CN103342036B - 磁力定型支撑杆制备点阵夹芯结构复合材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开磁力定型支撑杆制备点阵夹芯结构复合材料的方法，1）将支撑杆设置在上、下两块面板之间；所述支撑杆是具有铁、碳元素的导磁性材料杆件，或是其中加入磁粉形成的磁性有机高分子材料杆件，或者是其中加入磁性纤维丝制备的碳纤维、玻璃纤维的纤维束杆；2）在上、下两块面板之间设置磁场，支撑杆在磁力作用下产生转动，上、下两端头分别与上、下两块面板的内侧接触；3）将支撑杆上、下两端头分别通过粘结剂粘结或焊接的方式，连接在上、下两块面板内侧表面上。本发明，能够选用多种材料作为面板或支撑杆；能够对支撑杆的形状、尺寸等参数进行选择以使力学性能更加优化；支撑杆定型简便，可以和上下面板形成不同角度、面密度的夹芯点阵体系。

Description

磁力定型支撑杆制备点阵夹芯结构复合材料的方法

技术领域

本发明涉及一种制备点阵夹芯结构复合材料的方法，尤其是磁力定型支撑杆制备点阵夹芯结构复合材料的方法。

背景技术

夹芯结构的复合材料一般是有面板材料与中间填充连接材料构成，具有轻质高强，高比刚度、高比强度、高韧性等力学性能明显改善的优点。其中轻质点阵结构形式一般是两块面板之间用支撑杆进行连接支撑形成的空间三维结构，具有比一般层间板粘结复合的层合板式夹芯板结构更加优异的力学性能而得到关注和应用。点阵夹芯结构材料根据材质不同又可分为金属点阵夹芯和复合材料点阵夹芯结构材料.

其中金属点阵结构材料的制备方法常有铸造法、挤压法和组装-焊接法等，具体工艺有：熔模铸造、挤压法、切槽法、冲孔网-钎焊法、钢板网折叠-钎焊法和三维编织法等；复合材料点阵夹芯结构中复合材料一般是指纤维增强有机高分子聚合物材料，如玻璃钢、碳纤维复合材料等。通常纤维复合材料作为面板结构发挥了其优异的拉伸力学性能，但存在层间剪切强度和面外强度弱的缺点。点阵夹芯结构理论上能够有效克服这一缺陷。但是其加工一直是一个难题，通常采用工艺有：穿插编织制备空间点阵结构、预制杆件组装后粘结制备工艺、预制纤维网压制定型后粘结等方法。这些方法普遍存在工序多、工艺复杂、材料浪费大或者要进行专门模具加工等，导致批量工业化难度大、结构缺陷点多、成本高等，未能得到大规模工业应用。

发明内容

针对现有技术的夹芯结构中支撑杆件和面板之间定向连接工艺复杂，制备效率低或者性能不能达到预期的不足，本发明提出了利用磁场力来定向排列支撑杆作为上下面板之间连接支撑结构的方法；该方法工艺简化、有利于材料的设计加工。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：种磁力定型支撑杆制备

点阵夹芯结构复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将支撑杆设置在上、下两块面板之间；

所述面板是金属材质，或是非金属材料；所述支撑杆是具有铁、碳元素的导磁性材料杆件，或是其中加入磁粉形成的磁性有机高分子材料杆件，或者是其中加入磁性纤维丝制备的碳纤维、玻璃纤维的纤维束杆；

2）在上、下两块面板之间设置磁场，使磁力线穿过上、下两块面板；

具有磁性的支撑杆，在磁力作用下会产生转动，支撑杆会沿杆的长度方向与磁力线方向相平行的方向转动；支撑杆发生翻转后，支撑杆的上、下两端头分别与上、下两块面板的内侧接触；

3）将紧贴在上、下两块面板内侧表面的支撑杆上、下两端头分别通过粘结剂粘结或焊接的方式，将支撑杆的上、下两端头分别连接固定在上、下两块面板内侧表面上，形成在上、下两块面板之间具有若干根支撑杆的点阵夹芯结构复合材料。

进一步的特征是，所述支撑杆长度大于或等于上、下面板的间距。

所述支撑杆为直杆，或C形杆，或实心结构的长片状杆，或圆筒形杆件。

支撑杆两端头与上、下面板的接触部位采用粘结剂进行连接。

支撑杆两端头与上、下面板的接触部位，通过焊接进行连接。

相比现有技术，本发明具有如下优点：

1、能够方便地设计选用多种材料作为面板或支撑杆；能够对支撑杆的形状、尺寸等参数进行设计及制备，使得力学性能更加优化。

2、该技术方法不仅能有效克服现有点阵夹芯结构材料制备方法存在的缺

陷，而且也能够用于拉挤成型、真空灌注成型纤维增强有机高分子聚合物复合材料型材中，具有广阔的应用前景。

3、本发明的支撑杆定型简便，可以和上下面板形成不同角度、面密度的夹芯点阵体系。

4、支撑杆与面板粘结更加可靠。磁力定型方式使支撑杆产生由面板之间向面板“扭转”作用，构成支撑杆由“内”向“外”紧贴面板的压力，支撑杆“主动”向面板紧贴，粘贴可靠无缺陷。而现有的夹芯点阵结构材料在面板与中间支撑杆连接时通常需要采用外加力固定支撑杆，而后向面板施加压紧力这样由“外”向“内”的加力来使面板和支撑杆紧密粘结的方法。

