CN106926517A - 变密度网格增强芯复合材料及其制备方法 - Google Patents

变密度网格增强芯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种变密度网格增强芯复合材料及其制备方法，包括外蒙皮、内蒙皮和芯材，所述芯材位于外蒙皮和内蒙皮之间，所述芯材包括多个网格，不同区域的网格密度不同。其中芯材为一种可根据需要设置的变密度网格增强芯，满足不同部位的力学性能要求。本发明将复合材料面板、芯层和增强构件一体成型，简化了材料制备流程、提高了材料生产效率，提高了面板、芯材和增强构件各个结构之间的连接性能；可根据需要设置不同区域的网格密度，满足不同部位的力学性能要求；通过多层高强度纤维布交叉铺设，能大大提高蒙皮强度；芯材所采用的复合材料重量轻、强度高，具有良好的可设计性，适用于制作各个部位力学性能要求不同的产品。

Description

变密度网格增强芯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种夹芯板复合材料及其制备方法，尤其是一种采用变密度网格状树脂芯增强的轻质复合材料及其成型方法。
背景技术
在各种复合材料结构中，夹芯结构的应用历史最悠久，应用范围非常广泛。低密度夹芯结构(如泡沫、轻木等)与普通单一材料相比不仅具有比强度高，比刚度大等特点，一般还具有隔音、隔热和减振等功能特性。但是低密度芯材的材料学性能相对较低，为了改善芯材的力学性能，提高夹芯结构面板和芯材的界面性能，进而提高夹芯结构的整体力学性能，国外研究人员首先提出了若干种夹芯沿厚度方向的增强技术，以提高夹芯结构的平压性能、剪切性能和面芯界面的粘接性能，如Z-pin技术、缝纫技术等。Z-pin技术是在已经制备好的夹芯结构上打入细长的支柱，通常是钢钉或者纤维柱，甚至是钛杆，从而可以提高夹芯结构面板的层间性能和横向抗压性能。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术缺陷，满足不同部位力学性能要求，提供一种变密度网格增强芯复合材料。
本发明的另一目的是提供一种变密度网格增强芯复合材料的制备方法。
技术方案：为了解决上述技术问题，本发明提供一种变密度网格增强芯复合材料，包括外蒙皮、内蒙皮和芯材，所述芯材位于外蒙皮和内蒙皮之间，所述芯材包括多个网格，不同区域的网格密度不同。
进一步的，所述芯材包括标准区、过渡区和增强区，所述过渡区位于标准区与增强区之间，标准区网格芯密度小于过渡区网格芯密度，过渡区网格芯密度小于增强区网格芯密度。
进一步的，所述网格为纵横交错的网格或不规则网格。
进一步的，芯材为PVC泡沫或轻木材料。
进一步的，所述芯材为添加有石墨烯的复合材料，其中石墨烯含量(质量比)为0.05％～0.1％。
进一步的，所述外蒙皮和内蒙皮采用碳纤维、Kevlar纤维、超高分子量聚乙烯纤维、PBO纤维中的一种或多种，外蒙皮和内蒙皮的最表层为碳纤维。
进一步的，所述外蒙皮和内蒙皮为对称的铺层结构，由多层纤维布交叉铺设，从外层至里层分别为0°纤维布、-45°纤维布、90°纤维布、+45°纤维布布纹方向，纤维布铺层厚度为0.5～3mm。
一种变密度网格增强芯复合材料的制备方法，芯材的网格是通过设置沟槽、沟槽内导入树脂来实现的，沟槽采用刀切或锯切，沟槽的宽度为0.5～3mm，深度为芯材厚度的60％～80％。
进一步的，所述外蒙皮、内蒙皮和芯材通过真空导入树脂成型。
进一步的，根据应力应变分布图设置芯材的不规则网格。
本发明的有益效果在于：(1)、芯材为一种变密度网格增强芯，不同部位的网格密度不同，可根据需要设置不同区域的网格密度，满足不同部位的力学性能要求；(2)、将复合材料面板、芯层和增强构件一体成型，极大地简化了材料制备流程、提高了材料生产效率，更重要的是这种一体成型提高了面板、芯材和增强构件各个结构之间的连接性能；(3)、本发明采用高强度纤维材料，通过多层纤维布交叉铺设，能大大提高蒙皮强度；(4)、本发明的复合材料重量轻、强度高，具有良好的可设计性，适用于制作各个部位力学性能要求不同的产品，如车厢体、设备箱组等。
附图说明
图1为本发明的整体示意图；
图2为变密度网格增强芯结构示意图；
图3为蒙皮材料铺层结构示意图；
图4为本发明的进一步扩展方案示意图。
图中：1-外蒙皮、2-内蒙皮、3-变密度网格增强芯、101-0°纤维布、102--45°纤维布、103-90°纤维布、104-+45°纤维布、A区-标准区、B区-过渡区、C区-增强区、31-标准区网格芯、32-过渡区网格芯、33-增强区网格芯、301-A\B区界线、302-B\C区界线。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
