CN101890813B - 空心圆管四面体型全复合材料点阵夹芯板的制备方法 - Google Patents

空心圆管四面体型全复合材料点阵夹芯板的制备方法 Download PDF

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Abstract

空心圆管四面体型全复合材料点阵夹芯板的制备方法，它涉及一种四面体型全复合材料点阵夹芯板及其制备方法。本发明解决了现有的制备工艺无法适用于空心圆管四面体构型的复合材料点阵夹芯板的制备的问题。本发明的制备方法步骤为：模具制备及处理；复合材料空心圆管预成型：用预浸料或浸过树脂的纤维束在热膨胀芯模外壁上卷制预浸料或缠绕纤维束，将制作好的带热膨胀芯模的纤维柱塞进刚性组合模具的安装孔内；在刚性组合模具的上下表面铺放单向纤维预浸料，将刚性组合模具外侧的纤维柱劈开，再将其预埋在单向纤维预浸料中；刚性组合模具加温加压固化；脱模；面板带圆孔的夹芯结构与复合材料面板粘接。本发明用于制备四面体型全复合材料点阵夹芯板。

Description

空心圆管四面体型全复合材料点阵夹芯板的制备方法
技术领域
本发明涉及一种空心圆管四面体型全复合材料点阵夹芯板的制备方法。
背景技术
复合材料与金属材料相比，具有更高的比强度和比刚度。现有的点阵夹芯板结构使用的材料绝大多数都是金属材料，复合材料点阵夹芯板与传统金属点阵夹芯板相比较具有更高的比强度、比刚度，且具有更强的可设计性。对于以往的四面体型点阵结构，当点阵结构密度较低时，杆件易发生屈曲而使结构的强度迅速下降，而相同密度的空心杆件其转动惯量更大，所以抵抗屈曲变形的能力比实心高出很多。金属材料体系下，空心圆管四面体型点阵夹芯结构采用的是冲压折叠制备工艺，空心圆管四面体型夹芯是一种新构型，现有的制备工艺无法适用于空心圆管四面体构型的复合材料点阵夹芯板的制备。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的制备工艺无法适用于空心圆管四面体构型的复合材料点阵夹芯板的制备的问题，进而提供一种空心圆管四面体型全复合材料点阵夹芯板的制备方法。
本发明的空心圆管四面体型全复合材料点阵夹芯板的制备方法的步骤为：
步骤一：刚性组合模具制备及模具处理：
刚性组合模具制备：刚性组合模具由多个单体和两个边板构成，每个单体的横截面形状为梯形，每个边板的横截面形状为直角梯形；在每个单体的一个斜面上加工多对沿该斜面宽度方向贯通的第一半圆形通孔，每对第一半圆形通孔呈八字形设置，在每个单体的另一个斜面上位于每对第一半圆形通孔的中间位置上加工一个沿该斜面宽度方向贯通的第二半圆形通孔，将多个单体一正一倒相间平铺设置构成平板状，相邻两个单体上的相对应的多对第一半圆形通孔一一对应并组合构成多对第一圆形通孔，呈平板状设置的多个单体的两侧各设置有一个边板，在每个边板的斜面上与其相邻单体的多个第二半圆形通孔相对应位置处加工多个第三半圆形通孔，由边板上的多个第三半圆形通孔与相邻单体上的多个第二半圆形通孔一一对应组合构成多个第二圆形通孔，第一圆形通孔与第二圆形通孔的孔径相等，边板上的斜面与相邻单体上的斜面相吻合，多个单体和两个边板可拆卸连接；
模具处理：模具由刚性组合模具和多个热膨胀芯模构成，用丙酮溶液清洗模具表面，然后用脱模剂处理模具外表面；
步骤二、固定刚性组合模具：用夹具将刚性组合模具固定；
步骤三、复合材料空心圆管预成型：用预浸料或浸过树脂的纤维束在热膨胀芯模的外壁上卷制预浸料或缠绕纤维束，形成纤维柱，将制作好的带热膨胀芯模的纤维柱塞进刚性组合模具的第一圆形通孔与第二圆形通孔内；
步骤四、铺放面板：在刚性组合模具的上下表面铺放单向纤维预浸料，并在铺设过程中将刚性组合模具外侧的纤维柱沿其轴向逐渐劈开，再将其预埋于刚性组合模具的上下表面的单向纤维预浸料之中；
步骤五、刚性组合模具加温加压固化：将铺放好单向纤维预浸料的刚性组合模具放在液压机上加温加压固化，固化温度为100～120℃，固化时间为1.5～2小时，沿热膨胀芯模的纵向加压，压力为0.5-1MPa，纤维柱由于热膨胀芯模受热膨胀，使纤维柱的横向压力达到0.5-1MPa；
步骤六、脱模：拆下夹具，然后将刚性组合模具沿其宽度方向脱模，得到面板带圆孔的夹芯结构；
步骤七、面板带圆孔的夹芯结构与复合材料面板粘接：将步骤六所得的面板带圆孔的夹芯结构与复合材料面板粘接，即制得空心圆管四面体型全复合材料点阵夹芯板。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明的制备方法实现了空心圆管四面体型全复合材料点阵夹芯板的制备；另外，对纤维柱施加成型所需压力，大大提高了该空心圆管四面体型全复合材料点阵夹芯板的力学性能，其结构强度至少提高2倍。
