CN101837663B - 局部加固的复合材料点阵夹芯板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

局部加固的复合材料点阵夹芯板及其制备方法，属于复合材料制备技术领域。它解决了现有自动化成型的复合材料点阵夹芯板由于内部结构之间采用粘接的方式结合，整体剪切强度低的问题。夹芯板由金字塔点阵芯子、加固件、复合材料上面板和复合材料下面板组成；夹芯板的制备方法为清理模具的成模表面，并涂上脱模剂；在阴模的凹槽内沿凹槽方向连续铺放并填满浸渍树脂纤维束，然后将阴模与阳模合模；制备单向纤维点阵结构单体；将单向纤维点阵结构单体按照十字交叉式相互咬合，由加固件加固；将金字塔点阵芯子上端和下端的所有加固件分别与复合材料上面板和复合材料下面板粘接，即制得复合材料点阵夹芯板。本发明为一种复合材料点阵夹芯板及其制备方法。

Description

局部加固的复合材料点阵夹芯板及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种局部加固的复合材料点阵夹芯板及其制备方法，属于复合材料制备技术领域。

背景技术

点阵结构是为了满足工程结构上对轻型化和多功能化的要求，而设计出来的一种新型结构，它具有高比刚度、高比强度以及可设计性强的优点。这种新型结构可以有效地承受外部载荷，同时具有易于布线、易于预埋微型器件及填充功能材料等优点，是超轻多功能结构的理想结构平台。借助这一超轻结构平台，人们可以实现不同的功能结构，如集结构、热控和微器件于一体的多功能结构；集结构、电源和热控于一体的多功能结构等，点阵结构因具有上述优点而成为最有应用前景的新一代先进、轻质、超强韧的多功能结构。目前，点阵结构的制备主要以金属材料如铝、钢等为主,基于点阵结构的多种拓扑构型所涉及的制备工艺主要有:基于金属纤维编织工艺的网系叠层点焊方案、熔模铸造方案和基于微接触印刷技术的扎制-电镀焊接方案等。与金属材料相比，先进复合材料因具有更高的比强度和比刚度，而成为制备点阵结构的首选材料。然而，复合材料点阵结构的制备工艺相对复杂，人们已提出了一体化成型工艺和二次成型工艺。一体化成型工艺可以解决点阵芯子与复合材料面板的粘结强度问题，但其制备过程过于依赖手工操作，不易实现自动化；二次成型工艺易于实现自动化,但其点阵芯子单体之间采用粘结的方式相互结合，由点阵芯子单体相互结合得到的点阵芯子与复合材料面板间实现粘结的面积较小,因此点阵芯子与面板间的粘结强度较低，使得复合材料点阵结构的剪切强度低。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有自动化成型的复合材料点阵夹芯板由于内部结构之间采用粘接的方式结合，整体剪切强度低的问题，提供一种局部加固的复合材料点阵夹芯板及其制备方法。

本发明的一种局部加固的复合材料点阵夹芯板，它由金字塔点阵芯子、多个加固件、复合材料上面板和复合材料下面板组成，

金字塔点阵芯子由多个单向纤维点阵结构单体组成，每个单向纤维点阵结构单体是由四个杆件组成的连续W形状的一体件，相邻杆件的联接处具有插槽结构，多个单向纤维点阵结构单体通过插槽结构按照十字交叉式相互咬合形成金字塔点阵芯子；所有两个单向纤维点阵结构单体相互咬合处均由一个加固件加固，位于金字塔点阵芯子的上端的所有加固件与复合材料上面板粘接在一起，位于金字塔点阵芯子的下端的所有加固件与复合材料下面板粘接在一起。

上述局部加固的复合材料点阵夹芯板的制备方法，它包括以下步骤：

步骤一、分别清理用于成形单向纤维点阵结构单体的阴模和阳模的成模表面，并涂上脱模剂；

步骤二、在阴模的凹槽内沿凹槽方向连续铺放并填满浸渍树脂纤维束，然后将阴模与阳模合模；

步骤三、采用热压工艺或RTM工艺制备单向纤维点阵结构单体并脱模；

步骤四、将步骤三制备所得的多个单向纤维点阵结构单体按照十字交叉式相互咬合，咬合处由加固件进行加固；

步骤五、将金字塔点阵芯子的上端的所有加固件与复合材料上面板粘接在一起，金字塔点阵芯子的下端的所有加固件与复合材料下面板粘接在一起，即制得复合材料点阵夹芯板。

本发明的优点是：

本发明复合材料点阵夹芯板，将多个单向纤维点阵结构单体通过插槽结构，采用十字交叉式相互咬合的方式进行连接，并进一步通过加固件进行加固，这种相互嵌锁的连接方式，使金字塔点阵芯子的结构更加稳定，加固件的配合使用，使金字塔点阵芯子与复合材料上面板和复合材料下面板相粘接的时候，粘结面积增大，进而增大了相互粘接的强度，提高了复合材料点阵结构的剪切强度，为将来的工程应用提供了技术储备。

