CN109551858A - 一种缝纫泡沫夹芯复合材料的制造方法 - Google Patents

一种缝纫泡沫夹芯复合材料的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种缝纫泡沫夹芯复合材料的制造方法，属于树脂基复合材料制品成型技术制造技术领域。该方法首先制备泡沫芯体，然后裁剪上下面板所需的纤维布。之后使用夹具夹紧预成型体，用特制的滑块与上铝板上的定位槽配合，对预成型体进行打孔。最后采用改进的锁式缝纫方式对预成型体进行缝纫，并采用VARTM工艺或热压罐成型工艺进行固化成型。与传统的缝纫方法相比，本发明的优点是在泡沫夹芯复合材料中可以实现不同角度、不同间距、不同行距的缝纫。通过滑块与上铝板上的定位槽配合可以保证缝纫位置和缝纫角度的准确性，且成本低廉且容易实现。

Description

一种缝纫泡沫夹芯复合材料的制造方法
技术领域
本发明涉及一种缝纫增强的泡沫夹芯复合材料的整体成型方法，属于树脂基复合材料制品成型技术制造技术领域。
背景技术
泡沫夹芯复合材料因其具有耐疲劳性好、弯曲刚度与强度大、抗失稳定性强、质量轻以及抗振消震、吸音和隔热等特点。因此被广泛应用在风力发电、交通运输、航空航天领域以及日常生活中的汽车、建筑、医疗设备配件、体育器材等领域。然而由于复合材料的各向异性和面芯材料力学性能不同从而造成界面应力集中；制造过程中材料不均匀、工艺不稳定等导致残余应力或初始缺陷；以及泡沫夹芯复合材料结构在服役过程中的瞬时过载等都会导致泡沫夹芯复合材料结构在服役过程中容易出现芯体开裂和面芯界面分层等现象。开裂和界面分层等现象会严重影响结构的承载能力，有时还会进一步引发整体结构的失效和破坏，从而大大影响结构的力学性能。
为了提高泡沫夹芯复合材料结构抵抗内部芯体开裂和界面分层破坏的能力，国内外学者提出了很多方法对泡沫夹芯复合材料结构进行强化。其中主要的强化方法包括对泡沫夹芯复合材料进行层间增韧和对泡沫夹芯复合材料的Z向进行增强。目前泡沫夹芯复合材料层间增韧技术主要采用的是短纤维增韧法。而泡沫夹芯复合材料的Z向增强方法主要可以分为Z-pin法、缝纫法、纤维柱增强三种方法。与缝纫法相比，Z-pin法和纤维柱增强法的成本太高，且需要复杂的成型设备。而层间增韧技术只能对界面进行增强，强化效果有限。
目前的缝纫泡沫夹芯复合材料的制备方法大多不能保证缝纫时准确的间距和行距，且缝纫时的间距和行距不容易改变。在缝纫时玻璃纤维布和泡沫芯体的位置不能保证固定，容易滑动。缝纫时大多不能实现不同角度的缝纫，且需要特殊昂贵的成型设备。比如在专利公布号CN 104908330A名称为“一种缝纫复合材料及其制作工艺”中就没有涉及到不同角度的缝纫，也没有提到缝纫时保证缝纫位置准确性的方法。
发明内容
本发明的目的在于针对目前缝纫泡沫夹芯复合材料制造过程中缝纫行距、缝纫间距、缝纫角度不容易改变且准确性无法保证。缝纫过程中纤维布或泡沫芯体易发生滑动。制造过程中需要大型昂贵辅助成型设备，制造成本高等问题。从而提供一种缝纫增强的泡沫夹芯复合材料的整体成型方法。
本发明的技术方案：
一种缝纫泡沫夹芯复合材料的制造方法，步骤如下：
1)制备缝纫泡沫夹芯复合材料所需的泡沫芯体，泡沫芯体为一个长方体，长为160mm～220mm，宽为40mm～100mm，高度为5mm～30mm；
2)裁剪上下面板所需的纤维布，纤维布为长方形，具体尺寸根据所制备泡沫的尺寸来决定；
3)在缝纫架的中部铺放下铝板，并在下铝板上依次铺放纤维布、泡沫芯体、纤维布和上铝板；用螺钉穿过缝纫架和上下铝板上的预留孔，并在上面拧紧螺母把预成型体夹紧；
4)根据需求，选择所需角度的滑块；用滑块与上铝板上的定位槽配合，对上下铝板夹紧的预成型体进行打孔；通过不同规格的滑块与上铝板的配合打出不同角度的孔，并实现不同间距、不同行距的打孔；
5)对打过孔的预成型体用缝纫线进行缝纫，缝纫方式为改进的锁式缝纫方式；缝纫时首先需要在上面穿入缝线，然后在下面穿入底线，且上下铝板上的槽保证缝线行距的准确性；
6)通过复合材料成型工艺对缝合好的泡沫夹芯复合材料进行成型，固化后得到缝纫泡沫夹芯复合材料。