5、可以根据需要方便的改变支撑杆尺寸和形状，形成不同的受力结构，优化夹芯点阵结构的力学性能。

6、夹芯复合材料结构材质可选。面板既可以是金属材质，也可以是纤维增强有机高分子材料制备的复合材料板；支撑杆既可以是具有低碳钢、坡莫合金等导磁性材料，也可以是中间掺加磁粉形成的磁性有机高分子材料，或者是中间混杂磁性纤维丝制备的碳纤维、玻璃纤维等纤维束杆；从而获得不同性质的复合材料。

附图说明

图1是支撑杆与上下面板放置结构示意图。

图2是设置有磁板的结构图。

图3是支撑杆的几种实施例结构图。

图4是支撑杆与上下面板连接形成的夹角关系示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

磁力定型支撑杆制备点阵夹芯结构复合材料的方法，其特征在于，

包括如下步骤：

1）将支撑杆设置在上、下两块面板之间；根据工艺要求，设置上、下两块面板，并将支撑杆设置在上、下两块面板之间；所述支撑杆长度大于或等于上、下面板的间距；

所述面板是金属材质，或是非金属材料板，如纤维增强有机高分子材料制备的复合材料板，塑料板、橡胶板等；所述支撑杆是具有铁、碳元素（如低碳钢、坡莫合金等）的导磁性材料，或是其中加入（掺加）磁粉形成的磁性有机高分子材料，或者是其中加入（混杂）磁性纤维丝制备的碳纤维、玻璃纤维的纤维束杆；所述支撑杆具有磁性，或者是能够在磁场磁力线作用下产生作用力；

2）在上、下两块面板之间设置磁场，使磁力线穿过上、下两块面板；

具有磁性的支撑杆，在磁力作用下会产生转动，支撑杆会沿杆的长度方向与磁力线相平行的方向转动；支撑杆发生翻转后，支撑杆的上、下两端头分别与上、下两块面板的内侧接触；

磁场可以采用现有技术的平板电磁装置设置。

3）将支撑杆的上、下两端头分别连接在上、下两块面板之间；通过粘结剂粘结或焊接的方式，将支撑杆的上、下两端头分别连接在上、下两块面板上，形成在上、下两块面板之间具有若干根支撑杆的点阵夹芯结构复合材料。

粘结剂可以是环氧树脂等热固性粘结剂，并且在支撑杆翻转紧贴面板后升温加速固化；支撑杆在磁场作用下克服胶粘剂的粘结阻力发生翻转，两端头紧贴上、下面板的内侧表面。

根据工艺要求，在上、下面板（1、2）之间，要连接若干根支撑杆3，将支撑杆预先排列在上、下面板1、2内侧表面之间，由于重力作用一般是搁置在下面板2的内侧，可以平放、也可以倾斜一定角度（如图1所示）；而后在上、下面板之间加上磁场，图中所示是在上、下面板1、2外面，分别设置磁板4，两块磁板4之间产生磁场；磁场的磁力线可以与上、下面板垂直，也可以有一定倾斜角度，在磁力作用下因支撑杆具有磁性或者在磁场的磁力线作用下产生作用力，而产生转动，支撑杆会沿杆的长度方向与磁力线方向相平行的方向转动，即支撑杆长度方向倾向于和磁力线方向一致，对支撑杆产生一个“翻转”的作用力。在这个作用力下，克服支撑杆重力或与面板粘结剂的粘结阻力，发生翻转，支撑杆的两端分别“顶在”两块面板1、2之间（见图2所示）。将支撑杆3的上、下两端头分别连接在上、下两块面板之间；支撑杆两端头与上、下面板的接触部位可以预先涂覆胶粘剂，磁场的磁力线产生的作用力克服粘结力时支撑杆转动；待支撑杆翻转定型后，可以使胶粘剂快速固化，将支撑杆与面板牢固粘结；采用粘结剂进行连接的方式作为现有技术，在此不详述。另外，如果面板和支撑杆都是金属材质，待支撑杆翻转定型后，其上、下两端头与上、下两块面板内侧的接触部位（相互紧贴后），通过焊接进行连接，即可以通过现有技术的钎焊、电阻焊或瞬间液相扩散焊等焊接方式进行连接。

在采用粘结剂粘结时，将上、下面板相向的内侧表面均涂覆合适粘度的环氧树脂结构胶；将支撑杆按工艺设计要求放置在位于下方的面板已经涂覆环氧结构胶的表面上；将上、下两块面板按设计要求间距用夹具进行固定后，将上述结构放置在平行电磁板中间，而后通电施加磁场；支撑杆在磁场作用下克服胶粘剂的粘结阻力发生翻转，两端头紧贴上、下面板的内侧表面；在粘结剂（环氧结构胶）固化（可以是自然固化，也可以是通过加热加速固化）至能够对支撑杆定型粘结，初步形成定型的夹芯结构后，关闭电源，磁场消失。将初步定型的夹芯结构放置合适的环境，以使得环氧结构胶固化反应完成，获得足够强度，最终形成夹芯结构材料成品。