本发明方法通过加固件对相互连接的单向纤维点阵结构单体之间进行加固，它同时增大了金字塔点阵芯子与复合材料上面板和复合材料下面板的粘接面积，进一步增强了对单向纤维点阵结构单体相互之间的约束，提高了复合材料点阵夹芯板整体的剪切强度。

附图说明

图1为本发明中采用的阴模的结构示意图；图2为本发明中采用的阳模的结构示意图；图3为单向纤维点阵结构单体的结构示意图；图4为两个单向纤维点阵结构单体欲组装的组装示意图；图5为圆形加固件的结构示意图，此加固件的中心具有通孔；图6为加固后的金字塔点阵芯子的结构示意图；图7为本发明所述局部加固的复合材料点阵夹芯板的结构示意图；图8为本发明制备方法的流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式由金字塔点阵芯子1、多个加固件2、复合材料上面板3和复合材料下面板4组成，

金字塔点阵芯子1由多个单向纤维点阵结构单体1-1组成，每个单向纤维点阵结构单体1-1是由四个杆件组成的连续W形状的一体件，相邻杆件的联接处具有插槽结构，多个单向纤维点阵结构单体1-1通过插槽结构按照十字交叉式相互咬合形成金字塔点阵芯子1；所有两个单向纤维点阵结构单体1-1相互咬合处均由一个加固件2加固，位于金字塔点阵芯子1的上端的所有加固件2与复合材料上面板3粘接在一起，位于金字塔点阵芯子1的下端的所有加固件2与复合材料下面板4粘接在一起。

本实施方式中，组成金字塔点阵芯子1的多个单向纤维点阵结构单体1-1通过相互咬合的方式连接，再由加固件2对咬合处进一步加固，加固件2在对咬合处进行加固的同时,也增加了金字塔点阵芯子1与复合材料上面板3和复合材料下面板4的粘接面积，它提高了复合材料点阵夹芯板的面芯剪切强度，比传统金属点阵夹芯板具有更高的比强度和比刚度。

具体实施方式二：下面结合图5说明本实施方式，本实施方式与实施方式一的不同之处在于所述加固件2的中心具有用于加固的通孔或盲孔。其它组成及连接关系与实施方式一相同。

加固件2的中心为通孔时，复合材料上面板3和复合材料下面板4与加固件2粘接的同时，还与加固件2所加固的两个单向纤维点阵结构单体1-1相互咬合处的外表面同时粘接；加固件2的中心为盲孔时，复合材料上面板3和复合材料下面板4则分别与加固件2的粘接表面粘接。加固件2的使用，进一步增强了单向纤维点阵结构单体1-1之间的约束，提高了所述夹芯板的整体稳定性。

具体实施方式三：本实施方式与实施方式一或二的不同之处在于所述加固件2为圆形、椭圆形、正方形、长方形或菱形。其它组成及连接关系与实施方式一或二相同。

加固件2的形状可以根据实际使用中的需要进行选择。

具体实施方式四：本实施方式与实施方式一的不同之处在于所述加固件2的材质为金属材料或复合材料。其它组成及连接关系与实施方式一相同。

所述金属材料可以为低密度的镁合金、铝合金等；若采用复合材料，要求具有较高的强度。

金属材料制备的加固件2具有工艺简单，质量稳定，成本低的优点，但强度低于采用复合材料制备的加固件2；复合材料制备的加固件2具有强度高、密度低的优点，但是成形工艺复杂，可在实际使用中根据需要选定。

具体实施方式五：本实施方式与实施方式四的不同之处在于所述金属材料的加固件2为冲压成型或浇注成型。其它组成及连接关系与实施方式四相同。

本实施方式中的成型工艺适用于加固件2采用低密度金属材料制备的情况。

具体实施方式六：本实施方式与实施方式四的不同之处在于所述复合材料的加固件2为模压成型。其它组成及连接关系与实施方式四相同。

本实施方式中的成型工艺适用于加固件2采用复合材料制备的情况。

具体实施方式七：下面结合图8来说明本实施方式，本实施方式为局部加固的复合材料点阵夹芯板的制备方法，它包括以下步骤：

步骤一、分别清理用于成形单向纤维点阵结构单体1-1的阴模和阳模的成模表面，并涂上脱模剂；

步骤二、在阴模的凹槽内沿凹槽方向连续铺放并填满浸渍树脂纤维束，然后将阴模与阳模合模；

步骤三、采用热压工艺或RTM工艺制备单向纤维点阵结构单体1-1并脱模；

步骤四、将步骤三制备所得的多个单向纤维点阵结构单体1-1按照十字交叉式相互咬合，咬合处由加固件2进行加固；

步骤五、将金字塔点阵芯子1的上端的所有加固件2与复合材料上面板3粘接在一起，金字塔点阵芯子1的下端的所有加固件2与复合材料下面板4粘接在一起，即制得复合材料点阵夹芯板。

