CN104129109A - 一种整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板及其制备方法。本发明涉及一种整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板及其制备方法。本发明是为了解决现有复合材料点阵夹芯结构中面板与芯子间剪切强度较低的问题。本发明产品由金字塔点阵芯子、加固上面板、加固下面板、复合材料上面板和复合材料下面板组成。本发明方法：一、制备波纹板；二、制备单向纤维增强复合材料点阵结构单胞；三、制备金字塔点阵芯子；四、制备加固上面板和加固下面板；五、制备整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板。本发明点阵结构杆件中的纤维方向都是沿着杆件的受力方向且连续，从而提高金字塔点阵结构的承载能力，产品承载能力优异，且具有工艺简单，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板及其制备方法。
背景技术
复合材料点阵夹芯结构具有高比强、高比刚的特性，其芯子内部的开放空间便于预埋微型器件、功能材料等，因此它具有潜在的应用前景。复合材料点阵芯子杆件的现有制备方法是在复合材料面板上通过水切割工艺切割而成，这使得复合材料点阵芯子杆件中的纤维不能全部沿杆件方向，从而使复合材料点阵夹芯结构的承载能力大幅度下降；此外，复合材料点阵夹芯结构在受弯、扭等载荷时，由于点阵芯子与面板之间粘接面积小，导致点阵芯子与面板间的界面强度较低。
发明内容
本发明是为了解决现有复合材料点阵夹芯结构中面板与芯子间剪切强度较低的问题，而提供了一种整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板及其制备方法。
本发明的一种整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板由金字塔点阵芯子、加固上面板、加固下面板、复合材料上面板和复合材料下面板组成；
所述的金字塔点阵芯子由多个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞组成，每个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞是由四根杆件组成的具有金字塔形的一体件；在水平方向上相互垂直杆件的连接处设有嵌锁槽口，多个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞通过嵌锁槽口按照十字交叉方式相互咬合形成金字塔点阵芯子；
所述的金字塔点阵芯子上端的所有两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞相互咬合处与加固上面板加固连接，所述的金字塔点阵芯子下端的所有两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞相互咬合处与加固下面板加固连接；
所述的加固上面板和加固下面板均为带十字型槽口且镂空的金属面板，十字型槽口呈网格分布，网格结构的交叉点设置十字型槽口，且所述的十字型槽口为通孔，网格结构的网格内部设置成镂空结构，每两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞相互咬合处嵌入一个与相互咬合处相对应的十字型槽口；
所述的加固上面板的上表面与复合材料上面板粘接在一起，加固下面板的下表面与复合材料下面板粘接在一起。
本发明的一种整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板的制备方法按以下步骤进行：
一、制备波纹板：①清理模具：分别清理用于成形波纹板的模具的上表面和下表面，然后在模具的上表面和下表面均匀涂抹脱模剂；②将模具放入温箱预热，然后在阴模的表面沿垂直于波纹板平台长度方向连续铺放单向纤维预浸料，然后将阴模和阳模合模；③采用热压工艺制备得到带有平台的单向纤维增强复合材料波纹板并脱模；
二、制备单向纤维增强复合材料点阵结构单胞：①在步骤一得到的单向纤维增强复合材料波纹板(1-1)的上平台(1-2)和下平台(1-3)处，通过机械开槽方法加工出嵌锁槽口；②将加工好的带有嵌锁槽口的单向纤维增强复合材料波纹板(1-1)沿垂直于单向纤维增强复合材料波纹板(1-1)平台长度方向切成带有嵌锁槽口的单向纤维增强复合材料波纹条(1-4)；③将②得到的带有嵌锁槽口的单向纤维增强复合材料波纹条(1-4)进行裁剪，然后通过嵌锁槽口按照十字交叉方式相互咬合形成单向纤维增强复合材料点阵结构单胞(6)；
三、制备金字塔点阵芯子：将步骤二得到的多个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞(6)通过嵌锁槽口按照十字交叉方式相互咬合形成金字塔点阵芯子(1)；
