CN105965908A - 一种新型点阵结构复合材料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型点阵结构复合材料及其制造方法，所述制造方法包括如下步骤：点阵结构的设计‑‑原料选择‑‑点阵复合材料预制件(织物)的制备‑‑点阵结构复合材料的制备。它具有轻质、高强、高模、隔热、保温、吸能、降噪、抗冲击、耐腐蚀等特点，市场应用前景广阔。

Description

一种新型点阵结构复合材料及其制造方法

技术领域

本发明涉及三维结构复合材料设计技术领域，尤其涉及一种新型点阵结构复合材料及其制造方法。

背景技术

21世纪初，哈佛大学的Evans、剑桥大学的Ashby、MIT的Gibson等学者率先提出一种空间点阵结构材料。近年来，轻质、高强点阵结构材料已成为研究热点之一，许多国家在对各种轻质、低密度、高性能材料的研究过程中，提出了工程化应用的要求。剑桥大学、哈佛大学的研究结果表明，在同等重量下点阵结构比无序微结构金属泡沫有更好的力学性能，且结构可按要求进行力学优化设计，是一种理想的轻质结构材料。

因此，需要提供一种新型点阵结构复合材料及其制造方法来解决上述问题。

发明内容

为了解决该问题，本发明开发了一种新型点阵结构复合材料及其制造方法，它不但解决了中空织物芯部的结点固结问题，而且赋予了材料结构与功能方面更多的应用。其具有轻质、高强、高模、隔热、保温、吸能、降噪、抗冲击、耐腐蚀等特点，市场应用前景广阔。一种新型点阵结构复合材料及其制造方法，其特征在于：所述制造方法包括如下步骤：点阵结构的设计一原料选择一点阵复合材料预制件(织物)的制备一点阵结构复合材料的制备，

1)点阵结构的设计，包括：芯材纱线的走向(芯材纱线有三类，两两之间的纱线夹角均呈90°且在空间内无交点；三类纱线与上下两个表面的夹角均为45°)；芯材纱线的密度(同类纱线的相邻两个点之间的距离为2cm)；芯材的高度(按照应用领域不同，芯材高度可设计范围为1mm～50mm之间)；

2)原料选择，点阵复合材料具有较强的结构可设计性，同时，其原料选用范围也很广，包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、高强涤纶纤维等，本发明选用玻璃纤维为增强体、环氧树脂为主要基体，主要考虑到玻璃纤维织物与环氧树脂基体良好的复合性能；

3)复合材料预制件(织物)的制备，①上下表面织物的制备，选用线密度为1500tex的玻璃纤维为原料，在全自动剑杆织样机上制织平纹结构的织物，备用；②点阵复合材料织物的制备，选用大号缝针及钩纱器，将芯材纱线按点阵结构的规律缝编到上下表面；为了保证点阵织物的稳定性，在上下织物表面分别描绘出各体系点的分布，同时在上下表面之间嵌夹一层泡沫以固定芯材高度；

4)点阵复合材料的制备，采用手糊成型方法，将配制好的环氧树脂体系与点阵复合材料织物进行复合成型；复合工艺：由于织物中间有泡沫，首先，在织物上表面涂覆环氧树脂，并用刷子刷匀、压实树脂；其次，静置一会后，将织物翻转过来，在下表面涂覆环氧树脂，并用刷子刷匀、压实树脂；再次，将剩余的树脂涂在织物上，并将涂好树脂的点阵复合材料织物放置于电热鼓风干燥箱，烘干固化后取出；最后，将固化好的点阵复合材料去除芯层中的泡沫，即为点阵复合材料。

较佳的，本发明公开了一种新型点阵结构复合材料及其制造方法，它是利用特种立体纺织成型技术，以连续长纤维束作为桁架结构的增强骨架部分，所制备出的织物具有点阵结构的特点，织物经过树脂复合后可形成轻质、高强的复合材料。这类点阵结构复合材料的开发，一方面满足了承载需要的高比强度、比刚度的要求；另一方面可以实现隔热、保温、吸能、降噪等多功能要求。

