CN102358048B - 一种金字塔点阵夹芯结构的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
一种金字塔点阵夹芯结构的制备工艺，它涉及一种制备工艺。本发明为了解决现有制备纤维增强复合材料金字塔点阵夹芯板工艺复杂，生产效率低的问题。本发明采用的制备工艺过程是：步骤一：制备带有槽口的波纹板，步骤二：将带有槽口的波纹板沿着y轴方向切割成多个宽度与带有槽口的波纹板的槽口宽度相同的波纹条；步骤三：将多个波纹条相互嵌锁，嵌锁处用胶粘接，即制备出纤维增强的金字塔点阵芯子；步骤四：将嵌锁后的金字塔点阵芯子两个端面分别与两个碳纤维板粘接在一起，即制得金字塔型复合材料点阵夹芯结构。本发明适用于点阵夹芯结构的制备。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备工艺，具体涉及一种金字塔点阵夹芯结构的制备工艺。
背景技术
点阵结构是为了满足工程结构轻型化和多功能化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、可设计性强以及满足多功能化需求的优点。点阵结构既可以有效地承受外部载荷，又易于布线、植入微型器件、填充功能材料等，因此该类结构是超轻多功能结构的理想结构平台。人们可借助这一超轻结构平台，实现其它不同的功能，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。因此，点阵结构被认为是最有应用前景的新一代先进、轻质、超强韧多功能结构。
目前，点阵结构的制备主要以金属材料(如铝、钢等)为主，人们提出了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、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，先进复合材料具有更高的比强度和比刚度，是制备点阵结构的首选材料。然而，现有制备纤维增强复合材料金字塔点阵夹芯板工艺复杂，生产效率低。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有制备纤维增强复合材料金字塔点阵夹芯板工艺复杂，生产效率低的问题，进而提供一种金字塔点阵夹芯结构的制备工艺。
本发明的技术方案是：一种金字塔点阵夹芯结构的制备工艺，金字塔点阵夹芯结构的制备工艺过程如下：
步骤一：制备带有槽口的波纹板，制备带有槽口的波纹板的方法为一次成型热压法，一次成型热压法的具体过程如下：
设计并制造出上模和下模相配合的模具，上模上设有凸台，用丙酮溶液清洗模具表面，然后用脱模剂处理模具的外表面；
将预浸的无纬布铺设在下模的上表面，并保证无纬布中纤维方向沿着y轴方向铺设，即垂直于模具中通道x的方向；
将模具合模，放在热压机上加温、加压后固化，固化温度为120～130℃，固化压力为1～2MPa，固化时间为2.5～3.5小时；
模具脱模，完成带有槽口的波纹板的制备；
步骤二：将带有槽口的波纹板沿着y轴方向切割成多个宽度与带有槽口的波纹板的槽口宽度相同的波纹条；
步骤三：将多个波纹条相互嵌锁，嵌锁处用胶粘接，即制备出纤维增强的金字塔点阵芯子；
步骤四：将嵌锁后的金字塔点阵芯子两个端面分别与两个碳纤维板粘接在一起，即制得金字塔型复合材料点阵夹芯结构。
本发明还提供了一种金字塔点阵夹芯结构的制备工艺，金字塔点阵夹芯结构的制备工艺过程如下：
步骤一：制备带有槽口的波纹板，制备带有槽口的波纹板的方法为二次成型热压法，二次成型热压法的具体过程如下：
设计并制造出上模和下模相合的模具，用丙酮溶液清洗模具表面，然后用脱模剂处理模具的外表面；
将预浸的无纬布铺设在下的上表面，保证无纬布中纤维方向沿着y轴方向铺设，即垂直于模具中通道x的方向；
将模具合模，放在热压机上加温、加压后固化，固化温度为120～130℃，固化压力为1～2MPa，固化时间为2.5～3.5小时；
模具脱模，并在脱模后的波纹板上切割出相互嵌锁所需要的槽口，完成波纹板的制备；
步骤二：将带有槽口的波纹板沿着y轴方向切割成多个宽度与带有槽口的波纹板1的槽口宽度相同的波纹条；
步骤三：将多个波纹条相互嵌锁，嵌锁处用胶粘接，即制备出纤维增强的金字塔点阵芯子；