四、制备加固上面板和加固下面板：通过水切割工艺，将一块金属板材切割出与步骤三中得到的金字塔点阵芯子(1)上端的所有两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞(6)相互咬合处相对应的十字型槽口，且所述的十字型槽口为通孔，然后对十字型槽口围城的区域进行镂空处理，得到加固上面板(2)，将另一块金属板材切割出与步骤三中得到的金字塔点阵芯子(1)下端的所有两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞(6)相互咬合处相对应的十字型槽口，且所述的十字型槽口为通孔，然后对十字型槽口围城的区域进行镂空处理，得到加固下面板(3)；
五、制备整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板：①将步骤三制备的金字塔点阵芯子(1)上端的所有两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞(6)相互咬合处与步骤四制备的加固上面板(2)加固连接，将步骤三制备的金字塔点阵芯子(1)下端的所有两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞(6)相互咬合处与步骤四制备的加固下面板(3)加固连接；②将加固上面板(2)的上表面与复合材料上面板(4)粘接在一起，加固下面板(3)的下表面与复合材料下面板(5)粘接在一起，得到整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板。
本发明的有益效果：
①本发明的芯子杆件中的纤维均是沿杆件方向，当金字塔点阵芯子在受载荷作用时，杆件中的纤维方向都是沿着杆件的受力方向，且杆件中的纤维是连续的，可充分发挥纤维的承载作用，从而提高金字塔点阵结构的承载能力。
②本发明的金字塔点阵芯子在受外载作用时，在复合材料上、下面板与金字塔点阵芯子之间起加固作用的加固上、下面板不仅能够将复合材料上、下面板与金字塔点阵芯子很好的连接在一起，提高了复合材料上、下面板与金字塔点阵芯子之间的粘接强度，而且还能够把金字塔点阵结构所受的局部载荷很好的传递到整个金字塔点阵芯子，使整个芯子杆件协同抵抗外部载荷作用，避免金字塔点阵结构在受载时出现局部破坏，从而实现了结构在受载时面芯之间的协同变形。
③本发明的加固上、下面板采用镂空设计，使得加固上、下面板符合点阵结构轻量化的设计要求。
④本发明的带有十字型槽口设计和镂空设计的加固上、下面板在对金字塔点阵芯子咬合处进行整体加固的同时，也增加了金字塔点阵芯子与复合材料上、下面板的粘接面积，提高了复合材料点阵夹芯结构的面芯剪切强度，比现有复合材料点阵夹芯结构具有更高的剪切比强度和比刚度。
⑤本发明的十字型槽口为通孔设计，不采用盲孔的原因是：若采用盲孔，则势必会增加加固上、下面板的厚度，也就是增加了点阵夹芯结构的重量，这样就违背了点阵结构是超轻结构的设计理念。
⑥本发明的带有十字型槽口设计和镂空设计的加固上、下面板可进一步增强单向纤维增强复合材料点阵结构单胞之间的约束，提高了夹芯板的整体力学性能，具有工艺简单，质量稳定，成本低的优点。
⑦本发明的复合材料上、下面板的制备方法，具有成本低、效率高和易于实现批量生产的优点。
附图说明
图1为本发明具体实施方式一的整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板结构示意图；其中1为金字塔点阵芯子、2为加固上面板、3为加固下面板、4为复合材料上面板、5为复合材料下面板；
图2为本发明具体实施方式一的整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板部分结构示意图；其中1为金字塔点阵芯子、2为加固上面板、3为加固下面板；
图3为本发明具体实施方式一的金字塔点阵芯子结构示意图；
图4为本发明具体实施方式一的单向纤维增强复合材料点阵结构单胞结构示意图；
图5为本发明具体实施方式一的加固上面板结构示意图；
图6为本发明具体实施方式一的加固下面板结构示意图；
图7为本发明具体实施方式七中波纹板的结构示意图；其中1-1为波纹板、1-2为波纹板的上平台、1-3为波纹板的下平台；
图8为本发明具体实施方式七步骤二①所得的单向纤维增强复合材料波纹板的结构示意图；其中1-1为波纹板、1-2为波纹板的上平台、1-3为波纹板的下平台；
图9为本发明具体实施方式七步骤二②所得的单向纤维增强复合材料波纹条的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板由金字塔点阵芯子1、加固上面板2、加固下面板3、和复合材料下面板5组成；
所述的金字塔点阵芯子1由多个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞6组成，每个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞6是由四根杆件组成的具有金字塔形的一体件；在水平方向上相互垂直杆件的连接处设有嵌锁槽口，多个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞6通过嵌锁槽口按照十字交叉方式相互咬合形成金字塔点阵芯子1；
