CN106364025B - 一种复合材料三明治夹层板及其生产方法 - Google Patents

一种复合材料三明治夹层板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种复合材料三明治夹层板，至少包括第一碳纤维层、第二碳纤维层、聚甲基丙烯酰亚胺板和环氧树脂复合层，所述聚甲基丙烯酰亚胺板上均布开有若干通孔，所述通孔中填充有碳纤维丝，所述第一碳纤维层通过环氧树脂复合层与聚甲基丙烯酰亚胺板的一面复合，所述第二碳纤维层通过环氧树脂复合层与聚甲基丙烯酰亚胺板的另一面复合。本发明的优越技术效果在于：所述三明治夹层板强度高、重量轻、受力位移小和抗冲击性强。

Description

一种复合材料三明治夹层板及其生产方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种复合材料三明治夹层板及其生产方法，尤其是一种应用于航空航天领域的复合材料三明治夹层板及其生产方法。
背景技术
将两种或两种以上的材料组合而成的材料称为复合材料，由于复合材料的热稳定性好，比强度高，比刚度高等特点，经常用于建筑，机械，航空航天等技术领域。碳纤维增强复合材料因为其轻质高强的特点，经常用于飞机的机翼、前机身，卫星的支撑结构等。
例如，中国专利申请号为201510348638.9的申请文件公开了一种三明治结构及蜂窝结构芯体，本发明提供了一种三明治结构，其包括第一夹层、第二夹层以及位于其之间的芯体，所述芯体为多级蜂窝结构；所述多级蜂窝结构中，在胞元边长为L0的当前级蜂窝结构中每两条或者三条边的交点处用边长为L1多边形替换形成下一级蜂窝结构；其中L1<L0。本发明质量轻，比强度高，吸能效率高，保温性，隔热性能，隔音性能较好，多功能综合性能较强；本发明的多级蜂窝结构芯体在面内(X-Y方向)，面外(Z方向)两个方向上，与传统蜂窝结构相比，力学性能，机械强度，吸能效率，抗冲击性等各种性能上有明显提高，并且蜂窝等级越高，各项性能越好，这使得该类多级蜂窝结构在工程领域中与传统蜂窝结构相比具有巨大的优势。
再如，中国专利申请号为201220315938.5的申请文件公开了一种三明治防弹夹层板，包括上面板、下面板和芯体，所述的芯体由多层胞元按一定规律交叉排列形成；所述的胞元为六边形，上下呈对称的燕尾形状，上下两条边为等长水平胞臂h、左右四条边为等长斜胞臂l，水平胞臂h与斜胞臂l之间具有夹角λ且λ<90°，水平胞臂h的长度与斜胞臂l的长度之间满足公式h>2l·cosλ。本发明在受到子弹冲击载荷作用时，芯体表现负泊松比性质，材料会向子弹作用区域聚集，从而使得芯体局部强度增加，防止板件尤其是芯体被子弹轻易射穿。本发明既保持了三明治夹层板能量吸收能力强的优势，同时又使其在受局部冲击载荷作用时发生局部强化，增加了三明治夹层板对冲击载荷的阻抗能力。
显然，现有技术中的三明治夹层板存在以下问题：
1、三明治夹层板板体厚重，材料密度不均匀；
2、三明治夹层板生产工艺复杂，生产成本高。另外，现有技术中的三明治夹层板也不适合航空航天领域使用。
随着科技的发展，航空航天领域对结构的轻量化和高强度要求越来越高，因此，开发一种质量轻，强度高，抗冲击能力强，力学性能优异的三明治夹层板已经成为目前复合材料领域中较为迫切的需求。
发明内容
本发明是通过如下技术方案实现的，一种复合材料三明治夹层板，至少包括第一碳纤维层、第二碳纤维层、聚甲基丙烯酰亚胺板和环氧树脂复合层，所述聚甲基丙烯酰亚胺板上均布开有若干通孔，所述通孔中填充有碳纤维丝，所述第一碳纤维层通过环氧树脂复合层与聚甲基丙烯酰亚胺板的一面复合，所述第二碳纤维层通过环氧树脂复合层与聚甲基丙烯酰亚胺板的另一面复合。
进一步地，所述环氧树脂复合层包括环氧树脂、过氧化甲乙酮和异辛酸钴，所述环氧树脂、过氧化甲乙酮和异辛酸钴的质量比例为100:2:2。