本实施方式中单向纤维点阵结构单体1-1的成形采用的RTM工艺是一种树脂基复合材料的成型工艺；步骤二中铺放浸渍树脂纤维束时，既要保证纤维束的连续,同时也要使阴模的凹槽内充实。

采用本实施方式所述方法成形的复合材料点阵夹芯板质量稳定，并且本方法具有效率高，成本低，易于实现批量生产等优点。

具体实施方式八：本实施方式为实施方式七的进一步说明，所述复合材料上面板3和复合材料下面板4的制备方法均为：将预浸的单向纤维无纬布按承载要求顺序铺设，然后采用热压机加温至120℃-130℃，保持压力为1MPa -2MPa，持续20min，即制得复合材料上面板3或复合材料下面板4。

所述的单向纤维无纬布的铺设要根据实际使用中对夹芯板所要求的承载情况进行设计，具有可设计的优点。本实施方式所述的复合材料上面板3和复合材料下面板4的制备方法，具有方便在制备的过程中进行质量控制，并且成本低、效率高，易于实现批量生产的优势。

具体实施方式九：本实施方式为实施方式七的进一步说明，步骤三中所述热压工艺为：将步骤二中所述的合模后的阴模与阳模放在液压机上，加温至150℃～180℃，保持压力为1～2MPa，持续1.5h-2h，制得单向纤维点阵结构单体1-1。

所述热压工艺的工艺过程易于控制，并且效率高，成本低，可实现单向纤维点阵结构单体1-1的批量生产。

Claims (9)

1.一种局部加固的复合材料点阵夹芯板，其特征在于：它由金字塔点阵芯子(1)、多个加固件(2)、复合材料上面板(3)和复合材料下面板(4)组成，

金字塔点阵芯子(1)由多个单向纤维点阵结构单体(1-1)组成，每个单向纤维点阵结构单体(1-1)是由四个杆件组成的连续W形状的一体件，相邻杆件的联接处具有插槽结构，多个单向纤维点阵结构单体(1-1)通过插槽结构按照十字交叉式相互咬合形成金字塔点阵芯子(1)；所有两个单向纤维点阵结构单体(1-1)相互咬合处均由一个加固件(2)加固，位于金字塔点阵芯子(1)的上端的所有加固件(2)与复合材料上面板(3)粘接在一起，位于金字塔点阵芯子(1)的下端的所有加固件(2)与复合材料下面板(4)粘接在一起。

2.根据权利要求1所述的局部加固的复合材料点阵夹芯板，其特征在于：所述加固件(2)的中心具有用于加固的通孔或盲孔。

3.根据权利要求1或2所述的局部加固的复合材料点阵夹芯板，其特征在于：所述加固件(2)为圆形、椭圆形、正方形、长方形或菱形。

4.根据权利要求1所述的局部加固的复合材料点阵夹芯板，其特征在于：所述加固件(2)的材质为金属材料或复合材料。

5.根据权利要求4所述的局部加固的复合材料点阵夹芯板，其特征在于：所述金属材料的加固件(2)为冲压成型或浇注成型。

6.根据权利要求4所述的局部加固的复合材料点阵夹芯板，其特征在于：所述复合材料的加固件(2)为模压成型。

7.一种权利要求1-6中任意一项所述的局部加固的复合材料点阵夹芯板的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤一、分别清理用于成形单向纤维点阵结构单体(1-1)的阴模和阳模的成模表面，并涂上脱模剂；

步骤二、在阴模的凹槽内沿凹槽方向连续铺放并填满浸渍树脂纤维束，然后将阴模与阳模合模；

步骤三、采用热压工艺或RTM工艺制备单向纤维点阵结构单体(1-1)并脱模；

步骤四、将步骤三制备所得的多个单向纤维点阵结构单体(1-1)按照十字交叉式相互咬合，咬合处由加固件(2)进行加固；

步骤五、将金字塔点阵芯子(1)的上端的所有加固件(2)与复合材料上面板(3)粘接在一起，金字塔点阵芯子(1)的下端的所有加固件(2)与复合材料下面板(4)粘接在一起，即制得复合材料点阵夹芯板。

8.根据权利要求7所述的局部加固的复合材料点阵夹芯板的制备方法，其特征在于：所述复合材料上面板(3)和复合材料下面板(4)的制备方法均为：将预浸的单向纤维无纬布按承载要求顺序铺设，然后采用热压机加温至120℃-130℃，保持压力为1MPa-2MPa，持续20min，即制得复合材料上面板(3)或复合材料下面板(4)。

9.根据权利要求7所述的局部加固的复合材料点阵夹芯板的制备方法，其特征在于：步骤三中所述热压工艺为：将步骤二中所述的合模后的阴模与阳模放在液压机上，加温至150℃～180℃，保持压力为1～2MPa，持续1.5h-2h，制得单向纤维点阵结构单体(1-1)。

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