所述的金字塔点阵芯子1上端的所有两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞6相互咬合处与加固上面板2加固连接，所述的金字塔点阵芯子1下端的所有两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞6相互咬合处与加固下面板3加固连接；
所述的加固上面板2和加固下面板3均为带十字型槽口且镂空的金属面板，十字型槽口呈网格分布，网格结构的交叉点设置十字型槽口，且所述的十字型槽口为通孔，网格结构的网格内部设置成镂空结构，每两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞6相互咬合处嵌入一个与相互咬合处相对应的十字型槽口；
所述的加固上面板2的上表面与复合材料上面板粘接在一起，加固下面板3的下表面与复合材料下面板5粘接在一起。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的加固上面板2和加固下面板3的材质为金属材料或复合材料。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：所述的加固上面板2和加固下面板3的材质为低密度的镁合金或铝合金。其他步骤及参数与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的加固上面板2和加固下面板3的板厚等于嵌锁槽口的深度。其他步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述的嵌锁槽口的宽度为2mm，深度为1mm。其他步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述的十字型槽口交叉处的宽度为2mm，深度为1mm。其他步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式的一种整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板的制备方法按以下步骤进行：
一、制备波纹板：①清理模具：分别清理用于成形波纹板的模具的上表面和下表面，然后在模具的上表面和下表面均匀涂抹脱模剂；②将模具放入温箱预热，然后在阴模的表面沿垂直于波纹板平台长度方向连续铺放单向纤维预浸料，然后将阴模和阳模合模；③采用热压工艺制备得到带有平台的单向纤维增强复合材料波纹板1-1并脱模；
二、制备单向纤维增强复合材料点阵结构单胞：①在步骤一得到的单向纤维增强复合材料波纹板1-1的上平台1-2和下平台1-3处，通过机械开槽方法加工出嵌锁槽口；②将加工好的带有嵌锁槽口的单向纤维增强复合材料波纹板1-1沿垂直于单向纤维增强复合材料波纹板1-1平台长度方向切成带有嵌锁槽口的单向纤维增强复合材料波纹条1-4；③将②得到的带有嵌锁槽口的单向纤维增强复合材料波纹条1-4进行裁剪，然后通过嵌锁槽口按照十字交叉方式相互咬合形成单向纤维增强复合材料点阵结构单胞6；
三、制备金字塔点阵芯子：将步骤二得到的多个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞6通过嵌锁槽口按照十字交叉方式相互咬合形成金字塔点阵芯子1；
四、制备加固上面板和加固下面板：通过水切割工艺，将一块金属板材切割出与步骤三中得到的金字塔点阵芯子1上端的所有两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞6相互咬合处相对应的十字型槽口，且所述的十字型槽口为通孔，然后对十字型槽口围城的区域进行镂空处理，得到加固上面板2，将另一块金属板材切割出与步骤三中得到的金字塔点阵芯子1下端的所有两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞6相互咬合处相对应的十字型槽口，且所述的十字型槽口为通孔，然后对十字型槽口围城的区域进行镂空处理，得到加固下面板3；
五、制备整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板：①将步骤三制备的金字塔点阵芯子1上端的所有两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞6相互咬合处与步骤四制备的加固上面板2加固连接，将步骤三制备的金字塔点阵芯子1下端的所有两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞6相互咬合处与步骤四制备的加固下面板3加固连接；②将加固上面板2的上表面与复合材料上面板4粘接在一起，加固下面板3的下表面与复合材料下面板5粘接在一起，得到整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板。
本实施方式步骤一②中铺放浸渍树脂纤维束时，既要保证纤维束的连续，同时也要使阴模的凹槽内充实。