一种复合材料三明治夹层板的生产方法，至少包括以下步骤：
(1)、准备复合材料，包括第一碳纤维层、第二碳纤维层、聚甲基丙烯酰亚胺板、环氧树脂、过氧化甲乙酮和异辛酸钴，所述环氧树脂、过氧化甲乙酮和异辛酸钴的质量比例为100:2:2；
(2)、聚甲基丙烯酰亚胺板打孔处理，根据强度要求设置打孔的密度；
(3)、将环氧树脂、过氧化甲乙酮和异辛酸钴按比例搅拌均匀；
(4)、将碳纤维丝填充到甲基丙烯酰亚胺板上的通孔中；
(5)、将搅拌均匀的环氧树脂、过氧化甲乙酮和异辛酸钴与第一碳纤维层和第二碳纤维层复合；
(6)、环氧树脂、过氧化甲乙酮和异辛酸钴与第一碳纤维层和第二碳纤维层复合后，将第一碳纤维层真空导入到聚甲基丙烯酰亚胺板的一面；将第二碳纤维层真空导入到聚甲基丙烯酰亚胺板的另一面；
(7)、将步骤(6)中复合完成的材料板固化处理。
作为本发明的一种改进，所述固化处理还包括加温处理的步骤。
作为本发明的一种改进，所述加温处理的温度为80℃，加温处理的时间为30分钟。
作为本发明的一种改进，所述步骤(6)之后，步骤(7)之前还包括将复合完成的三明治夹层板进行真空加压处理的步骤。
作为本发明的一种改进，所述步骤(4)中还包括将碳纤维丝浸于环氧树脂、过氧化甲乙酮和异辛酸钴按比例搅拌均匀后的液体中的步骤。
作为本发明的一种改进，所述步骤(7)之后还包括对所述三明治夹层板进行打磨和修边处理的步骤。
作为本发明的一种改进，所述步骤(1)之后，步骤(2)之前还包括将第一碳纤维层、第二碳纤维层、聚甲基丙烯酰亚胺板裁切成设计要求的尺寸。
作为本发明的一种改进，所述步骤(1)之后，步骤(2)之前还包括将聚甲基丙烯酰亚胺板表面拉毛的步骤。
与现有技术相比，本发明的优越效果在于：
1、本发明所述的三明治夹层板，通过将碳纤维层、聚甲基丙烯酰亚胺板和环氧树脂复合，得到强度高、重量轻、受力位移小和抗冲击性强的复合材料。
2、本发明所述的三明治夹层板的生产方法，通过对聚甲基丙烯酰亚胺板打孔再将碳纤维丝填充到聚甲基丙烯酰亚胺板的孔中，使所述三明治夹层板的强度更高，材料密实性更好。
3、本发明所述的三明治夹层板的生产方法，通过加温处理的步骤，使所述三明治夹层板的固化时间缩短。
4、本发明所述的三明治夹层板的生产方法，通过将碳纤维丝浸于环氧树脂、过氧化甲乙酮和异辛酸钴按比例搅拌均匀后的液体中的步骤，使聚甲基丙烯酰亚胺板表层的碳纤维层与聚甲基丙烯酰亚胺板通孔中的碳纤维丝有机结合，加强所述三明治夹层板的强度。
5、本发明所述的三明治夹层板的生产方法，通过对聚甲基丙烯酰亚胺板表面进行拉毛处理，使聚甲基丙烯酰亚胺板与碳纤维层的复合更牢固。
附图说明
图1为本发明所述的三明治夹层板的结构分解示意图；
图2为本发明所述的三明治夹层板的生产方法的流程图。
附图标记如下：
1-第一碳纤维层、2-聚甲基丙烯酰亚胺板、3-第二碳纤维层、4-碳纤维丝。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。一种复合材料三明治夹层板，至少包括第一碳纤维层1、第二碳纤维层3、聚甲基丙烯酰亚胺板2和环氧树脂复合层，所述聚甲基丙烯酰亚胺板上均布开有若干通孔，所述通孔中填充有碳纤维丝4，所述第一碳纤维层1通过环氧树脂复合层与聚甲基丙烯酰亚胺板2的一面复合，所述第二碳纤维层3通过环氧树脂复合层与聚甲基丙烯酰亚胺板2的另一面复合。
所述环氧树脂复合层为胶凝状液体材料，所述第一碳纤维层1和第二碳纤维层3经过胶凝状环氧树脂复合层的浸润，粘贴到聚甲基丙烯酰亚胺板2。
所述环氧树脂复合层包括环氧树脂、过氧化甲乙酮和异辛酸钴，所述环氧树脂、过氧化甲乙酮和异辛酸钴的质量比例为100:2:2。
一种复合材料三明治夹层板的生产方法，至少包括以下步骤：
(1)、准备复合材料，包括第一碳纤维层1、第二碳纤维层3、聚甲基丙烯酰亚胺板2、环氧树脂、过氧化甲乙酮和异辛酸钴，所述环氧树脂、过氧化甲乙酮和异辛酸钴的质量比例为100:2:2；
