CN102367019A

CN102367019A - 一种纤维增强三维夹芯复合材料

Info

Publication number: CN102367019A
Application number: CN2011103421583A
Authority: CN
Inventors: 马健; 匡宁; 郑云; 王晓文; 张艳红
Original assignee: Sinoma Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Sinoma Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2011-11-03
Filing date: 2011-11-03
Publication date: 2012-03-07

Abstract

本发明公开了一种纤维增强三维夹芯复合材料，包括至少两层的纤维增强层，以及至少一层的芯层，所述芯层位于两相邻纤维增强层之间；前述纤维增强层与芯层的接触面上均设有经树脂浸润后的毛圈，所述毛圈嵌入芯层的基体内。本发明结构简单、制作工艺简单、成本低、面层与芯层不易分离，且产品的力学性能好。

Description

一种纤维增强三维夹芯复合材料

技术领域

本发明涉及一种纤维增强三维夹芯复合材料。

背景技术

自二十世纪四十年代开始，低密度三维夹芯层料复合材料就被广泛地应用于航空航天、船舶、交通、建筑、能源等领域。三维夹芯复合材料可提高弯曲强度、降低重量，具有相同负荷能力的夹层结构要比实体层状结构轻好几倍。三维夹芯复合材料能够降低单位体积的成本、削弱噪音与震动、增加耐热、抗疲劳和防火性能等。三维夹芯复合材料的作用机理是将剪切力从表皮层传向内层，使两个表皮层在静态和动态载荷下都能保持稳定，并且吸收冲击能来提供抗破坏性能。

目前市场上的三维夹芯复合材料通常是采用厚度较小、强度高、刚度大的材料作为面层，采用密度小、厚度较大、能承受一定剪切力的材料作为芯层，再用胶接的方法将面层和芯层连接起来。这种三维夹芯复合材料的主要特点是抗弯刚度大，可在结构质量较小的情况下承受较大的弯曲载荷，具有较高的抗弯刚度和质量比。但是，当其受到冲击时，可能会导致面层与芯层之间发生脱落、面层损伤、芯层塌陷、整体贯穿；或者当面层破坏后导致水或其他物质渗入芯层，从而使芯层结构失效。另外，这种三维夹芯复合材料的受损修复也比较困难，而且即使修复后其功能也不能完全恢复。

为了提高三维夹芯复合材料的整体性能，采用穿刺、缝合等工艺在面层与芯层之间引入Z向纤维。这种制作工艺虽然提高了三维夹芯复合材料的剪切、弯曲、抗冲击等强度，但由于其加工复杂、效率较低，无法进行规模化生产。近年来出现的三维整体夹芯织物增强复合材料，所采用的三维预制件，其上增强层和下增强层在芯层填充之前即已连接。这就使得后期芯层的填充工艺变得相当复杂且困难。同时，该复合材料的三维预制体由于受织造工艺的限制，其总体高度、面层厚度与层数有限，从而也限制了该类结构复合材料的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的三维夹芯复合材料整体性能强的成本高、制作过程复杂且难度高，成本低、容易制作的三维夹芯复合材料，整体性能差。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种纤维增强三维夹芯复合材料，包括至少两层的纤维增强层，以及至少一层的芯层，所述芯层位于两相邻纤维增强层之间；前述纤维增强层与芯层的接触面上均设有经树脂浸润后的毛圈，所述毛圈嵌入芯层的基体内。

将带毛圈的纤维增强层放入树脂中浸润后，毛圈与纤维增强层的表面基本垂直，使毛圈可以深入到中间芯层的基体中，从而使各连接层间的剪切强度、抗冲击性能和压缩性能都得到了很大的提高；前述毛圈一般通过梳理纤维增强层表面得到，即毛圈与纤维增强层材质一样。

为进一步加强复合材料的整体性能，所述毛圈均匀设置在纤维增强层与芯层的接触面上，其高度为2～40mm，平面密度为1～200根/cm²。

作为本发明的一种改进，所述芯层为发泡材料或蜂窝材料。

所述芯层采用发泡材料时，所述发泡材料为酚醛泡沫、聚氨酯泡沫、环氧泡沫、聚氯乙烯泡沫或聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，芯层厚度为5～100mm。

所述芯层采用蜂窝材料时，所述蜂窝材料为铝蜂窝、纸蜂窝或塑料蜂窝，芯层厚度为5～40mm。

作为本发明的一种改进方案，所述纤维增强层的材质为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维中的一种或两种以上的混合纤维。各种纤维的特点不同，如玻璃纤维绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，玄武岩纤维具有优良的耐化学性，因此，本领域技术人员可以根据生产需要，选用一种纤维单用，或按需要的比例，选用两种以上的纤维混合使用。