①本实施方式的芯子杆件中的纤维均是沿杆件方向，当金字塔点阵芯子在受载荷作用时，杆件中的纤维方向都是沿着杆件的受力方向，且杆件中的纤维是连续的，可充分发挥纤维的承载作用，从而提高金字塔点阵结构的承载能力。
②本实施方式的金字塔点阵芯子在受外载作用时，在复合材料上、下面板与金字塔点阵芯子之间起加固作用的加固上、下面板不仅能够将复合材料上、下面板与金字塔点阵芯子很好的连接在一起，提高了复合材料上、下面板与金字塔点阵芯子之间的粘接强度，而且还能够把金字塔点阵结构所受的局部载荷很好的传递到整个金字塔点阵芯子，使整个芯子杆件协同抵抗外部载荷作用，避免金字塔点阵结构在受载时出现局部破坏，从而实现了结构在受载时面芯之间的协同变形。
③本实施方式的加固上、下面板采用镂空设计，使得加固上、下面板符合点阵结构轻量化的设计要求。
④本实施方式的带有十字型槽口设计和镂空设计的加固上、下面板在对金字塔点阵芯子咬合处进行整体加固的同时，也增加了金字塔点阵芯子与复合材料上、下面板的粘接面积，提高了复合材料点阵夹芯结构的面芯剪切强度，比现有复合材料点阵夹芯结构具有更高的剪切比强度和比刚度。
⑤本实施方式的十字型槽口为通孔设计，不采用盲孔的原因是：若采用盲孔，则势必会增加加固上、下面板的厚度，也就是增加了点阵夹芯结构的重量，这样就违背了点阵结构是超轻结构的设计理念。
⑥本实施方式的带有十字型槽口设计和镂空设计的加固上、下面板可进一步增强单向纤维增强复合材料点阵结构单胞之间的约束，提高了夹芯板的整体力学性能，具有工艺简单，质量稳定，成本低的优点。
⑦本实施方式的复合材料上、下面板的制备方法，具有成本低、效率高和易于实现批量生产的优点。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是：步骤一②中将模具放入温箱在温度为55～65℃的条件下预热15min～25min。其他步骤及参数与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式七或八不同的是：步骤一③中所述的热压工艺为：将步骤一③中所述的合模后的阴模与阳模放在液压机上，先将热压机预热至温度为75～85℃，并在此温度下保温25min～35min，然后继续升温至温度为120～130℃，保持压力为0.1MPa～1MPa，保温1.5h～2h，得到带有平台的单向纤维增强复合材料波纹板1-1。其他步骤及参数与具体实施方式九相同。
本实施方式中先预热并保温的目的是因为当液压机预热至一定温度时，预浸料中的树脂呈液态，在纤维束中流动，使预浸料中的纤维与液态树脂混合均匀。
本实施方式的热压工艺，工艺过程易于控制，并且效率高，成本低，可实现单向纤维点阵结构单体的批量生产。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式七或九之一不同的是：步骤二①中所述的嵌锁槽口的宽度为2mm，深度为1mm。其他步骤及参数与具体实施方式七或九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式七至十之一不同的是：步骤二②中通过纱线切割工艺将加工好的带有嵌锁槽口的单向纤维增强复合材料波纹板1-1沿垂直于单向纤维增强复合材料波纹板1-1平台长度方向切成带有嵌锁槽口的单向纤维增强复合材料波纹条1-4。其他步骤及参数与具体实施方式七至十之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式七至十一之一不同的是：步骤二②中将加工好的带有嵌锁槽口的单向纤维增强复合材料波纹板1-1沿垂直于单向纤维增强复合材料波纹板1-1平台长度方向切成宽度为2mm的带有嵌锁槽口的单向纤维增强复合材料波纹条1-4。其他步骤及参数与具体实施方式七至十一之一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式七至十二之一不同的是：步骤三中所述的加固上面板2和加固下面板3的材质为金属材料或复合材料。其他步骤及参数与具体实施方式七至十二之一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式十三不同的是：步骤三中所述的加固上面板2和加固下面板3的材质为低密度的镁合金或铝合金。其他步骤及参数与具体实施方式十三相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式七至十四之一不同的是：步骤四中所述的十字型槽口交叉处的宽度为2mm，深度为1mm。其他步骤及参数与具体实施方式七至十四之一相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式七至十五之一不同的是：步骤三中所述的加固上面板2和加固下面板3的板厚等于嵌锁槽口的深度。其他步骤及参数与具体实施方式七至十五之一相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式七至十六之一不同的是：步骤五①中所述的加固连接后的空隙通过胶膜来填实。其他步骤及参数与具体实施方式七至十六之一相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式七至十七之一不同的是：步骤五②中所述的复合材料上面板4和复合材料下面板5的制备方法均为：将预浸的单向纤维无纬布按承载要求顺序铺设，然后采用热压机加温至温度为120～130℃，保持压力为0.1MPa～1MPa，保温1.5h～2h，即得到复合材料上面板4和复合材料下面板5。其他步骤及参数与具体实施方式七至十七之一相同。