(2)、聚甲基丙烯酰亚胺板2打孔处理，根据强度要求设置打孔的密度；
(3)、将环氧树脂、过氧化甲乙酮和异辛酸钴按比例搅拌均匀；
(4)、将碳纤维丝4填充到甲基丙烯酰亚胺板2上的通孔中；
(5)、将搅拌均匀的环氧树脂、过氧化甲乙酮和异辛酸钴与第一碳纤维层1和第二碳纤维层3复合；
(6)、环氧树脂、过氧化甲乙酮和异辛酸钴与第一碳纤维层1和第二碳纤维层3复合后，将第一碳纤维层1真空导入到聚甲基丙烯酰亚胺板2的一面；将第二碳纤维层3真空导入到聚甲基丙烯酰亚胺板2的另一面；
(7)、将步骤(6)中复合完成的材料板固化处理。
所述固化处理还包括加温处理的步骤。
所述加温处理的温度为80℃,加温处理的时间为30分钟。
所述步骤(6)之后，步骤(7)之前还包括将复合完成的三明治夹层板进行真空加压处理的步骤。
所述步骤(4)中还包括将碳纤维丝浸于环氧树脂、过氧化甲乙酮和异辛酸钴按比例搅拌均匀后的液体中的步骤。所述环氧树脂、过氧化甲乙酮和异辛酸钴的质量比例为100:2:2。
通过将碳纤维丝4浸于环氧树脂、过氧化甲乙酮和异辛酸钴按比例搅拌均匀后的液体中的步骤，聚甲基丙烯酰亚胺板2表层的第一碳纤维层1和第二碳纤维层3与碳纤维丝4有机结合，形成聚甲基丙烯酰亚胺板2表面的包围型骨架结构，有效的增强了所述三明治夹层板的强度。
所述步骤(7)之后还包括对所述三明治夹层板进行打磨和修边处理的步骤。
所述步骤(1)之后，步骤(2)之前还包括将第一碳纤维层1、第二碳纤维层3、聚甲基丙烯酰亚胺板3裁切成设计要求的尺寸。
所述步骤(1)之后，步骤(2)之前还包括将聚甲基丙烯酰亚胺板2表面拉毛的步骤。
通过将聚甲基丙烯酰亚胺板2的表面拉毛，增大了聚甲基丙烯酰亚胺板2表面的粗糙度，使第一碳纤维层1和第二碳纤维层3与聚甲基丙烯酰亚胺板2的复合更牢固。
本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种复合材料三明治夹层板的生产方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
（1）、准备复合材料，包括第一碳纤维层、第二碳纤维层、聚甲基丙烯酰亚胺板、环氧树脂、过氧化甲乙酮和异辛酸钴，所述环氧树脂、过氧化甲乙酮和异辛酸钴的质量比例为100:2:2；
（2）、聚甲基丙烯酰亚胺板打孔处理，根据强度要求设置打孔的密度；
（3）、将环氧树脂、过氧化甲乙酮和异辛酸钴按比例搅拌均匀；
（4）、将碳纤维丝浸于环氧树脂、过氧化甲乙酮和异辛酸钴按比例搅拌均匀后的液体中，再将碳纤维丝填充到甲基丙烯酰亚胺板上的通孔中；
（5）、将搅拌均匀的环氧树脂、过氧化甲乙酮和异辛酸钴与第一碳纤维层和第二碳纤维层复合；
（6）、环氧树脂、过氧化甲乙酮和异辛酸钴与第一碳纤维层和第二碳纤维层复合后，将第一碳纤维层真空导入到聚甲基丙烯酰亚胺板的一面；将第二碳纤维层真空导入到聚甲基丙烯酰亚胺板的另一面；
（7）、将复合完成的三明治夹层板进行真空加压处理的步骤；
（8）、进行固化处理。
2.根据权利要求1所述的三明治夹层板的生产方法，其特征在于，所述固化处理还包括加温处理的步骤。
3.根据权利要求2所述的三明治夹层板的生产方法，其特征在于，所述加温处理的温度为80°C，加温处理的时间为30分钟。
4.根据权利要求1所述的三明治夹层板的生产方法，其特征在于，所述步骤（8）之后还包括对所述三明治夹层板进行打磨和修边处理的步骤。
5.根据权利要求1所述的三明治夹层板的生产方法，其特征在于，所述步骤（1）之后，步骤（2）之前还包括将第一碳纤维层、第二碳纤维层、聚甲基丙烯酰亚胺板裁切成设计要求的尺寸。
6.根据权利要求1所述的三明治夹层板的生产方法，其特征在于，所述步骤（1）之后，步骤（2）之前还包括将聚甲基丙烯酰亚胺板表面拉毛的步骤。
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