附图说明
图1是制备本发明的空心圆管四面体型全复合材料点阵夹芯板的刚性组合模具的立体图，图2是单体1的立体图，图3是边板2的立体图，图4是带热膨胀芯模5的纤维柱6的立体图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式的空心圆管四面体型全复合材料点阵夹芯板的制备方法的步骤为：
步骤一：刚性组合模具制备及模具处理：
刚性组合模具制备：刚性组合模具由多个单体1和两个边板2构成，每个单体1的横截面形状为梯形，每个边板2的横截面形状为直角梯形；在每个单体1的一个斜面上加工多对沿该斜面宽度方向贯通的第一半圆形通孔1-1，每对第一半圆形通孔1-1呈八字形设置，在每个单体1的另一个斜面上位于每对第一半圆形通孔1-1的中间位置上加工一个沿该斜面宽度方向贯通的第二半圆形通孔1-2，将多个单体1一正一倒相间平铺设置构成平板状，相邻两个单体1上的相对应的多对第一半圆形通孔1-1一一对应并组合构成多对第一圆形通孔3，呈平板状设置的多个单体1的两侧各设置有一个边板2，在每个边板2的斜面上与其相邻单体1的多个第二半圆形通孔1-2相对应位置处加工多个第三半圆形通孔2-1，由边板2上的多个第三半圆形通孔2-1与相邻单体1上的多个第二半圆形通孔1-2一一对应组合构成多个第二圆形通孔4，第一圆形通孔3与第二圆形通孔4的孔径相等，边板2上的斜面与相邻单体1上的斜面相吻合，多个单体1和两个边板2可拆卸连接(所制备的模具精度高)；
模具处理：模具由刚性组合模具和多个热膨胀芯模5构成，用丙酮溶液清洗模具表面，然后用脱模剂处理模具外表面；
步骤二、固定刚性组合模具：用夹具将刚性组合模具固定；
步骤三、复合材料空心圆管预成型：用预浸料或浸过树脂的纤维束在热膨胀芯模5的外壁上卷制预浸料或缠绕纤维束，形成纤维柱6，将制作好的带热膨胀芯模5的纤维柱6塞进刚性组合模具的第一圆形通孔3与第二圆形通孔4内；
步骤四、铺放面板：在刚性组合模具的上下表面铺放单向纤维预浸料(按照0～90℃铺放)，并在铺设过程中将刚性组合模具外侧的纤维柱6沿其轴向逐渐劈开，再将其预埋于刚性组合模具的上下表面的单向纤维预浸料之中；
步骤五、刚性组合模具加温加压固化：将铺放好单向纤维预浸料的刚性组合模具放在液压机上加温加压固化，固化温度为100～120℃，固化时间为1.5～2小时，沿热膨胀芯模5的纵向加压，压力为0.5-1MPa，纤维柱6由于热膨胀芯模5受热膨胀，使纤维柱6的横向压力达到0.5-1MPa；
步骤六、脱模：拆下夹具，然后将刚性组合模具沿其宽度方向脱模，得到面板带圆孔的夹芯结构；
步骤七、面板带圆孔的夹芯结构与复合材料面板粘接：将步骤六所得的面板带圆孔的夹芯结构与复合材料面板粘接，即制得空心圆管四面体型全复合材料点阵夹芯板。
本实施方式可以通过改变热膨胀芯模5的外径，来制备不同壁厚的空心圆管，从而改变结构的密度。本实施方式的步骤一中采用的脱模剂型号为XTEND818
具体实施方式二：本实施方式的步骤一中的热膨胀芯模5由聚甲基丙烯酰亚胺泡沫制成。热膨胀芯模5保留在面板带圆孔的夹芯结构中，这样的结构抗冲击性能更提高，兼备优越的介电性能。其它方法步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式的步骤一中的热膨胀芯模5由硅橡胶制成，步骤六中刚性组合模具脱模后再将热膨胀芯模5挤出。其它方法步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式的步骤五中的固化温度为105℃，固化时间为1.8h，纵向加压压力为0.8MPa，纤维柱6承受的横向压力为0.8MPa。纤维柱6承载时不易劈裂，可使这类夹芯结构的力学性能得到提高，结构强度至少提高2倍。其它方法步骤与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：本实施方式的步骤五中的固化温度为115℃，固化时间为1.5h，纵向加压压力为0.7MPa，纤维柱6承受的横向压力为0.7MPa。纤维柱6承载时不易劈裂，可使这类夹芯结构的力学性能得到提高，结构强度至少提高2倍。其它方法步骤与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式六：本实施方式的步骤五中的固化温度为110℃，固化时间为1.6h，纵向加压压力为1MPa，纤维柱6承受的横向压力为1MPa。纤维柱6承载时不易劈裂，可使这类夹芯结构的力学性能得到提高，结构强度至少提高2倍。其它方法步骤与具体实施方式一、二或三相同。