本实施方式所述的复合材料上面板4和复合材料下面板5的制备方法，具有成本低、效率高和易于实现批量生产的优点。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
试验一、本试验的一种整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板由金字塔点阵芯子1、加固上面板2、加固下面板3、复合材料上面板4和复合材料下面板5组成；
所述的金字塔点阵芯子1由多个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞6组成，每个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞6是由四根杆件组成的具有金字塔形的一体件；在水平方向上相互垂直杆件的连接处设有嵌锁槽口，多个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞6通过嵌锁槽口按照十字交叉方式相互咬合形成金字塔点阵芯子1；
所述的金字塔点阵芯子1上端的所有两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞6相互咬合处与加固上面板2加固连接，所述的金字塔点阵芯子1下端的所有两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞6相互咬合处与加固下面板3加固连接；
所述的加固上面板2和加固下面板3均为带十字型槽口且镂空的金属面板，十字型槽口呈网格分布，网格结构的交叉点设置十字型槽口，且所述的十字型槽口为通孔，网格结构的网格内部设置成镂空结构，每两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞6相互咬合处嵌入一个与相互咬合处相对应的十字型槽口；
所述的加固上面板2的上表面与复合材料上面板4粘接在一起，加固下面板3的下表面与复合材料下面板5粘接在一起；
其中所述的嵌锁槽口的宽度为2mm，深度为1mm。
其中所述的加固上面板2和加固下面板3的材质为低密度的铝合金；
其中所述的加固上面板2和加固下面板3的板厚等于嵌锁槽口的深度；
其中所述的十字型槽口交叉处的宽度为2mm，深度为1mm。
试验二、制备如试验一所述的一种整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板的方法按以下步骤进行：
一、制备波纹板：①清理模具：分别清理用于成形波纹板的模具的上表面和下表面，然后在模具的上表面和下表面均匀涂抹脱模剂；②将模具放入温箱预热，然后在阴模的表面沿垂直于波纹板平台长度方向连续铺放单向纤维预浸料，然后将阴模和阳模合模；③采用热压工艺制备得到带有平台的单向纤维增强复合材料波纹板1-1并脱模；
二、制备单向纤维增强复合材料点阵结构单胞：①在步骤一得到的单向纤维增强复合材料波纹板1-1的上平台1-2和下平台1-3处，通过机械开槽方法加工出嵌锁槽口；②将加工好的带有嵌锁槽口的单向纤维增强复合材料波纹板1-1沿垂直于单向纤维增强复合材料波纹板1-1平台长度方向切成带有嵌锁槽口的单向纤维增强复合材料波纹条1-4；③将②得到后的带有嵌锁槽口的单向纤维增强复合材料波纹条1-4进行裁剪，然后通过嵌锁槽口按照十字交叉方式相互咬合形成单向纤维增强复合材料点阵结构单胞6；
三、制备金字塔点阵芯子：将步骤二得到的多个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞6通过嵌锁槽口按照十字交叉方式相互咬合形成金字塔点阵芯子1；
四、制备加固上面板和加固下面板：通过水切割工艺，将一块金属板材切割出与步骤三中得到的金字塔点阵芯子1上端的所有两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞6相互咬合处相对应的十字型槽口，且所述的十字型槽口为通孔，然后对十字型槽口围城的区域进行镂空处理，得到加固上面板2，将另一块金属板材切割出与步骤三中得到的金字塔点阵芯子1下端的所有两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞6相互咬合处相对应的十字型槽口，且所述的十字型槽口为通孔，然后对十字型槽口围城的区域进行镂空处理，得到加固下面板3；
