CN102371707A - 一种基于堆垛的复合材料点阵夹芯板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于堆垛的复合材料点阵夹芯板及其制备方法，它涉及一种点阵夹芯板及其制备方法。本发明是为了解决现有的点阵夹芯结构存在结构形式较为复杂，从而导致制备工艺复杂，限制了工程应用的选材范围的问题。技术要点：所述点阵芯子由若干根纤维复合材料柱逐层堆垛而成，每层内的纤维复合材料柱之间互相平行；层间的纤维复合材料柱通过胶接的方式固定。将纤维复合材料柱切成需要的长短及尺寸；将每根纤维复合材料柱沿着定位装置按照特定的角度平行铺放形成第一层；铺放第二层中的每根纤维复合材料柱；铺放第n层，直至所需的层数形成点阵芯子；将所形成的点阵芯子与上面板、下面板胶接粘在一起即形成基于堆垛的复合材料点阵夹芯板。该结构形式及制备工艺简单。

Description

一种基于堆垛的复合材料点阵夹芯板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种点阵夹芯板及其制备方法。
背景技术
点阵夹芯结构由于其高效的结构形式，近年来很快发展成为力学性能可以与传统蜂窝相当的结构。目前，由于结构母体材料的不同，大体包括金属点阵结构和复合材料点阵结构。复合材料由于其本身较金属更高的比刚度和比强度，使复合材料点阵结构越来越显示出其在航空航天、交通、能源等领域更广阔的应用前景。然而，由于复合材料结构的制备工艺较为复杂，复合材料点阵结构形式主要以金字塔形和四面体形较为多见，结构较为复杂。
发明内容
本发明是为解决现有的点阵夹芯结构存在结构形式较为复杂，从而导致制备工艺复杂，限制了工程应用的选材范围的问题，进而提供了一种基于堆垛的复合材料点阵夹芯板及其制备方法。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
本发明所述的基于堆垛的复合材料点阵夹芯板由上面板、下面板和点阵芯子构成，点阵芯子固定设在平行设置的上面板与下面板之间，所述点阵芯子由若干根纤维复合材料柱逐层堆垛而成，每层内的纤维复合材料柱之间互相平行；层间的纤维复合材料柱通过胶接的方式固定。
上述基于堆垛的复合材料点阵夹芯板的制备方法的具体过程为：
步骤一、将纤维复合材料柱切成需要的长短及尺寸；
步骤二、将每根纤维复合材料柱沿着定位装置按照特定的角度θ1平行铺放形成第一层；定位装置由矩形板和多个立柱构成，多个立柱沿着矩形板的四周边缘均布对称固定在矩形板的上端面上；每根纤维复合材料柱通过立柱定位铺放，每根纤维复合材料柱位于正对或斜对的两行立柱之间；θ1为第一层纤维复合材料柱的轴线与X轴的夹角，-80≤θ1≤+80°，X轴是预先任意选定的参考方向轴，以矩形板的上端面的一边所在直线为X轴；
步骤三、按照预先设计好的第二层纤维复合材料柱的角度θ2，来铺放第二层中的每根纤维复合材料柱；θ2为第二层纤维柱轴线与X轴的夹角；第二层中的纤维复合材料柱与第一层中的纤维复合材料柱之间用胶接的方式固定；
步骤四、按照步骤三的方式，以θn铺放第n层，直至所需的层数，θn为第n层纤维柱与X轴的夹角，n＝3，4...；形成点阵芯子(3)；
步骤五、将所形成的点阵芯子即将与上面板、下面板粘接的端面打磨平整后，与上面板、下面板胶接粘在一起，即形成基于堆垛的复合材料点阵夹芯板。
本发明的有益效果是：本发明提出了一种新的拓朴构型复合材料点阵结构，并提供了其制备方法。该新型结构的性能可以通过不同的层间铺层角度θ及铺层顺序[θ1/θ2/.../θn]来设计，可以与现有的金字塔及四面体型复合材料点阵结构抗压性能相当，但其结构形式与制备工艺却更为简单。该新型结构的发展将会扩大工程应用的选材范围，推进复合材料点阵结构的应用。本发明丰富了复合材料点阵结构的结构形式，提高了工程应用的选材范围。
附图说明
图1纤维柱的截面图(图1a为圆形、图1b为三角形、图1c为方形、图1d为圆环、图1e为三角形环、图1f为方环)；图2为纤维柱逐层铺放示意图；图3为点阵芯子与上下面板粘接示意图(纤维柱的截面为圆环，即纤维柱为空管，铺层为0度与90度交替铺放)；图4新型复合材料点阵夹芯结构的示意图(纤维柱为空管，铺层为0度与90度交替铺放)；图5是利用定位装置4铺设根纤维复合材料柱的状态示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1～5所示，本实施方式所述的一种基于堆垛的复合材料点阵夹芯板由上面板1、下面板2和点阵芯子3构成，点阵芯子3固定设在平行设置的上面板1与下面板2之间，所述点阵芯子3由若干根纤维复合材料柱3-1逐层堆垛而成，每层内的纤维复合材料柱之间互相平行；层间的纤维复合材料柱通过胶接的方式固定。
每层结构的铺放角可以随意设计。点阵芯子为若干根纤维柱按照特定的方式逐层堆垛而成，层内的纤维柱之间互相平行；不同的层之间按照预先设计的倾斜角度进行逐层堆垛，层间的杆件通过胶接的方式固定，最后形成的点阵芯子的上端面与上面板的下平面胶接固定，点阵芯子的下端面与下面板的上平面胶接固定。
具体实施方式二：如图1～5所示，本实施方式中每相邻两层之间的纤维复合材料柱按纵横交错设置。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：如图1～5所示，本实施方式中不同的纤维复合材料柱层之间按照-80～+80°的倾斜角度进行逐层堆垛。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：如图1～5所示，本实施方式所述纤维复合材料是纤维增强树脂基复合材料。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：如图1～5所示，本实施方式所述纤维复合材料是纤维增强金属基复合材料。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：如图1～5所示，本实施方式所述纤维复合材料柱的截面为圆形、三角形、方形、圆环、三角形环或方环。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：如图1～5所示，本实施方式为上述基于堆垛的复合材料点阵夹芯板的制备方法，所述方法的具体过程为：
步骤一、将纤维复合材料柱切成需要的长短及尺寸；
步骤二、将每根纤维复合材料柱沿着定位装置4按照特定的角度θ1平行铺放形成第一层；定位装置4由矩形板4-1和多个立柱4-2构成，多个立柱4-2沿着矩形板4-1的四周边缘均布对称固定在矩形板4-1的上端面上；每根纤维复合材料柱3-1通过立柱4-2定位铺放，每根纤维复合材料柱3-1位于正对或斜对的两行立柱4-2之间；θ1为第一层纤维复合材料柱的轴线与X轴的夹角，-80≤θ1≤+80°，X轴是预先任意选定的参考方向轴，以矩形板4-1的上端面的一边所在直线为X轴；
步骤三、按照预先设计好的第二层纤维复合材料柱的角度θ2，来铺放第二层中的每根纤维复合材料柱；θ2为第二层纤维柱轴线与X轴的夹角；第二层中的纤维复合材料柱与第一层中的纤维复合材料柱之间用胶接的方式固定；
步骤四、按照步骤三的方式，以θn铺放第n层，直至所需的层数，θn为第n层纤维柱与X轴的夹角，n＝3，4...；形成点阵芯子(3)；
若干根纤维复合材料柱3-1逐层堆垛在定位装置4的矩形板4-1上，多个立柱4-2用于定位，待若干根纤维复合材料柱3-1牢固粘结在一起时，去掉定位装置4形成点阵芯子3；
步骤五、将所形成的点阵芯子即将与上面板1、下面板2粘接的端面打磨平整后，与上面板1、下面板2胶接粘在一起，即形成基于堆垛的复合材料点阵夹芯板。