所述的纤维布可以是碳纤维、碳纤维预浸料、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维等纤维增强体中的一种或几种材料组成。
所述的泡沫可以是聚氯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、聚甲基丙烯酰亚胺泡沫、聚醚酰亚胺泡沫中的一种。泡沫密度可以为30～100Kg/㎡。
所述的上铝板和下铝板上都刻有多条直线定位槽，且上铝板和滑块上还分别加工了能够相互配合的圆形的定位凹槽和凸台。通过上铝板上的定位槽与滑块的配合可保证打孔位置的准确性，通过不同的滑块与上铝板配合可以实现不同角度的打孔。且通过调整上铝板上的圆形的定位凹槽和滑块上凸台的配合，可以实现不同间距、不同行距的打孔。下铝板上的槽比较宽，主要作用是和上铝板一起夹紧预成型体。
所述的缝纫线可以是碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或两种以上混合。且使用的缝纫线可以是浸胶或未浸胶的。
所述的打孔角度可以为30°～90°，打孔的间距可以为5mm～30mm，打孔的行距可以为10mm～40mm。
所述的复合材料成型工艺可以是VARTM成型工艺或热压罐成型工艺。
本发明的有益效果是：本发明制备缝纫泡沫夹芯复合材料的方法适用于不同的成型工艺，且成本低廉且容易实现，不需要大型昂贵的成型设备。通过上下铝板的夹紧，可以防止在缝纫过程中纤维布或泡沫芯体发生滑动。且通过不同滑块与上铝板的配合可以实现泡沫夹芯复合材料不同角度、不同间距、不同行距的打孔，从而实现不同角度、不同间距、不同行距的缝合。
附图说明
图1a为打出60°的孔所需要的滑块。
图1b为打出90°的孔所需要的滑块。
图2a为上铝板。
图2b为下铝板。
图3为泡沫夹芯复合材料缝合架总体示意图。
图4为VARTM工艺制备缝纫泡沫夹芯复合材料试件示意图。
图5为热压罐成型工艺制备缝纫泡沫夹芯复合材料试件示意图。
图中：160°滑块；290°滑块；3上铝板；4下铝板；5预成型体；6缝合架；7挡块；8真空袋；9脱模布；10泡沫芯体；11密封胶条；12玻璃纤维布；13纤维毡14进胶口；15导流网；16出胶口；17出气口；18碳纤维预浸料；19热压罐；20压缩气体。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，具体实施方式如下：
实施例1：
首先预制长为200mm，宽为100mm，高度为20mm的泡沫芯体。裁剪20层长为200mm，宽为100mm的EW200纤维布。在缝纫架的中部铺放下铝板，并在下铝板上依次铺放10层EW200纤维布、泡沫芯体、10层EW200纤维布、上铝板等。用螺钉穿过缝纫架和上下铝板上的孔，并在上面拧紧螺母把预成型体夹紧。用特制的滑块与上铝板上的槽配合，对铝板夹紧的预成型体进行打孔。使用60°规格的滑块与上铝板配合进行打孔，打孔距离为12mm。对打过孔的预成型体用未浸胶的Kevlar缝纫线进行缝纫，缝纫方式为改进的锁式缝纫方式。采用VARTM工艺制备缝纫泡沫夹芯复合材料，采用的树脂为环氧树脂2040。树脂由进胶口注入，沿图4中箭头所指方向流动将预成型体浸润，等预成型体完全浸润后停止注入树脂，然后将注胶口与进胶口密封，待预成型体固化成型后对其进行加工即可获得缝纫泡沫夹芯复合材料。
实施例2：
首先预制长为200mm，宽为100mm，高度为20mm的泡沫芯体。裁剪32层长为200mm，宽为100mm的FAW 100碳纤维预浸料。在缝纫架的中部铺放下铝板，并在下铝板上依次铺放16层FAW 100碳纤维预浸料、泡沫芯体、16层FAW 100碳纤维预浸料、上铝板等。用螺钉穿过缝纫架和上下铝板上的孔，并在上面拧紧螺母把预成型体夹紧。用特制的滑块与上铝板上的槽配合，对铝板夹紧的预成型体进行打孔。使用90°规格的滑块与上铝板配合进行打孔，打孔距离为12mm。对打过孔的预成型体用浸过胶的Kevlar缝纫线进行缝纫，缝纫方式为改进的锁式缝纫方式。之后将预成型体放到打过脱模剂的单面刚性模具上，并使用真空袋将预成型体进行密封，检查真空袋是否漏气。最后将密封好的预成型体放进热压罐中进行固化，待预成型体固化成型后对其进行加工即可获得缝纫泡沫夹芯复合材料。