五、制备整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板：①将步骤三制备的金字塔点阵芯子1上端的所有两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞6相互咬合处与步骤四制备的加固上面板2加固连接，将步骤三制备的金字塔点阵芯子1下端的所有两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞6相互咬合处与步骤四制备的加固下面板3加固连接；②将加固上面板2的上表面与复合材料上面板4粘接在一起，加固下面板3的下表面与复合材料下面板5粘接在一起，得到整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板。
本试验步骤一①中采用丙酮分别清理用于成形波纹板的模具的上表面和下表面。
本试验步骤一②中将模具放入温箱在温度为60℃的条件下预热20min。
本试验步骤一②中铺放浸渍树脂纤维束时，既要保证纤维束的连续，同时也要使阴模的凹槽内充实。
本试验步骤一②中铺放浸渍树脂纤维束的厚度为2mm。
本试验步骤一③中所述的热压工艺为：将步骤一③中所述的合模后的阴模与阳模放在液压机上，先将热压机预热至温度为80℃，并在此温度下保温30min，然后继续升温温度为130℃，保持压力为0.5MPa，保温1.5h，得到带有平台的单向纤维增强复合材料波纹板1-1。
本试验步骤二①中所述的嵌锁槽口的宽度为2mm，深度为1mm。
本试验步骤二②中通过纱线切割工艺将加工好的带有嵌锁槽口的单向纤维增强复合材料波纹板1-1沿垂直于单向纤维增强复合材料波纹板1-1平台长度方向切成带有嵌锁槽口的单向纤维增强复合材料波纹条1-4。其他步骤及参数与具体实施方式七至十之一相同。
本试验步骤二②中将加工好的带有嵌锁槽口的单向纤维增强复合材料波纹板1-1沿垂直于单向纤维增强复合材料波纹板1-1平台长度方向切成宽度为2mm的带有嵌锁槽口的单向纤维增强复合材料波纹条1-4。
本试验步骤三中所述的加固上面板2和加固下面板3的材质为低密度的铝合金。
本试验步骤三中所述的十字型槽口交叉处的宽度为2mm，深度为1mm。
本试验步骤三中所述的加固上面板2和加固下面板3的板厚等于嵌锁槽口的深度。
本试验步骤四①中所述的加固连接后的空隙通过胶膜来填实。
本试验步骤四②中所述的复合材料上面板4和复合材料下面板5的制备方法均为：将预浸的单向纤维无纬布按承载要求顺序铺设，然后采用热压机加温至温度为130℃，保持压力为0.5MPa，保温1.5h，即得到复合材料上面板4和复合材料下面板5。
Claims (10)
1.一种整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板，其特征在于一种整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板由金字塔点阵芯子(1)、加固上面板(2)、加固下面板(3)、复合材料上面板(4)和复合材料下面板(5)组成；
所述的金字塔点阵芯子(1)由多个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞(6)组成，每个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞(6)是由四根杆件组成的具有金字塔形的一体件；在水平方向上相互垂直杆件的连接处设有嵌锁槽口，多个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞(6)通过嵌锁槽口按照十字交叉方式相互咬合形成金字塔点阵芯子(1)；
所述的金字塔点阵芯子(1)上端的所有两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞(6)相互咬合处与加固上面板(2)加固连接，所述的金字塔点阵芯子(1)下端的所有两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞(6)相互咬合处与加固下面板(3)加固连接；
所述的加固上面板(2)和加固下面板(3)均为带十字型槽口且镂空的金属面板，十字型槽口呈网格分布，网格结构的交叉点设置十字型槽口，且所述的十字型槽口为通孔，网格结构的网格内部设置成镂空结构，每两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞(6)相互咬合处嵌入一个与相互咬合处相对应的十字型槽口；
所述的加固上面板(2)的上表面与复合材料上面板(4)粘接在一起，加固下面板(3)的下表面与复合材料下面板(5)粘接在一起。
2.根据权利要求1所述的一种整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板，其特征在于所述的加固上面板(2)和加固下面板(3)的材质为金属材料或复合材料。
3.根据权利要求2所述的一种整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板，其特征在于所述的加固上面板(2)和加固下面板(3)的材质为低密度的镁合金或铝合金。
4.根据权利要求3所述的一种整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板，其特征在于所述的加固上面板(2)和加固下面板(3)的板厚等于嵌锁槽口的深度。