Claims (7)

1.一种基于堆垛的复合材料点阵夹芯板，所述点阵夹芯板由上面板(1)、下面板(2)和点阵芯子(3)构成，点阵芯子(3)固定设在平行设置的上面板(1)与下面板(2)之间，其特征在于：所述点阵芯子(3)由若干根纤维复合材料柱(3-1)逐层堆垛而成，每层内的纤维复合材料柱之间互相平行；层间的纤维复合材料柱通过胶接的方式固定。
2.根据权利要求1所述的一种基于堆垛的复合材料点阵夹芯板，其特征在于：每相邻两层之间的纤维复合材料柱按纵横交错设置。
3.根据权利要求1所述的一种基于堆垛的复合材料点阵夹芯板，其特征在于：不同的纤维复合材料柱层之间按照-80～+80°的倾斜角度进行逐层堆垛。
4.根据权利要求1所述的一种基于堆垛的复合材料点阵夹芯板，其特征在于：所述纤维复合材料是纤维增强树脂基复合材料。
5.根据权利要求1所述的一种基于堆垛的复合材料点阵夹芯板，其特征在于：所述纤维复合材料是纤维增强金属基复合材料。
6.根据权利要求1所述的一种基于堆垛的复合材料点阵夹芯板，其特征在于：所述纤维复合材料柱的截面为圆形、三角形、方形、圆环、三角形环或方环。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的基于堆垛的复合材料点阵夹芯板的制备方法，其特征在于所述方法的具体过程为：
步骤一、将纤维复合材料柱切成需要的长短及尺寸；
步骤二、将每根纤维复合材料柱沿着定位装置(4)按照特定的角度θ1平行铺放形成第一层；定位装置(4)由矩形板(4-1)和多个立柱(4-2)构成，多个立柱(4-2)沿着矩形板(4-1)的四周边缘均布对称固定在矩形板(4-1)的上端面上；每根纤维复合材料柱(3-1)通过立柱(4-2)定位铺放，每根纤维复合材料柱(3-1)位于正对或斜对的两行立柱(4-2)之间；θ1为第一层纤维复合材料柱的轴线与X轴的夹角，-80≤θ1≤+80°，X轴是预先任意选定的参考方向轴，以矩形板(4-1)的上端面的一边所在直线为X轴；
步骤三、按照预先设计好的第二层纤维复合材料柱的角度θ2，来铺放第二层中的每根纤维复合材料柱；θ2为第二层纤维柱轴线与X轴的夹角；第二层中的纤维复合材料柱与第一层中的纤维复合材料柱之间用胶接的方式固定；
步骤四、按照步骤三的方式，以θn铺放第n层，直至所需的层数，θn为第n层纤维柱与X轴的夹角，n＝3，4...；形成点阵芯子(3)；
步骤五、将所形成的点阵芯子即将与上面板(1)、下面板(2)粘接的端面打磨平整后，与上面板(1)、下面板(2)胶接粘在一起，即形成基于堆垛的复合材料点阵夹芯板。
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