步骤四：将嵌锁后的金字塔点阵芯子两个端面与复合面板粘接在一起，即制得金字塔型复合材料点阵夹芯结构。
本发明还提供了一种金字塔点阵夹芯结构的制备工艺，金字塔点阵夹芯结构的制备工艺过程如下：
步骤一：制备带有槽口的波纹板，制备带有槽口的波纹板的方法为RTM工艺，RTM工艺的具体过程如下：
设计并制造出上模和下模的模具，上模上设有凸台，同时设计具有密封性的外腔体；
在内腔体的下模的上表面铺设纤维布，将内腔体的上模和下模相合后放入外腔体13，然后密封，注射树脂，固化温度为120～130℃，固化时间为2.5～3.5小时；
模具脱模，完成带有槽口的波纹板的制备；
步骤二：将带有槽口的波纹板沿着y轴方向切割成多个宽度与带有槽口的波纹板的槽口宽度相同的波纹条；
步骤三：将多个波纹条相互嵌锁，嵌锁处用胶粘接，即制备出纤维增强的金字塔点阵芯子；
步骤四：将嵌锁后的金字塔点阵芯子两个端面与复合面板粘接在一起，即制得金字塔型复合材料点阵夹芯结构。
本发明与现有技术相比具有以下效果：1.本发明在制备过程中有效的避免了穿长纤维束和树脂传递塑模的工艺过程，操作工艺简单，生产效率高。2.本发明采用嵌锁方法制备金字塔点阵夹芯结构，使得复合材料的力学性能得到充分发挥。
附图说明
图1是采用一次热压成型法制备带有槽口波纹板的上面模具示意图；图2是采用一次热压成型法制备带有槽口波纹板的下面模具示意图；图3是采用一次热压成型法制备带有槽口波纹板的模具合模示意图；图4是带有槽口的波纹板示意图；图5是带有槽口波纹板切割后的波纹条；图6是图5在A处的放大图；图7是波纹条相互嵌锁组装示意图；图8是相互嵌锁组装成的金字塔点阵芯子示意图；图9是金字塔点阵夹芯板示意图；图10是下模6拐角处的局部放大图；图11是采用二次成型热压法制备带有槽口波纹板的上模8和下模9合模时的示意图；图12是采用二次成型热压法脱模后的波纹板10的示意图；图13是采用RTM工艺制备带有槽口波纹板的上模11和下模12相合后放入外腔体13后的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图9说明本实施方式，本实施方式的一种金字塔点阵夹芯结构的制备工艺过程如下：
步骤一：制备带有槽口的波纹板1，制备带有槽口的波纹板1的方法为一次成型热压法，一次成型热压法的具体过程如下：
设计并制造出上模5和下模6相配合的模具，上模5上设有凸台5-1，用丙酮溶液清洗模具表面，然后用脱模剂处理模具的外表面；
将预浸的无纬布铺设在下模6的上表面，并保证无纬布中纤维方向沿着y轴方向铺设，即垂直于模具中通道x的方向；
将模具合模，放在热压机上加温、加压后固化，固化温度为120～130℃，固化压力为1～2MPa，固化时间为2.5～3.5小时；
模具脱模，完成带有槽口的波纹板1的制备；
步骤二：将带有槽口的波纹板1沿着y轴方向切割成多个宽度与带有槽口的波纹板1的槽口宽度相同的波纹条2；
步骤三：将多个波纹条2相互嵌锁，嵌锁处用胶粘接，即制备出纤维增强的金字塔点阵芯子3；
步骤四：将嵌锁后的金字塔点阵芯子3两个端面分别与两个碳纤维板7粘接在一起，即制得金字塔型复合材料点阵夹芯结构4。
本实施方式的X轴为下模6的宽度方向，Y轴为下模6的长度方向。
具体实施方式二：结合图1-图9说明本实施方式，本实施方式的步骤一中，无纬布为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或者编织纤维布预浸料。便于制备出纤维增强的金字塔点阵芯子3。其它方法步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图10说明本实施方式，本实施方式的步骤一中，上模和下模的拐角处均设有圆弧倒角。有效的减少了模具在制备点阵结构过程中所产生的应力集中。其它方法步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图4-图9、图11和图12说明本实施方式，本实施方式的一种金字塔点阵夹芯结构的制备工艺过程如下：
步骤一：制备带有槽口的波纹板1，制备带有槽口的波纹板1的方法为二次成型热压法，二次成型热压法的具体过程如下：
设计并制造出上模8和下模9相合的模具，用丙酮溶液清洗模具表面，然后用脱模剂处理模具的外表面；