作为本发明的另一种改进方案，所述浸润设有毛圈的纤维增强层时采用的树脂为酚醛类、环氧类、聚酯类或聚酰亚胺类树脂。

本发明的优点是：结构简单、制作工艺简单、成本低、面层与芯层不易分离，且产品的力学性能好。

四、附图说明

图1纤维增强层的结构示意图；

图2为图1的A向视图；

图3为实施例1结构1的示意图；

图4为图3的A向视图；

图5为实施例1结构2的示意图；

图6为图5的A向视图；

图7为蜂窝材料的结构示意图；

图8为图7的A向视图；

图9为实施例2的结构示意图；

图10为图9的A向视图。

五、具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

实施例1（芯层采用泡沫材料）

如图1-4所示，本发明包括两层经树脂浸润和固化的纤维增强层1、一层芯层3，所述芯层3位于两纤维增强层1之间；纤维增强层1与芯层3的接触面上设有毛圈2，毛圈2嵌入到发泡芯层3的基体中，这样，两层纤维增强层1通过其表面的毛圈2与芯层3相连接。

生产产品时，首先，将两层设有毛圈2的纤维增强层1浸入酚醛树脂中浸润，浸润完毕后取出，然后，在两层纤维增强层1之间填充酚醛泡沫材料，形成芯层3；在纤维增强层1和芯层3固化后，纤维增强层1表面的毛圈2即嵌入到发泡芯层3膨胀的基体中，芯层膨胀后的厚度为100mm，毛圈嵌入芯层中的厚度为40mm，毛圈的平面密度为80根/cm2。

如图5-6所示，本发明包括三层经树脂浸润和固化的纤维增强层1、两层芯层3，每两层纤维增强层1之间夹有一层芯层3；纤维增强层1与芯层3的接触面上设有毛圈2，毛圈2嵌入到发泡芯层3的基体中，达到纤维增强层1与芯层3连接的目的。

生产产品时，首先，将三层设有毛圈2的纤维增强层1浸入酚醛树脂中浸润，浸润完毕后取出，然后，在各相邻两层纤维增强层1之间填充酚醛泡沫材料，形成两层芯层3；在纤维增强层1和芯层3固化后，三层纤维增强层1表面的毛圈2即嵌入到发泡芯层3膨胀的基体中，芯层膨胀后的厚度为80mm，第一层和第三层纤维增强层表面的毛圈嵌入芯层中的厚度为30mm，第二层纤维增强层表面的毛圈嵌入芯层中的厚度为20mm，毛圈的平面密度为80根/cm2。

上述复合材料还可包括四层及四层以上经树脂浸润和固化的纤维增强层。

实施例2（芯层采用蜂窝材料）

如图7-10所示，一种纤维增强三维夹芯复合材料，该复合材料包括两层经树脂浸润和固化的纤维增强层1和夹在纤维增强层1之间的芯层3；纤维增强层1与芯层3的接触面上设有毛圈2，毛圈2嵌入到蜂窝芯层3的基体中，这样，两层纤维增强层1通过其表面的毛圈2与芯层3相连接。

生产产品时，将两层设有毛圈2的纤维增强层1浸入环氧树脂中浸润；选择厚度为40mm的铝蜂窝作为芯层3，并在其上下两个层面各涂覆一层环氧树脂胶衣；将两层纤维增强层1贴覆在芯层3的上下两面，待纤维增强层1固化后，纤维增强层1表面的毛圈2即嵌入到蜂窝芯层3的基体中，毛圈2嵌入芯层3基体中的厚度为10mm，毛圈的平面密度为100根/cm²。

上述复合材料还可包括三层及三层以上经树脂浸润和固化的纤维增强层。

Claims

1.一种纤维增强三维夹芯复合材料，包括至少两层的纤维增强层（1），以及至少一层的芯层（3），所述芯层（3）位于两相邻纤维增强层（1）之间；其特征在于，前述纤维增强层（1）与芯层（3）的接触面上均设有经树脂浸润后的毛圈（2），所述毛圈（2）嵌入芯层（3）的基体内。

2.根据权利要求1所述的一种纤维增强三维夹芯复合材料，其特征在于，所述毛圈（3）均匀设置在纤维增强层（1）与芯层（3）的接触面上，其高度为2～40mm，平面密度为1～200根/cm²。

3.根据权利要求1或2所述的一种纤维增强三维夹芯复合材料，其特征在于，所述芯层（3）为发泡材料或蜂窝材料。

4.根据权利要求3所述的一种纤维增强三维夹芯复合材料，其特征在于，所述芯层（3）采用发泡材料时，所述发泡材料为酚醛泡沫、聚氨酯泡沫、环氧泡沫、聚氯乙烯泡沫或聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，芯层（3）厚度为5～100mm。

5.根据权利要求3所述的一种纤维增强三维夹芯复合材料，其特征在于，所述芯层（3）采用蜂窝材料时，所述蜂窝材料为铝蜂窝、纸蜂窝或塑料蜂窝，芯层（3）厚度为5～40mm。

6.根据权利要求1或2所述的一种纤维增强三维夹芯复合材料，其特征在于，所述纤维增强层（1）的材质为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维中的一种或两种以上的混合纤维。

7.根据权利要求1或2所述的一种纤维增强三维夹芯复合材料，其特征在于，所述浸润设有毛圈的纤维增强层（1）时采用的树脂为酚醛类、环氧类、聚酯类或聚酰亚胺类树脂。