CN102115938A - 一类新型结构的整体中空夹芯复合材料 - Google Patents

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曹海建
钱坤
李鸿顺
俞科静
李文敏
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Abstract

本发明涉及一类新型结构的整体中空夹芯复合材料。此结构选取2.5维多层结构和整体中空夹芯结构混杂交织。根据实际情况上面板可以选用深角联、浅交直联、浅交弯联等2.5维结构；中间层采用整体中空夹芯结构，整体一次成型。该结构不仅能满足材料的一般性能要求，而且能够有效地改善材料的抗冲击性能，提高材料的损伤容限，从而进一步扩大材料的应用领域和范围。

Description

一类新型结构的整体中空夹芯复合材料
所属技术领域
本发明涉及一类新型结构的整体中空夹芯复合材料，尤其是一类三维机织整体中空夹芯结构复合材料设计领域。该结构设计有利于提高材料的抗冲击损伤和损伤容限，进一步扩大该类材料的应用领域和范围。
背景技术
(1)传统三维机织整体中空夹芯复合材料具有许多优良的特性：材料的上下两面板和芯部是整体一次成型，可防止表芯界面之间连接强度低而易被破坏，满足了材料厚度(“Z”向)增强的要求；材料两面板之间的中空结构可以设置预埋件、监控元件、光纤、导线及发泡体系等，同时兼具隔音、防火等优越性能。因此三维机织整体中空夹芯复合材料得到了广泛的应用，如双层油罐体、夹芯保温板、隔音板等。
(2)复合材料的抗冲击损伤和损伤容限是结构材料应用中两个非常关键的问题，优良的复合材料韧性是保证其广泛应用和发展的关键。传统三维机织整体中空夹芯复合材料在抗冲击损伤方面存在一定的缺陷：材料上下面板通常为单层平纹组织，面板厚度较薄(0.2～0.4mm)，材料的抗低速冲击能力较弱，且材料受冲击后的损伤容限(剩余力学性能)较差，这在很大程度上限制了其在某些特殊领域的应用。
(3)本发明综合考虑材料的结构、成本和力学性能要求，设计了一类新型结构的整体中空夹芯复合材料，在传统三维机织整体中空夹芯复合材料的结构基础上，将材料的上面板设计成2.5维多层结构。该设计将极大地改善材料的抗冲击性能，而且该结构仍然为整体一次成型，避免了材料冲击过程中易分层问题；此外可以在该结构的中空部分填充泡沫或其他韧性物质，增强该材料对冲击能的吸收。
国内外关于采用该新型结构的整体中空夹芯复合材料的相关专利还未见报道。
发明内容
本发明主要解决的问题是传统整体中空夹芯复合材料的上下面板薄，材料抗冲击性能差，在一定程度上限制了其应用范围。
为解决这个问题，本发明从结构入手，在原有结构基础上，将材料的上面板设计成2.5维多层结构，材料的芯材高度保持不变，下面板仍采用单层平纹或斜纹结构。具体如下：
1、此结构选取2.5维多层结构和整体中空夹芯结构混杂交织。根据实际情况上面板可以选取深角联、浅交直联、浅交弯联等2.5维结构；中间层采用整体中空夹芯结构。
2、本发明采用机织成型。在织造过程中，经纱由三个送经系统控制，地经由消极式送经系统控制，绒经和上面板的经纱由积极式送经系统控制，使预制件达到设计的高度；纬纱采用单剑杆引纬，可以根据性能要求采用不同的纱线。
附图说明
图1传统三维机织整体中空夹芯复合材料示意图(经向)
图2新型三维机织整体中空夹芯复合材料示意图(经向)
图3新型三维机织整体中空夹芯复合材料织造原理图
具体实施方式
下面结合附图对新型整体中空夹芯复合材料的具体实施方式进行说明。
结合附图2，该图为新型三维机织整体中空夹芯复合材料示意图(经向)。上面板层2.5维多层结构可以选用浅交直联(图2a)、浅交弯联(图2b)、深角联(图2c)等，层数在此结构基础上可以相应的增加或减少；中间层采用整体中空夹芯结构，中间芯柱的结构可以采用“8”、“88”、“U”、“W”等。两个结构中间用纱线交织而成，从而形成一个整体。
结合附图3，该图为新型三维机织整体中空夹芯复合材料织造原理图。在织造过程中，经纱由三个送经系统控制，地经1由消极式送经系统控制(即定张力送经)，绒经2和2.5维多层结构的经纱3分别由两个积极式送经系统控制(即定长送经)；纬纱4采用单剑杆引纬，供纬系统有两个，可以变换纬纱，使材料能满足更多的性能和用途需要。纱线在综框5的带动下形成梭口，绒经2和2.5维多层结构的纱线3根据设计的送经量主动送经，形成如图2所示的整体中空夹芯结构复合材料。
本发明与传统的三维机织整体中空夹芯复合材料相比，上面板采用2.5维多层结构，在满足材料基本力学性能要求的同时，改善了材料的抗冲击性能，并考虑了材料的成本问题，使材料的应用领域不断扩大。

Claims (3)

1.一类新型结构的整体中空夹芯复合材料，其特征是：该新型材料由2.5维多层结构和整体中空夹芯结构混杂交织、整体一次成型。
2.根据权利要求1所述的整体中空夹芯结构复合材料，其特征是：新型三维机织整体中空夹芯复合材料上面板层采用2.5维多层结构，包括浅交直联(图2a)、浅交弯联(图2b)、深角联(图2c)等；中间层采用整体中空夹芯结构，芯柱形式包括“8”、“88”、“U”、“W”等；两个结构中间用纱线交织而成，整体一次成型。。
3.根据权利要求1所述的整体中空夹芯结构复合材料，其特征是：织造过程中，经纱由三个送经系统控制，地经1由消极式送经系统控制(定张力送经)，绒经2和经纱3分别由两个积极式送经系统控制(定长送经)；纬纱4采用单剑杆引纬，供纬系统有两个，可以变换纬纱；纱线在综框5的带动下形成梭口。
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