将预浸的无纬布铺设在下模9的上表面，保证无纬布中纤维方向沿着y轴方向铺设，即垂直于模具中通道x的方向；
将模具合模，放在热压机上加温、加压后固化，固化温度为120～130℃，固化压力为1～2MPa，固化时间为2.5～3.5小时；
模具脱模，并在脱模后的波纹板10上切割出相互嵌锁所需要的槽口，完成带有槽口的波纹板1的制备；
步骤二：将带有槽口的波纹板1沿着y轴方向切割成多个宽度与带有槽口的波纹板1的槽口宽度相同的波纹条2；
步骤三：将多个波纹条2相互嵌锁，嵌锁处用胶粘接，即制备出纤维增强的金字塔点阵芯子3；
步骤四：将嵌锁后的金字塔点阵芯子3两个端面与复合面板粘接在一起，即制得金字塔型复合材料点阵夹芯结构4。
本实施方式的无纬布为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或编织纤维布预浸料。
具体实施方式五：结合图4-图9、图11和图12说明本实施方式，本实施方式的步骤四中，制得的金字塔型复合材料点阵夹芯结构4为复合材料点阵夹芯板、复合材料点阵夹芯梁或复合材料点阵夹芯壳。便于应用到各个领域中。其它方法步骤与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：结合图4-图9、图11和图12说明本实施方式，本实施方式的步骤四中的复合面板为树脂基复合材料面板、陶瓷材料面板或金属材料面板。力学结构性能好。其它方法步骤与具体实施方式四或五相同。
具体实施方式七：结合图4-图9和图13说明本实施方式，本实施方式的金字塔点阵夹芯结构的制备工艺过程如下：
步骤一：制备带有槽口的波纹板1，制备带有槽口的波纹板1的方法为RTM工艺，RTM工艺的具体过程如下：
设计并制造出内腔体的上模11和内腔体的下模12的模具，内腔体的上模11上设有凸台11-1，同时设计具有密封性的外腔体13；
在内腔体的下模12的上表面铺设纤维布，将内腔体的上模11和下模12相合后放入外腔体13，然后密封，注射树脂，固化温度为120～130℃，固化时间为2.5～3.5小时；
模具脱模，完成带有槽口的波纹板1的制备；
步骤二：将带有槽口的波纹板1沿着y轴方向，即垂直于模具中通道x的方向，切割成多个宽度与带有槽口的波纹板1的槽口宽度相同的波纹条2；
步骤三：将多个波纹条2相互嵌锁，嵌锁处用胶粘接，即制备出纤维增强的金字塔点阵芯子3；
步骤四：将嵌锁后的金字塔点阵芯子3两个端面与复合面板粘接在一起，即制得金字塔型复合材料点阵夹芯结构4。
本实施方式的纤维布为玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维。
本实施方式的夹芯结构面板和芯子采用不同的材料体系，点阵夹芯结构为金属面板和复合材料芯子或复合材料面板和金属芯子。
具体实施方式八：结合图4-图9和图13说明本实施方式，本实施方式的步骤一中，纤维布为玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维。便于制备出纤维增强的金字塔点阵芯子3。其它方法步骤与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：结合图4-图9和图13说明本实施方式，本实施方式的步骤四中，制得的金字塔型复合材料点阵夹芯结构4为复合材料点阵夹芯板、复合材料点阵夹芯梁或复合材料点阵夹芯壳。便于应用到各个领域中。其它方法步骤与具体实施方式七或八相同。
具体实施方式十：结合图4-图10说明本实施方式，本实施方式的步骤一中，内腔体的上模11和内腔体的下模12的拐角处均设有圆弧倒角。有效的减少了模具在制备点阵结构过程中所产生的应力集中。其它方法步骤与具体实施方式七、八或九相同。
Claims (10)
1.一种金字塔点阵夹芯结构的制备工艺，其特征在于：金字塔点阵夹芯结构的制备工艺过程如下：
步骤一：制备带有槽口的波纹板(1)，制备带有槽口的波纹板(1)的方法为一次成型热压法，一次成型热压法的具体过程如下：
设计并制造出上模(5)和下模(6)相配合的模具，上模(5)上设有凸台(5-1)，用丙酮溶液清洗模具表面，然后用脱模剂处理模具的外表面；
将预浸的无纬布铺设在下模(6)的上表面，并保证无纬布中纤维方向沿着y轴方向铺设，即垂直于模具中通道x的方向；
