袋或模具中，根据需要，可在常温常压或高温高压情况下将树脂固化，待树脂固化成型后，取出构件；

e.其中，步骤c，d也可由本步骤代替：将已成型的纤维板(包括：玻璃纤维板、碳纤维板、芳纶纤维板等)或金属板(包括：铝板、钢板等)通过手糊工艺或真空袋工艺成型，通过树脂等胶粘剂将面板2与芯材1相粘接。

此时，填满树脂的凹槽3可明显增强面板2与芯材1之间的抗剥离能力，即可获得新型的齿槽式复合材料夹层结构。

其中：芯材1的种类与高度、凹槽3的形状、尺寸、布置位置与排列方式、面板2的种类与厚度，纤维布的铺设方向与层数、树脂的种类均可根据需要灵活调整。

Claims (8)

1、一种齿槽式复合材料夹层结构，它包括芯材(1)、面板(2)，其特征在于在芯材(1)的上下表面开有网格状的凹槽(3)，在芯材(1)的上下表面通过树脂铺设有面板(2)。

2、根据权利要求1所述的齿槽式复合材料夹层结构，其特征在于所述的凹槽(3)为平行或相交布置。

3、根据权利要求2所述的齿槽式复合材料夹层结构，其特征在于所述的凹槽(3)为正交布置。

4、根据权利要求1、2或3所述的齿槽式复合材料夹层结构，其特征在于所述的凹槽(3)为尖形、矩形或开口三角形。

5、根据权利要求1所述的齿槽式复合材料夹层结构，其特征在于所述的芯材(1)的材质采用聚氨酯泡沫、聚氯乙烯泡沫、碳泡沫、Balsa木、泡桐木、杉木、橡木或胶合板。

6、根据权利要求1所述的齿槽式复合材料夹层结构，其特征在于所述的面板(2)为纤维面板或金属面板。

7、根据权利要求6所述的齿槽式复合材料夹层结构，其特征在于所述的纤维面板为单轴向、双轴向或多轴向的碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维以及杂交纤维布；金属面板为铝板或钢板。

8、根据权利要求1所述的齿槽式复合材料夹层结构，其特征在于所述的树脂包括：不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或酚醛树脂。

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