较佳的，本发明制造的复合材料，抗冲击性能好、可设计性强。在同等质量条件下，点阵结构复合材料特殊的衍架芯材结构赋予了材料更好的力学性能及结构稳定性，其比同类型的其它夹芯结构材料更耐冲击；且结构可按要求进行力学优化设计，是一种理想的轻质结构材料。

较佳的，本发明制造的复合材料，该结构材料具有轻质、隔热、保温、整体性好等特性。点阵结构复合材料的中空夹芯结构，确保材料具有轻质、保温、隔热效果；芯材贯穿上、下面板的结构设计，确保材料具有优良的整体力学性能。

较佳的，本发明制造的复合材料，该结构材料具有降噪、隔音、阻燃的效果。在实际使用过程中，可以向点阵结构复合材料的中空夹芯部分填充泡沫，实现降噪、隔音的效果；另外，点阵结构复合材料的增强体为玻璃纤维，基体可以为阻燃性酚酞树脂代替环氧树脂，将两者复合成型，便能实现材料阻燃的作用。

本发明的有益效果为：

本发明具有轻质、高强、高模、隔热、保温、吸能、降噪、抗冲击、耐腐蚀等特点，市场应用前景广阔。

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

结合以下详细说明本发明的优点和特征。

附图说明

图1为本发明点阵结构复合材料上、下面板对应系统点示意图；

图2为本发明点阵结构复合材料示意图；

图3为本发明点阵结构复合材料实物图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的实施例。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

以下对本发明的实施例做出详细描述。

一种新型点阵结构复合材料及其制造方法，其特征在于：所述制造方法包括如下步骤：点阵结构的设计--原料选择--点阵复合材料预制件(织物)的制备--点阵结构复合材料的制备，

1)点阵结构的设计，包括：芯材纱线的走向(芯材纱线有三类，两两之间的纱线夹角均呈90°且在空间内无交点；三类纱线与上下两个表面的夹角均为45°)；芯材纱线的密度(同类纱线的相邻两个点之间的距离为2cm)；芯材的高度(按照应用领域不同，芯材高度可设计范围为1mm～50mm之间)；

2)原料选择，点阵复合材料具有较强的结构可设计性，同时，其原料选用范围也很广，包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、高强涤纶纤维等，本发明选用玻璃纤维为增强体、环氧树脂为主要基体，主要考虑到玻璃纤维织物与环氧树脂基体良好的复合性能；

3)复合材料预制件(织物)的制备，①上下表面织物的制备，选用线密度为1500tex的玻璃纤维为原料，在全自动剑杆织样机上制织平纹结构的织物，备用；②点阵复合材料织物的制备，选用大号缝针及钩纱器，将芯材纱线按点阵结构的规律缝编到上下表面；为了保证点阵织物的稳定性，在上下织物表面分别描绘出各体系点的分布，同时在上下表面之间嵌夹一层泡沫以固定芯材高度；

4)点阵复合材料的制备，采用手糊成型方法，将配制好的环氧树脂体系与点阵复合材料织物进行复合成型；复合工艺：由于织物中间有泡沫，首先，在织物上表面涂覆环氧树脂，并用刷子刷匀、压实树脂；其次，静置一会后，将织物翻转过来，在下表面涂覆环氧树脂，并用刷子刷匀、压实树脂；再次，将剩余的树脂涂在织物上，并将涂好树脂的点阵复合材料织物放置于电热鼓风干燥箱，烘干固化后取出；最后，将固化好的点阵复合材料去除芯层中的泡沫，即为点阵复合材料。

结合图1，点阵结构复合材料上、下面板各系统纱线的分布如下：

①第一个方向的纱线(系统点1和1”连接线方向的纱线)与上、下表面的交点有如下规律：平面内点的连线分别为水平方向和垂直于水平方向，点与点之间的距离为2cm；

②第二个方向的纱线(系统点2和2”连接线方向的纱线)与上、下表面的交点有如下规律：平面内点的连线分别为与水平方向呈30°夹角和垂直于水平方向，点与点之间的距离为2cm；