本发明的支撑杆3，可以采用多种规格尺寸和各种形状（见图3-1、3-2、3-3、3-4、3-5所示），形成不同的受力结构，优化夹芯点阵结构的力学性能。如直杆可以和面板形成轴心受压受力结构，C形杆和面板形成类似悬臂梁式受力结构，而框形杆与面板可以形成类似框架受力结构等，满足各种复合材料的受力结构需要。图3-1所示为直杆，图3-2所示为C形杆（槽钢结构或半圆结构），图3-3所示为工字型杆件，图3-4所示为框形杆（中空结构的杆件），或者为长片状杆件（实心结构的长片状杆件），图3-5所示为实心或空心结构的圆筒形杆件，还包括其他异形杆件，都能满足本发明的需要。

同时，本发明的支撑杆3相对于上、下面板1、2之间的相交角度，即杆的长度方向与上、下面板的夹角，可以是相互垂直的90°，也可以不相垂直；通过改变支撑杆长度与上、下面板间距的比例，可以构成不同相交角度，见图4。支撑杆长度大于或等于上、下面板的间距，支撑杆长度等于上、下面板的间距时，支撑杆在翻转后，形成相互垂直的关系；支撑杆长度大于上、下面板的间距时，支撑杆在翻转后，相互之间不会垂直。本发明通过调整支撑杆长度与上、下面板间距的比例，形成多种不同的受力结构，产生多种具有不同力学性能的复合材料结构。可以根据应用需要，采用一种形成单独受力结构，也可以方便的选用不同形状、尺寸杆构成组合结构。

本发明的面板和支撑杆，其结构材质可选用多种。面板既可以是金属材质，也可以是纤维增强有机高分子材料制备的复合材料板；支撑杆既可以是具有铁、碳元素（如低碳钢、坡莫合金等）的导磁性材料杆件，也可以是中间掺加磁粉形成的磁性有机高分子材料杆件，或者是中间混杂磁性纤维丝制备的碳纤维、玻璃纤维等纤维束杆，从而获得不同性质的复合材料。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种磁力定型支撑杆制备点阵夹芯结构复合材料的方法，其特征在于，

包括如下步骤：

1）将支撑杆设置在上、下两块面板之间；

所述面板是非金属材料；所述支撑杆是具有铁、碳元素的导磁性材料杆件，或是其中加入磁粉形成的磁性有机高分子材料杆件，或者是其中加入磁性纤维丝制备的碳纤维、玻璃纤维的纤维束杆；

2）在上、下两块面板之间设置磁场，使磁力线穿过上、下两块面板；

具有磁性的支撑杆，在磁力作用下会产生转动，支撑杆会沿杆的长度方向与磁力线方向相平行的方向转动；支撑杆发生翻转后，支撑杆的上、下两端头分别与上、下两块面板的内侧接触；

3）将紧贴在上、下两块面板内侧表面的支撑杆上、下两端头分别通过粘结剂粘结的方式，将支撑杆的上、下两端头分别连接固定在上、下两块面板内侧表面上，形成在上、下两块面板之间具有若干根支撑杆的点阵夹芯结构复合材料；

所述支撑杆长度大于或等于上、下面板的间距。

2.一种磁力定型支撑杆制备点阵夹芯结构复合材料的方法，其特征在于，

包括如下步骤：

1）将支撑杆设置在上、下两块面板之间；

所述面板是金属材料；所述支撑杆是具有铁、碳元素的导磁性材料杆件，或是其中加入磁粉形成的磁性有机高分子材料杆件，或者是其中加入磁性纤维丝制备的碳纤维、玻璃纤维的纤维束杆；

2）在上、下两块面板之间设置磁场，使磁力线穿过上、下两块面板；

具有磁性的支撑杆，在磁力作用下会产生转动，支撑杆会沿杆的长度方向与磁力线方向相平行的方向转动；支撑杆发生翻转后，支撑杆的上、下两端头分别与上、下两块面板的内侧接触；

3）将紧贴在上、下两块面板内侧表面的支撑杆上、下两端头分别通过焊接的方式，将支撑杆的上、下两端头分别连接固定在上、下两块面板内侧表面上，形成在上、下两块面板之间具有若干根支撑杆的点阵夹芯结构复合材料；

所述支撑杆长度大于或等于上、下面板的间距。

3.根据权利要求1所述的磁力定型支撑杆制备点阵夹芯结构复合材料的方法，其特征在于，所述支撑杆为直杆，或C形杆，或实心结构的长片状杆，或圆筒形杆件。

4.根据权利要求2所述的磁力定型支撑杆制备点阵夹芯结构复合材料的方法，其特征在于，所述支撑杆为直杆，或C形杆，或实心结构的长片状杆，或圆筒形杆件。