CN101890814A - 空心圆管金字塔型全复合材料点阵夹芯板的制备方法 - Google Patents

空心圆管金字塔型全复合材料点阵夹芯板的制备方法 Download PDF

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空心圆管金字塔型全复合材料点阵夹芯板的制备方法，它涉及一种金字塔型点阵夹芯板的制备方法。本发明的目的是为了解决目前制备的金字塔型全复合材料点阵夹芯板低密度时力学性能差的问题。技术要点：制备刚性模具；处理模具；固定刚性模具；用预浸料或浸过树脂的纤维束包裹热膨胀芯模制成预浸料或缠绕纤维柱；制备空心圆管结构：将制作好的带热膨胀芯模的纤维柱塞进第一圆形通孔和第二圆形通孔内，将多个纤维柱的两端外露在刚性模具的外面；在组合模具的上下表面铺放单向纤维预浸料，并将露在刚性模具外面的纤维柱的两端沿纤维柱的轴向劈开预埋在上下表面的预浸料中；固化；脱模。本发明用于制备空心圆管金字塔型全复合材料点阵夹芯板。

Description

空心圆管金字塔型全复合材料点阵夹芯板的制备方法
技术领域
本发明涉及一种金字塔型点阵夹芯板的制备方法。
背景技术
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，对于以往的金字塔型点阵结构，不论是金属材料体系还是复合材料体系，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，空心圆管金字塔型点阵夹芯结构采用的是冲压折叠制备工艺，空心圆管金字塔型夹芯是一种新构型，现在没有空心圆管的金字塔构型复合材料点阵夹芯板的制备方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前制备的金字塔型全复合材料点阵夹芯板在低密度时力学性能差的问题，提出了一种空心圆管金字塔型全复合材料点阵夹芯板的制备方法。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述制备方法由以下步骤完成：步骤一：制备刚性模具；刚性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与每对第一半圆形通孔相对应位置处加工多对沿该斜面宽度方向贯通的第二半圆形通孔，每对第二半圆形通孔呈八字形设置，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对第二半圆形通孔相对应位置处加工多对第三半圆形通孔，每对第三半圆形通孔呈八字形设置，由边板上的多对第三半圆形通孔与相邻单体上的多对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；
步骤二、处理模具：模具由刚性模具和多个热膨胀芯膜构成，用丙酮溶液清洗刚性组合模具和多个热膨胀芯模表面，然后用脱模剂处理模具的外表面；
步骤三、固定刚性组合模具：用夹具将刚性组合模具固定；
步骤四、复合材料空心圆管预成型：用预浸料或浸过树脂的纤维束包裹热膨胀芯模并卷制成预浸料或缠绕纤维柱，且纤维柱的数量与热膨胀芯膜的数量相等，纤维柱的横截面形状与热膨胀芯膜内腔的横截面形状相同；
步骤五、制备空心圆管结构：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和第二圆形通孔内，纤维柱的外径与刚性模具的圆形通孔的孔径相匹配，将多个纤维柱的两端外露在刚性模具的外面；
步骤六、铺放面板：在刚性组合模具的上下表面按照0～90℃铺放单向纤维预浸料，在铺设过程中将露在钢性模具的外侧的纤维柱沿其轴向逐渐劈开，并将其预埋于模具上下表面的预浸料之中；
步骤七、产品固化：将经步骤六形成的刚性组合模具和热膨胀芯模的结构件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，纵向加压压力为0.5-1MPa，纤维柱承受的横向压力为0.5-1MPa。
步骤八、脱模：拆下夹具，分别将刚性模具中的两个边板和多个单体拆卸下，再将热膨胀芯模挤出；
步骤九、与面板粘接：将步骤八所得空心圆管结构与已经制备好的复合材料面板粘接，即制得空心圆管金字塔型全复合材料点阵夹芯板。
本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种基于混合模具制备空心圆管金字塔构型复合材料点阵夹芯板的制备方法，该方法不仅可以制备出新颖的带空心圆管的复合材料金字塔型夹芯板结构，还能对纤维柱施加压力，这类复合材料夹芯板结构在低密度区域的力学性能将大大提高，结构强度较以往成型方法所制备的夹芯板至少提高2倍。本方法制造出来的纤维柱不易发生屈曲从而可保证结构的强度，且相同密度的空心纤维柱其转动惯量更大，所以抵抗屈曲变形的能力比实心纤维柱高出很多。
附图说明
图1是制备本发明的空心圆管金字塔型全复合材料点阵夹芯板的刚性模具的立体图，图2是刚性模具的单体1的立体图，图3是刚性模具的边板2的立体图，图4是将包裹热膨胀芯模卷制成预浸料或缠绕纤维柱的立体图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的空心圆管金字塔型全复合材料点阵夹芯板的制备方法由以下步骤完成：步骤一：制备刚性模具；刚性模具由多个单体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的另一个斜面上与每对第一半圆形通孔1-1相对应位置处加工多对沿该斜面宽度方向贯通的第二半圆形通孔1-2，每对第二半圆形通孔1-2呈八字形设置，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的多对第二半圆形通孔1-2相对应位置处加工多对第三半圆形通孔2-1，每对第三半圆形通孔2-1呈八字形设置，由边板2上的多对第三半圆形通孔2-1与相邻单体1上的多对第二半圆形通孔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；
步骤二、处理模具：模具由刚性模具和多个热膨胀芯膜5构成，用丙酮溶液清洗刚性组合模具和多个热膨胀芯模5表面，然后用脱模剂处理模具的外表面；
步骤三、固定刚性组合模具：用夹具将刚性组合模具固定；
步骤四、复合材料空心圆管预成型：用预浸料或浸过树脂的纤维束包裹热膨胀芯模5并卷制成预浸料或缠绕纤维柱6，且纤维柱6的数量与热膨胀芯膜的数量相等，纤维柱6的横截面形状与热膨胀芯膜5内腔的横截面形状相同；
步骤五、制备空心圆管结构：将制作好的带热膨胀芯模的纤维柱6塞进刚性组合模具的第一圆形通孔3和第二圆形通孔4内，纤维柱6的外径与刚性模具的圆形通孔的孔径相匹配，将多个纤维柱6的两端外露在刚性模具的外面；
步骤六、铺放面板：在刚性组合模具的上下表面按照0～90℃铺放单向纤维预浸料，在铺设过程中将露在钢性模具的外侧的纤维柱6沿其轴向逐渐劈开，并将其预埋于模具上下表面的预浸料之中；
步骤七、产品固化：将经步骤六形成的刚性组合模具和热膨胀芯模5的结构件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，纵向加压压力为0.5-1MPa，纤维柱6承受的横向压力为0.5-1MPa。
步骤八、脱模：拆下夹具，分别将刚性模具中的两个边板2和多个单体1拆卸下，再将热膨胀芯模5挤出；
步骤九、与面板粘接：将步骤八所得空心圆管结构与已经制备好的复合材料面板粘接，即制得空心圆管金字塔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，从而改变结构的相对密度，步骤二中使用的脱模剂型号为XTEND818。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤一中热膨胀芯膜5由硅橡胶或聚甲基丙烯酰亚胺泡沫制成。其他组成与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式的步骤七中的固化温度为120℃，固化时间为2h，纵向加压压力为1MPa，纤维柱6承受的横向压力为1MPa。面板和纤维柱都可以施加上压力，这样纤维柱承载时不易劈裂，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或二相同。