③第三个方向的纱线(系统点3和3”连接线方向的纱线)与上、下表面的交点有如下规律：平面内点的连线分别于水平方向呈20°夹角和垂直于水平方向，点与点之间的距离为2cm.织物的高度为2cm。

结合图2，按照附图1所述方法缝制的点阵结构复合材料示意图如图2所示。上下面板对应系统点的如图1所示，最后成形的图如2所示。

结合图3，点阵结构复合材料的制备工艺：首先，在织物上表面涂覆环氧树脂，并用刷子刷匀、压实树脂；其次，静置一会后，将织物翻转过来，在下表面涂覆环氧树脂，并用刷子刷匀、压实树脂；再次，将剩余的树脂涂在织物上，并将涂好树脂的点阵复合材料织物放置于电热鼓风干燥箱，烘干固化后取出；最后，将固化好的点阵复合材料去除芯层中的泡沫，即为点阵复合材料。

本实施例的有益效果为：

本发明具有轻质、高强、高模、隔热、保温、吸能、降噪、抗冲击、耐腐蚀等特点，市场应用前景广阔。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (2)

1.一种新型点阵结构复合材料及其制造方法，其特征在于：所述制造方法包括如下步骤：点阵结构的设计--原料选择--点阵复合材料预制件(织物)的制备--点阵结构复合材料的制备，

1)点阵结构的设计，包括：芯材纱线的走向(芯材纱线有三类，两两之间的纱线夹角均呈90°且在空间内无交点；三类纱线与上下两个表面的夹角均为45°)；芯材纱线的密度(同类纱线的相邻两个点之间的距离为2cm)；芯材的高度(按照应用领域不同，芯材高度可设计范围为1mm～50mm之间)；

2)原料选择，点阵复合材料具有较强的结构可设计性，其原料选用范围包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、高强涤纶纤维，优选玻璃纤维为增强体、环氧树脂为主要基体；

3)点阵复合材料预制件(织物)的制备，①上下表面织物的制备，选用线密度为1500tex的玻璃纤维为原料，在全自动剑杆织样机上制织平纹结构的织物，备用；②点阵复合材料织物的制备，选用大号缝针及钩纱器，将芯材纱线按点阵结构的规律缝编到上下表面，为了保证点阵织物的稳定性，在上下织物表面分别描绘出各体系点的分布，同时在上下表面之间嵌夹一层泡沫以固定芯材高度；

4)点阵结构复合材料的制备，采用手糊成型方法，将配制好的环氧树脂体系与点阵复合材料织物进行复合成型；复合工艺：由于织物中间有泡沫，首先，在织物上表面涂覆环氧树脂，并用刷子刷匀、压实树脂；其次，静置一会后，将织物翻转过来，在下表面涂覆环氧树脂，并用刷子刷匀、压实树脂；再次，将剩余的树脂涂在织物上，并将涂好树脂的点阵复合材料织物放置于电热鼓风干燥箱，烘干固化后取出；最后，将固化好的点阵复合材料去除芯层中的泡沫，即为点阵复合材料。

2.根据权利要求1所述的一种新型点阵结构复合材料及其制造方法，其特征在于：点阵结构复合材料上、下面板各系统纱线的分布如下：

①第一个方向的纱线(系统点1和1”连接线方向的纱线)与上、下表面的交点有如下规律：平面内点的连线分别为水平方向和垂直于水平方向，点与点之间的距离为2cm；

②第二个方向的纱线(系统点2和2”连接线方向的纱线)与上、下表面的交点有如下规律：平面内点的连线分别为与水平方向呈30°夹角和垂直于水平方向，点与点之间的距离为2cm；

③第三个方向的纱线(系统点3和3”连接线方向的纱线)与上、下表面的交点有如下规律：平面内点的连线分别于水平方向呈20°夹角和垂直于水平方向，点与点之间的距离为2cm.织物的高度为2cm。