如图1至4所示，变密度网格增强芯复合材料包括外蒙皮1、内蒙皮2和芯材3，所述芯材3位于外蒙皮1和内蒙皮2之间，所述芯材3包括多个网格，不同区域的网格密度不同，其中芯材为一种可根据需要设置的变密度网格增强芯3，满足不同部位的力学性能要求。
通常情况下，为工艺实施的方便性，所述的变密度网格增强芯3可划分为标准区(A)、过渡区(B)和增强区(C)三个区域，标准区(A)网格芯31、过渡区(B)网格芯32和增强区(C)网格芯33，标准区(A)和过渡区(B)分界线301，过渡区(B)和增强区(C)分界线302，图中的分界线301和302是为了方便区分不同区域示意出来的分界线，实际上并不存在。本实施例仅采用纵横交错的网格划分方法。所述过渡区位于标准区与增强区之间，标准区网格芯31密度小于过渡区网格芯32密度，过渡区网格芯32密度小于增强区网格芯33密度。如有必要，也可以根据应力应变分布图来设置复杂的不规则网格，如图4所示。
所述的复合材料外蒙皮1、内蒙皮2和芯材3通过真空导入树脂成型；外蒙皮1和内蒙皮2采用对称的铺层结构，芯材3为PVC泡沫或轻木等轻质材料。
所述芯材3的网格是通过设置沟槽、沟槽内导入树脂来实现的，沟槽可采用刀切或锯切，沟槽的宽度和深度可根据结构要求确定，一般宽度为0.5～3mm，深度为芯材3厚度的60％～80％。
所述的芯材3树脂材料还可以为一种添加有石墨烯的复合材料，其中石墨烯含量(质量比)为0.05％～0.1％。该复合材料重量轻、强度高，具有良好的可设计性，适用于制作各个部位力学性能要求不同的产品，如车厢体、设备箱组等。
所述外蒙皮1和内蒙皮2采用纤维材料铺层结构，纤维材料为碳纤维、Kevlar纤维、超高分子量聚乙烯纤维或PBO纤维，可根据需要选用其中的一种或多种，外蒙皮1和内蒙皮2的最表层一般为碳纤维。
所述外蒙皮1和内蒙皮2由多层纤维布交叉铺设，从外层至里层分别为0°纤维布101、-45°纤维布102、90°纤维布103、+45°纤维布104布纹方向，纤维布铺层厚度为0.5～3mm。采用高强度纤维材料，通过多层纤维布交叉铺设，能大大提高蒙皮强度。
本专利与现有的Z-pin技术不同，增强构件并不是在制备好的夹芯结构上打入进去的，而是在材料制备过程中，将复合材料面板、芯层和增强构件一体成型，极大地简化了材料制备流程、提高了材料生产效率，更重要的是这种一体成型提高了面板、芯材和增强构件各个结构之间的连接性能。同时还可以根据需要设置不同部位的增强网格密度，满足不同部位的力学性能要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种变密度网格增强芯复合材料，其特征在于：包括外蒙皮(1)、内蒙皮(2)和芯材(3)，所述芯材(3)位于外蒙皮(1)和内蒙皮(2)之间，所述芯材(3)包括多个网格，不同区域的网格密度不同。
2.根据权利要求1所述的变密度网格增强芯复合材料，其特征在于：所述芯材(3)包括标准区、过渡区和增强区，所述过渡区位于标准区与增强区之间，标准区网格芯(31)密度小于过渡区网格芯(32)密度，过渡区网格芯(32)密度小于增强区网格芯(33)密度。
3.根据权利要求1或2所述的变密度网格增强芯复合材料，其特征在于，所述网格为纵横交错的网格或不规则网格。
4.根据权利要求1或2所述的变密度网格增强芯复合材料，其特征在于：芯材(3)为PVC泡沫或轻木材料。
5.根据权利要求1或2所述的变密度网格增强芯复合材料，其特征在于：所述芯材(3)为添加有石墨烯的复合材料，其中石墨烯质量百分比为0.05％～0.1％。
6.根据权利要求1或2所述的变密度网格增强芯复合材料，其特征在于：所述外蒙皮(1)和内蒙皮(2)采用碳纤维、Kevlar纤维、超高分子量聚乙烯纤维、PBO纤维中的一种或多种，外蒙皮(1)和内蒙皮(2)的最表层为碳纤维。
7.根据权利要求1或2所述的变密度网格增强芯复合材料，其特征在于：所述外蒙皮(1)和内蒙皮(2)为对称的铺层结构，由多层纤维布交叉铺设，从外层至里层分别为0°纤维布(101)、-45°纤维布(102)、90°纤维布(103)、+45°纤维布(104)布纹方向，纤维布铺层厚度为0.5～3mm。
8.根据权利要求1至7任一种变密度网格增强芯复合材料的制备方法，其特征在于：芯材(3)的网格是通过设置沟槽、沟槽内导入树脂来实现的，沟槽采用刀切或锯切，沟槽的宽度为0.5～3mm，深度为芯材厚度的60％～80％。
9.根据权利要求8所述的变密度网格增强芯复合材料的制备方法，其特征在于：所述外蒙皮(1)、内蒙皮(2)和芯材(3)通过真空导入树脂成型。
10.根据权利要求8所述的变密度网格增强芯复合材料的制备方法，其特征在于：根据应力应变分布图设置芯材(3)的不规则网格。
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