CN104647771A - K-cor泡沫夹层增强复合材料帽型加筋壁板结构及其成型方法 - Google Patents
K-cor泡沫夹层增强复合材料帽型加筋壁板结构及其成型方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了K-cor泡沫夹层增强复合材料帽型加筋壁板结构，包括帽型筋条和蒙皮，帽型筋条固定在蒙皮上且帽型筋条与蒙皮之间形成有空腔，其中：空腔里填充有K-cor泡沫夹层。K-cor泡沫夹层由泡沫和Z-pin组成，Z-pin以一定角度植入泡沫中形成三维桁架芯材结构。本发明能极大地提升帽型加筋壁板的强度、刚度以及稳定性，本发明的K-cor泡沫夹芯填充帽型筋结构仅在局部施放K-cor泡沫夹层结构，对结构件受力的关键部位进行刚度加强，这样不仅较大地减少了K-cor泡沫夹层结构的用量和成本，而且提高了结构件的使用效率，降低了结构件重量。
Description
技术领域
本发明属于纤维复合材料增强技术领域，尤其涉及纤维复合材料Z-pin增强的新技术，具体的讲，是K-cor泡沫夹层增强复合材料帽型加筋壁板结构及其成型方法。
背景技术
复合材料加筋壁板结构由于其良好的后屈曲承载能力及减重效果，被广泛应用于航空结构当中，包括：帽型筋条、T型、工字型、L型等结构形式，其中帽型筋条具有比刚度高、结构稳定性好、传递周向载荷效率高的优点，是机身段等筒状结构部件的首选。
但是在帽型筋条与蒙皮之间会形成细长的空腔结构，从而降低帽型加筋壁板的稳定性；而且在固化过程中，需要对帽型筋条与蒙皮间的空腔维型，增加了固化的难度。目前，一些学者在帽型加筋壁板空腔中填充泡沫来避免这些问题。但是泡沫芯材与面板材料自身结合强度较低，“Z”向（垂直于面板方向）性能偏弱，在受弯曲载荷、冲击载荷或剪切载荷作用时，面板与泡沫芯材之间容易脱粘或分层，严重限制其在飞机主结构上的应用。由此引入K-cor泡沫夹芯用于帽型加筋壁板结构。
K-cor夹层结构是应用纤维复合材料Z-pin技术增强的一种新型高性能夹层结构，将不完全固化的纤维复合材料拉挤杆（即Z-pin）以一定角度植入泡沫形成三维桁架芯材结构，纤维复合材料Z-pin超出泡沫表面的部分是不完全固化的，将不完全固化纤维复合材料Z-pin两端在热和压力的共同作用下折弯到泡沫表面，通过纤维复合材料Z-pin中未交联或不完全固化的树脂与蒙皮中树脂共固化或者通过胶膜与蒙皮内表面树脂共固化形成整体结构。
发明内容
本发明的目的是针对目前泡沫增强帽型加筋壁板性能差的问题，提出一种采用K-cor泡沫夹层技术提高帽型加筋壁板的强度、刚度以及稳定性的复合材料帽型加筋壁板结构及其成型方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
K-cor泡沫夹层增强复合材料帽型加筋壁板结构，包括帽型筋条和蒙皮，帽型筋条固定在蒙皮上且帽型筋条与蒙皮之间形成有空腔，其中：空腔里填充有K-cor泡沫夹层。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的K-cor泡沫夹层由泡沫和Z-pin组成，Z-pin以一定角度植入泡沫中形成三维桁架芯材结构。
上述的Z-pin两端伸出泡沫并贴在泡沫表面。
K-cor泡沫夹层增强复合材料帽型加筋壁板结构的成型方法，包括以下步骤：
步骤一：通过先进拉挤设备制备固化度约70%左右的Z-pin，将Z-pin植入泡沫，Z-pin的两端置于泡沫外；
步骤二：对Z-pin进行顶部压弯处理，使Z-pin的端部贴在泡沫表面，得到K-cor泡沫夹芯；
步骤三：在模具上铺覆帽型筋条和蒙皮；帽型筋条和蒙皮之间形成空腔；
步骤四：在空腔四周涂覆胶膜；
步骤五：K-cor泡沫夹芯填充至空腔中，形成K-cor泡沫夹层，将帽型筋条、蒙皮和K-cor泡沫夹层定位封装、固化，形成K-cor泡沫夹层增强复合材料帽型加筋壁板结构。
上述的步骤一中制备的Z-pin是不完全固化Z-pin，步骤五中固化方式为加热固化，加热固化时Z-pin里面的树脂与帽型筋条以及蒙皮中的树脂发生交联反应使Z-pin分别与帽型筋条以及蒙皮一体固定。
与现有技术相比，本发明K-cor泡沫夹芯增强复合材料加筋壁板的结构，特点是在帽型筋条和蒙皮之间的空腔里填充了K-cor泡沫夹层，能极大地提升帽型加筋壁板的强度、刚度以及稳定性，本发明的K-cor泡沫夹芯填充帽型筋结构是在全截面K-cor泡沫夹层结构基础上进行的一种优化结构，它仅在局部施放K-cor泡沫夹层结构，对结构件受力的关键部位进行刚度加强，这样不仅较大地减少了K-cor泡沫夹层结构的用量和成本，而且提高了结构件的使用效率，降低了结构件重量。其增强原理如下：