Claims (6)

1.一种空心圆管四面体型全复合材料点阵夹芯板的制备方法，其特征在于：制备方法的步骤为：
步骤一：刚性组合模具制备及模具处理：
刚性组合模具制备：刚性组合模具由多个单体(1)和两个边板(2)构成，每个单体(1)的横截面形状为梯形，每个边板(2)的横截面形状为直角梯形；在每个单体(1)的一个斜面上加工多对沿该斜面宽度方向贯通的第一半圆形通孔(1-1)，每对第一半圆形通孔(1-1)呈八字形设置，在每个单体(1)的另一个斜面上位于每对第一半圆形通孔(1-1)的中间位置上加工一个沿该斜面宽度方向贯通的第二半圆形通孔(1-2)，将多个单体(1)一正一倒相间平铺设置构成平板状，相邻两个单体(1)上的相对应的多对第一半圆形通孔(1-1)一一对应并组合构成多对第一圆形通孔(3)，呈平板状设置的多个单体(1)的两侧各设置有一个边板(2)，在每个边板(2)的斜面上与其相邻单体(1)的多个第二半圆形通孔(1-2)相对应位置处加工多个第三半圆形通孔(2-1)，由边板(2)上的多个第三半圆形通孔(2-1)与相邻单体(1)上的多个第二半圆形通孔(1-2)一一对应组合构成多个第二圆形通孔(4)，第一圆形通孔
(3)与第二圆形通孔(4)的孔径相等，边板(2)上的斜面与相邻单体(1)上的斜面相吻合，多个单体(1)和两个边板(2)可拆卸连接；
模具处理：模具由刚性组合模具和多个热膨胀芯模(5)构成，用丙酮溶液清洗模具表面，然后用脱模剂处理模具外表面；
步骤二、固定刚性组合模具：用夹具将刚性组合模具固定；
步骤三、复合材料空心圆管预成型：用预浸料或浸过树脂的纤维束在热膨胀芯模(5)的外壁上卷制预浸料或缠绕纤维束，形成纤维柱(6)，将制作好的带热膨胀芯模(5)的纤维柱(6)塞进刚性组合模具的第一圆形通孔(3)与第二圆形通孔(4)内；
步骤四、铺放面板：在刚性组合模具的上下表面铺放单向纤维预浸料，并在铺设过程中将刚性组合模具外侧的纤维柱(6)沿其轴向逐渐劈开，再将其预埋于刚性组合模具的上下表面的单向纤维预浸料之中；
步骤五、刚性组合模具加温加压固化：将铺放好单向纤维预浸料的刚性组合模具放在液压机上加温加压固化，固化温度为100～120℃，固化时间为1.5～2小时，沿热膨胀芯模(5)的纵向加压，压力为0.5-1MPa，纤维柱(6)由于热膨胀芯模(5)受热膨胀，使纤维柱(6)的横向压力达到0.5-1MPa；
步骤六、脱模：拆下夹具，然后将刚性组合模具沿其宽度方向脱模，得到面板带圆孔的夹芯结构；
步骤七、面板带圆孔的夹芯结构与复合材料面板粘接：将步骤六所得的面板带圆孔的夹芯结构与复合材料面板粘接，即制得空心圆管四面体型全复合材料点阵夹芯板。
2.根据权利要求1所述的空心圆管四面体型全复合材料点阵夹芯板的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的热膨胀芯模(5)由聚甲基丙烯酰亚胺泡沫制成。
3.根据权利要求1所述的空心圆管四面体型全复合材料点阵夹芯板的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的热膨胀芯模(5)由硅橡胶制成，步骤六中刚性组合模具脱模后再将热膨胀芯模(5)挤出。
4.根据权利要求1、2或3所述的空心圆管四面体型全复合材料点阵夹芯板的制备方法，其特征在于：所述步骤五中的固化温度为105℃，固化时间为1.8h，纵向加压压力为0.8MPa，纤维柱(6)承受的横向压力为0.8MPa。
5.根据权利要求1、2或3所述的空心圆管四面体型全复合材料点阵夹芯板的制备方法，其特征在于：所述步骤五中的固化温度为115℃，固化时间为1.5h，纵向加压压力为0.7MPa，纤维柱(6)承受的横向压力为0.7MPa。
6.根据权利要求1、2或3所述的空心圆管四面体型全复合材料点阵夹芯板的制备方法，其特征在于：所述步骤五中的固化温度为110℃，固化时间为1.6h，纵向加压压力为1MPa，纤维柱(6)承受的横向压力为1MPa。
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