Claims (10)

1.一种缝纫泡沫夹芯复合材料的制造方法，其特征在于，步骤如下：
1)制备缝纫泡沫夹芯复合材料所需的泡沫芯体，泡沫芯体为一个长方体，长为160mm～220mm，宽为40mm～100mm，高度为5mm～30mm；
2)裁剪上下面板所需的纤维布，纤维布为长方形，具体尺寸根据所制备泡沫的尺寸来决定；
3)在缝纫架的中部铺放下铝板，并在下铝板上依次铺放纤维布、泡沫芯体、纤维布和上铝板；用螺钉穿过缝纫架和上下铝板上的预留孔，并在上面拧紧螺母把预成型体夹紧；
4)根据需求，选择所需角度的滑块；用滑块与上铝板上的定位槽配合，对上下铝板夹紧的预成型体进行打孔；通过不同规格的滑块与上铝板的配合打出不同角度的孔，并实现不同间距、不同行距的打孔；
5)对打过孔的预成型体用缝纫线进行缝纫，缝纫方式为改进的锁式缝纫方式；缝纫时首先需要在上面穿入缝线，然后在下面穿入底线，且上下铝板上的槽保证缝线行距的准确性；
6)通过复合材料成型工艺对缝合好的泡沫夹芯复合材料进行成型，固化后得到缝纫泡沫夹芯复合材料。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述的上铝板和下铝板上都刻有多条直线定位槽，且上铝板和滑块上还分别加工相互配合的圆形的定位凹槽和凸台；通过上铝板上的定位槽与滑块的配合保证打孔位置的准确性，通过不同的滑块与上铝板配合实现不同角度的打孔；且通过调整上铝板上的圆形的定位凹槽和滑块上凸台的配合，实现不同间距、不同行距的打孔；下铝板上的定位槽比较宽，主要作用是和上铝板一起夹紧预成型体。
3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述的纤维布是碳纤维、碳纤维预浸料、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或两种以上材料的组成。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述的泡沫芯体是聚氯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、聚甲基丙烯酰亚胺泡沫、聚醚酰亚胺泡沫中的一种，泡沫密度为30～100Kg/㎡。
5.根据权利要求1、2或4所述的制造方法，其特征在于，所述的缝纫线是碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或两种以上混合，且使用的缝纫线是浸胶或未浸胶的。
6.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述的缝纫线是碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或两种以上混合，且使用的缝纫线是浸胶或未浸胶的。
7.根据权利要求1、2、4或6所述的制造方法，其特征在于，所述的打孔角度为30°～90°，打孔的间距为5mm～30mm，打孔的行距可以为10mm～40mm。
8.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述的打孔角度为30°～90°，打孔的间距为5mm～30mm，打孔的行距可以为10mm～40mm。
9.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述的打孔角度为30°～90°，打孔的间距为5mm～30mm，打孔的行距可以为10mm～40mm。
10.根据权利要求1、2、4、6、8或9所述的制造方法，其特征在于，所述的复合材料成型工艺是VARTM成型工艺或热压罐成型工艺。
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