5.一种整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板的制备方法，其特征在于一种整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板的制备方法按以下步骤进行：
一、制备波纹板：①清理模具：分别清理用于成形波纹板的模具的上表面和下表面，然后在模具的上表面和下表面均匀涂抹脱模剂；②将模具放入温箱预热，然后在阴模的表面沿垂直于波纹板平台长度方向连续铺放并填满单向纤维预浸料，然后将阴模和阳模合模；③采用热压工艺制备得到带有平台的单向纤维增强复合材料波纹板(1-1)并脱模；
二、制备单向纤维增强复合材料点阵结构单胞：①在步骤一得到的单向纤维增强复合材料波纹板(1-1)的上平台(1-2)和下平台(1-3)处，通过机械开槽方法加工出嵌锁槽口；②将加工好的带有嵌锁槽口的单向纤维增强复合材料波纹板(1-1)沿垂直于单向纤维增强复合材料波纹板(1-1)平台长度方向切成带有嵌锁槽口的单向纤维增强复合材料波纹条(1-4)；③将②得到的带有嵌锁槽口的单向纤维增强复合材料波纹条(1-4)进行裁剪，然后通过嵌锁槽口按照十字交叉方式相互咬合形成单向纤维增强复合材料点阵结构单胞(6)；
三、制备金字塔点阵芯子：将步骤二得到的多个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞(6)通过嵌锁槽口按照十字交叉方式相互咬合形成金字塔点阵芯子(1)；
四、制备加固上面板和加固下面板：通过水切割工艺，将一块金属板材切割出与步骤三中得到的金字塔点阵芯子(1)上端的所有两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞(6)相互咬合处相对应的十字型槽口，且所述的十字型槽口为通孔，然后对十字型槽口围城的区域进行镂空处理，得到加固上面板(2)，将另一块金属板材切割出与步骤三中得到的金字塔点阵芯子(1)下端的所有两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞(6)相互咬合处相对应的十字型槽口，且所述的十字型槽口为通孔，然后对十字型槽口围城的区域进行镂空处理，得到加固下面板(3)；
五、制备整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板：①将步骤三制备的金字塔点阵芯子(1)上端的所有两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞(6)相互咬合处与步骤四制备的加固上面板(2)加固连接，将步骤三制备的金字塔点阵芯子(1)下端的所有两个单向纤维增强复合材料点阵结构单胞(6)相互咬合处与步骤四制备的加固下面板(3)加固连接；②将加固上面板(2)的上表面与复合材料上面板(4)粘接在一起，加固下面板(3)的下表面与复合材料下面板(5)粘接在一起，得到整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板。
6.根据权利要求5所述的一种整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板的制备方法，其特征在于步骤一②中将模具放入温箱在温度为55～65℃的条件下预热15min～25min。
7.根据权利要求5所述的一种整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板的制备方法，其特征在于步骤一③中所述的热压工艺为：将步骤一③中所述的合模后的阴模与阳模放在液压机上，先将热压机预热至温度为75～85℃，并在此温度下保温25min～35min，然后继续升温至温度为120～130℃，保持压力为0.1MPa～1MPa，保温1.5h～2h，得到带有平台的单向纤维增强复合材料波纹板(1-1)。
8.根据权利要求5所述的一种整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板的制备方法，其特征在于步骤二②中通过纱线切割工艺将加工好的带有嵌锁槽口的单向纤维增强复合材料波纹板(1-1)沿垂直于单向纤维增强复合材料波纹板(1-1)平台长度方向切成带有嵌锁槽口的单向纤维增强复合材料波纹条(1-4)。
9.根据权利要求5所述的一种整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板的制备方法，其特征在于步骤五①中所述的加固连接后的空隙通过胶膜来填实。
10.根据权利要求5所述的一种整体加固的单向纤维增强复合材料点阵夹芯板的制备方法，其特征在于步骤五②中所述的复合材料上面板(4)和复合材料下面板(5)的制备方法均为：将预浸的单向纤维无纬布按承载要求顺序铺设，然后采用热压机加温至温度为120～130℃，保持压力为0.1MPa～1MPa，保温1.5h～2h，即得到复合材料上面板(4)和复合材料下面板(5)。
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