将模具合模，放在热压机上加温、加压后固化，固化温度为120～130℃，固化压力为1～2MPa，固化时间为2.5～3.5小时；
模具脱模，完成带有槽口的波纹板(1)的制备；
步骤二：将带有槽口的波纹板(1)沿着y轴方向切割成多个宽度与带有槽口的波纹板(1)的槽口宽度相同的波纹条(2)；
步骤三：将多个波纹条(2)相互嵌锁，嵌锁处用胶粘接，即制备出纤维增强的金字塔点阵芯子(3)；
步骤四：将嵌锁后的金字塔点阵芯子(3)两个端面分别与两个碳纤维板(7)粘接在一起，即制得金字塔型复合材料点阵夹芯结构(4)。
2.根据权利要求1所述的一种金字塔点阵夹芯结构的制备工艺，其特征在于：步骤一中，无纬布为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或者编织纤维布预浸料。
3.根据权利要求1或2所述的一种金字塔点阵夹芯结构的制备工艺，其特征在于：步骤一中，上模(5)和下模(6)的拐角处均设有圆弧倒角。
4.一种金字塔点阵夹芯结构的制备工艺，其特征在于：金字塔点阵夹芯结构的制备工艺过程如下：
步骤一：制备带有槽口的波纹板(1)，制备带有槽口的波纹板(1)的方法为二次成型热压法，二次成型热压法的具体过程如下：
设计并制造出上模(8)和下模(9)相合的模具，用丙酮溶液清洗模具表面，然后用脱模剂处理模具的外表面；
将预浸的无纬布铺设在下模(9)的上表面，保证无纬布中纤维方向沿着y轴方向铺设，即垂直于模具中通道x的方向；
将模具合模，放在热压机上加温、加压后固化，固化温度为120～130℃，固化压力为1～2MPa，固化时间为2.5～3.5小时；
模具脱模，并在脱模后的波纹板(10)上切割出相互嵌锁所需要的槽口，完成波纹板(1)的制备；
步骤二：将带有槽口的波纹板(1)沿着y轴方向切割成多个宽度与带有槽口的波纹板(1)的槽口宽度相同的波纹条(2)；
步骤三：将多个波纹条(2)相互嵌锁，嵌锁处用胶粘接，即制备出纤维增强的金字塔点阵芯子(3)；
步骤四：将嵌锁后的金字塔点阵芯子(3)两个端面与复合面板粘接在一起，即制得金字塔型复合材料点阵夹芯结构(4)。
5.根据权利要求4所述的一种金字塔点阵夹芯结构的制备工艺，其特征在于：步骤四中，制得的金字塔型复合材料点阵夹芯结构(4)为复合材料点阵夹芯板、复合材料点阵夹芯梁或复合材料点阵夹芯壳。
6.根据权利要求5所述的一种金字塔点阵夹芯结构的制备工艺，其特征在于：步骤四中的复合面板为树脂基复合材料面板、陶瓷材料面板或金属材料面板。
7.一种金字塔点阵夹芯结构的制备工艺，其特征在于：金字塔点阵夹芯结构的制备工艺过程如下：
步骤一：制备带有槽口的波纹板(1)，制备带有槽口的波纹板(1)的方法为RTM工艺，RTM工艺的具体过程如下：
设计并制造出内腔体的上模(11)和内腔体的下模(12)的模具，内腔体的上模(11)上设有凸台(11-1)，同时设计具有密封性的外腔体(13)；
在内腔体的下模(12)的上表面铺设纤维布，将内腔体的上模(11)和下模(12)相合后放入外腔体(13)，然后密封，注射树脂，固化温度为120～130℃，固化时间为2.5～3.5小时；
模具脱模，完成带有槽口的波纹板(1)的制备；
步骤二：将带有槽口的波纹板(1)沿着y轴方向，即垂直于模具中通道x的方向，切割成多个宽度与带有槽口的波纹板(1)的槽口宽度相同的波纹条(2)；
步骤三：将多个波纹条(2)相互嵌锁，嵌锁处用胶粘接，即制备出纤维增强的金字塔点阵芯子(3)；
步骤四：将嵌锁后的金字塔点阵芯子(3)两个端面与复合面板粘接在一起，即制得金字塔型复合材料点阵夹芯结构(4)。
8.根据权利要求7所述的一种金字塔点阵夹芯结构的制备工艺，其特征在于：步骤一中，纤维布为玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维。
9.根据权利要求8所述的一种金字塔点阵夹芯结构的制备工艺，其特征在于：步骤一中，注射的树脂为环氧树脂、双马来酰亚胺树脂或氰酸酯树脂。
10.根据权利要求7、8或9所述的一种金字塔点阵夹芯结构的制备工艺，其特征在于：步骤一中，内腔体的上模(11)和内腔体的下模(12)的拐角处均设有圆弧倒角。
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