一、当帽型加筋壁板受力时，Z-pin断裂或在泡沫基体中滑行，产生的阻力抑制了裂纹的扩展，提高了加筋壁板的强度。
二、K-cor夹层结构采用的是不完全固化Z-pin，加热固化时Z-pin里面的树脂可以和帽型筋条以及蒙皮中的树脂发生交联反应，使得Z-pin与筋条和蒙皮的结合大为增强，从而提高其强度。
三、不完全固化Z-pin植入泡沫后可在泡沫表面折弯，与筋条及蒙皮共固化，无需植入到筋条及蒙皮内部，减少了应力集中，对筋条及蒙皮厚度无要求，降低了对筋条及蒙皮的损伤。
附图说明
图1是现有技术的结构示意图；
图2是本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
图1所示为现有技术的结构示意图，图2所示为本发明的结构示意图，其中的附图标记为：帽型筋条1、蒙皮2、空腔3、K-cor泡沫夹层4、泡沫5、Z-pin6。
如图2所示，本发明的K-cor泡沫夹层增强复合材料帽型加筋壁板结构，包括帽型筋条1和蒙皮2，所述的帽型筋条1固定在蒙皮2上且帽型筋条1与蒙皮2之间形成有空腔3，其中：空腔3里填充有K-cor泡沫夹层4。
所述的K-cor泡沫夹层4由泡沫5和Z-pin6组成，所述的Z-pin6以一定角度植入泡沫5中形成三维桁架芯材结构。
所述的Z-pin6两端伸出泡沫5并贴在泡沫5表面。
K-cor泡沫夹层增强复合材料帽型加筋壁板结构的成型方法，包括以下步骤：
步骤一：通过先进拉挤设备制备固化度约70%左右的高性能Z-pin6，将Z-pin6植入高强度泡沫5，Z-pin6的两端置于泡沫5外；
步骤二：对Z-pin6进行顶部压弯处理，使Z-pin6的端部贴在泡沫5表面，得到K-cor泡沫夹芯；
步骤三：在模具上铺覆帽型筋条1和蒙皮2；帽型筋条1和蒙皮2之间形成空腔3；
步骤四：在空腔3四周涂覆胶膜；
步骤五：K-cor泡沫夹芯填充至空腔3中，形成K-cor泡沫夹层4，将帽型筋条1、蒙皮2和K-cor泡沫夹层4定位封装、固化，形成K-cor泡沫夹层增强复合材料帽型加筋壁板结构。
步骤一中制备的Z-pin6是不完全固化Z-pin，步骤五中固化方式为加热固化，加热固化时Z-pin6里面的树脂与帽型筋条1以及蒙皮2中的树脂发生交联反应使Z-pin6分别与帽型筋条1以及蒙皮2一体固定。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.K-cor泡沫夹层增强复合材料帽型加筋壁板结构，包括帽型筋条(1)和蒙皮(2)，所述的帽型筋条(1)固定在蒙皮(2)上且帽型筋条(1)与蒙皮(2)之间形成有空腔(3)，其特征是：空腔(3)里填充有K-cor泡沫夹层(4)。
2.根据权利要求1所述的K-cor泡沫夹层增强复合材料帽型加筋壁板结构，其特征是：所述的K-cor泡沫夹层(4)由泡沫(5)和Z-pin(6)组成，所述的Z-pin(6)以一定角度植入泡沫(5)中形成三维桁架芯材结构。
3.根据权利要求2所述的K-cor泡沫夹层增强复合材料帽型加筋壁板结构，其特征是：所述的Z-pin(6)两端伸出泡沫(5)并贴在泡沫(5)表面。
4.如权利要求1-3任一所述的K-cor泡沫夹层增强复合材料帽型加筋壁板结构的成型方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤一：通过先进拉挤设备制备固化度约70%左右的Z-pin(6)，将Z-pin(6)植入泡沫(5)，Z-pin(6)的两端置于泡沫(5)外；
步骤二：对Z-pin(6)进行顶部压弯处理，使Z-pin(6)的端部贴在泡沫(5)表面，得到K-cor泡沫夹芯；
步骤三：在模具上铺覆帽型筋条(1)和蒙皮(2)；帽型筋条(1)和蒙皮(2)之间形成空腔(3)；
步骤四：在空腔(3)四周涂覆胶膜；
步骤五：K-cor泡沫夹芯填充至空腔(3)中，形成K-cor泡沫夹层(4)，将帽型筋条(1)、蒙皮(2)和K-cor泡沫夹层(4)定位封装、固化，形成K-cor泡沫夹层增强复合材料帽型加筋壁板结构。
5.根据权利要求4所述的K-cor泡沫夹层增强复合材料帽型加筋壁板结构的成型方法，其特征是：步骤一中制备的Z-pin(6)是不完全固化Z-pin，步骤五中固化方式为加热固化，加热固化时Z-pin(6)里面的树脂与帽型筋条(1)以及蒙皮(2)中的树脂发生交联反应使Z-pin(6)分别与帽型筋条(1)以及蒙皮(2)一体固定。
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