Claims (3)

1.一种空心圆管金字塔型全复合材料点阵夹芯板的制备方法，其特征在于所述制备方法由以下步骤完成：步骤一：制备刚性模具；刚性模具由多个单体(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)的另一个斜面上与每对第一半圆形通孔(1-1)相对应位置处加工多对沿该斜面宽度方向贯通的第二半圆形通孔(1-2)，每对第二半圆形通孔(1-2)呈八字形设置，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)的多对第二半圆形通孔(1-2)相对应位置处加工多对第三半圆形通孔(2-1)，每对第三半圆形通孔(2-1)呈八字形设置，由边板(2)上的多对第三半圆形通孔(2-1)与相邻单体(1)上的多对第二半圆形通孔(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；
步骤二、处理模具：模具由刚性模具和多个热膨胀芯膜(5)构成，用丙酮溶液清洗刚性组合模具和多个热膨胀芯模(5)表面，然后用脱模剂处理模具的外表面；
步骤三、固定刚性组合模具：用夹具将刚性组合模具固定；
步骤四、复合材料空心圆管预成型：用预浸料或浸过树脂的纤维束包裹热膨胀芯模(5)并卷制成预浸料或缠绕纤维柱(6)，且纤维柱(6)的数量与热膨胀芯膜(5)的数量相等，纤维柱(6)的横截面形状与热膨胀芯膜(5)内腔的横截面形状相同；
步骤五、制备空心圆管结构：将制作好的带热膨胀芯模的纤维柱(6)塞进刚性组合模具的第一圆形通孔(3)和第二圆形通孔(4)内，纤维柱(6)的外径与刚性模具的圆形通孔的孔径相匹配，将多个纤维柱(6)的两端外露在刚性模具的外面；
步骤六、铺放面板：在刚性组合模具的上下表面按照0～90℃铺放单向纤维预浸料，在铺设过程中将露在钢性模具的外侧的纤维柱(6)沿其轴向逐渐劈开，并将其预埋于模具上下表面的预浸料之中；
步骤七、产品固化：将经步骤六形成的刚性组合模具和热膨胀芯模(5)的结构件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，纵向加压压力为0.5-1MPa，纤维柱(6)承受的横向压力为0.5-1MPa。
步骤八、脱模：拆下夹具，分别将刚性模具中的两个边板(2)和多个单体(1)拆卸下，再将热膨胀芯模(5)挤出；
步骤九、与面板粘接：将步骤八所得空心圆管结构与已经制备好的复合材料面板粘接，即制得空心圆管金字塔型全复合材料点阵夹芯板。
2.根据权利要求1所述空心圆管金字塔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热膨胀芯膜(5)由硅橡胶或聚甲基丙烯酰亚胺泡沫制成。
3.根据权利要求1或2所述空心圆管金字塔型全复合材料点阵夹芯板的制备方法，其特征在于步骤七中的固化温度为120℃，固化时间为2小时，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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