CN113085216A - 一种纤维管周期性正负泊松比夹芯结构及其制备方法 - Google Patents

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丁伟民
熊宇航
韩双谦
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Abstract

本发明提供一种纤维管周期性正负泊松比夹芯结构及其制备方法，由复合材料前面板、复合材料管芯子、复合材料后面板组成；所述的复合材料管芯子是由方形复合材料纤维管堆叠而成，每一层芯子中相邻的纤维管之间留有相同间距，管间隙中点与相邻层芯子纤维管截面中心对齐，每个纤维管截面均与面板垂直，轴向与面板平行；本发明结构受拉伸载荷和压缩载荷时都向内收缩，呈现出正负泊松比特性，具备吸能、抗冲击、消声隔振等优秀力学特性。此外，本发明的全复合材料设计使其具有传统金属结构不具备的轻质高强、耐腐蚀、带隙隔振的特性。同时，本发明制备工艺精简实用，利于批量生产。

Description

一种纤维管周期性正负泊松比夹芯结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料的固化粘接方法，属于夹芯结构制备领域，具体为一种纤维管周期性正负泊松比夹芯结构及其制备方法。
背景技术
泊松比定义为材料受单向拉压时，横向拉伸应变与纵向收缩应变的比值。一般夹芯结构在纵向压缩时横向膨胀，体现为正泊松比效应。
目前负泊松比夹芯结构多由金属材料制备而成，传统金属材料在轻量化设计和强度方面的不足
发明内容
本发明的目的是为了提供一种纤维管周期性正负泊松比夹芯结构及其制备方法。可以提高轻量化设计程度，以及夹芯结构的强度和吸能能力等力学性质。
本发明的目的是这样实现的：
一种纤维管周期性正负泊松比夹芯结构，由复合材料前面板1、复合材料管芯子2、复合材料后面板3组成。
所述的复合材料管芯子2是由方形复合材料纤维管堆叠而成。每一层芯子中相邻的纤维管之间留有相同间距，管间隙中点与相邻层芯子纤维管截面中心对齐。每个纤维管截面均与面板垂直，轴向与面板平行。
所述的复合材料前面板1和复合材料后面板3的大小由芯子尺寸决定，面板宽度与芯子堆叠后的整体宽度一致，长度与纤维管长一致。
所述复合材料管芯子2的相邻层之间固定连接，复合材料管芯子2和前后面板1、3之间固定连接。
所述复合材料管芯子2为同种复合材料，前后面板1、3为同种复合材料纤维，所述复合材料为碳纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维。
一种纤维管周期性正负泊松比夹芯结构的制备方式，具体包含以下步骤：
步骤一：选取复合材料预浸料和复合材料纤维管；
步骤二：裁剪预浸料，正交铺叠，排出预浸料中的气泡，置于平板硫化机中加热固化制备碳纤维面板，用雕刻机将其切割成合适的尺寸；
步骤三：对纤维管和面板进行打磨、清洗、干燥处理。
步骤四：裁剪胶膜，使用胶膜粘接纤维管和面板，并排出胶膜与粘接件之间的气泡，每一层芯子中相邻的纤维管之间留有相同间距，管间隙中点与相邻层芯子纤维管截面中心对齐。将粘接好的整体置于高温真空箱中真空干燥、高温固化，即可得到一种复合材料纤维管正负泊松比夹芯结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明结构受拉伸载荷和压缩载荷时都向内收缩，呈现出正负泊松比特性，具备吸能、抗冲击、消声隔振等优秀力学特性。此外，本发明的全复合材料设计使其具有传统金属结构不具备的轻质高强、耐腐蚀、带隙隔振的特性。同时，本发明制备工艺精简实用，利于批量生产。
对比传统夹芯结构，本发明不仅轻质高强，还具有更好的消声隔振、耐腐蚀等优良的力学和物理特性。
附图说明
图1是纤维管单胞示意图；
图2是夹芯结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如图2所示：包括1.复合材料前面板、2.复合材料管芯子、3.复合材料后面板
本发明属于夹芯结构制备领域，具体为纤维管周期性正负泊松比夹芯结构及其制备方法。目的在于提供一种纤维管为单胞组合堆叠而成的芯子，形成纤维管周期性正负泊松比夹芯结构。
为了实现本发明的目的，采用的技术方案为：
一种纤维管周期性正负泊松比夹芯结构，由复合材料前面板1、复合材料管芯子2、复合材料后面板3组成。
所述的复合材料管芯子2是由方形复合材料纤维管堆叠而成。每一层芯子中相邻的纤维管之间留有相同间距，管间隙中点与相邻层芯子纤维管截面中心对齐。每个纤维管截面均与面板垂直，轴向与面板平行。
所述的复合材料前面板1和复合材料后面板3的尺寸由芯子尺寸决定，面板宽度与芯子堆叠后的整体宽度一致，长度与纤维管长一致。
所述复合材料管芯子2的相邻层之间固定连接，复合材料管芯子2和前后面板1、3之间固定连接。
所述复合材料管芯子2为同种复合材料，前后面板1、3为同种复合材料纤维，所述复合材料为碳纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维。
一种纤维管周期性正负泊松比夹芯结构的制备方式，具体包含以下步骤：
步骤一：选取复合材料预浸料和复合材料纤维管；
步骤二：裁剪预浸料，正交铺叠，排出预浸料中的气泡，置于平板硫化机中加热固化制备碳纤维面板，用雕刻机将其切割成合适的尺寸；
步骤三：对纤维管和面板进行打磨、清洗、干燥处理。
步骤四：裁剪胶膜，使用胶膜粘接纤维管和面板，并排出胶膜与粘接件之间的气泡，每一层芯子中相邻的纤维管之间留有相同间距，管间隙中点与相邻层芯子纤维管截面中心对齐。将粘接好的整体置于高温真空箱中真空干燥、高温固化，即可得到一种复合材料纤维管正负泊松比夹芯结构。
所述复合材料前后面板1、3和复合材料管芯子2的材料可以有多种选择，从而存在多种实施方式。碳纤维强度高，具有导电性，但成本高昂。玻璃纤维韧性较好，且造价低廉可批量生产，易透波，能用于雷达隐身。玄武岩纤维化学性质稳定，阻燃、耐腐蚀，可用于船舶潜艇等领域。其余的实施方式均与上述步骤相同。本发明的尺寸规格也可以在实际应用中做出改变。
综上所述：本发明属于复合材料夹芯结构制备领域，具体为纤维管周期性正负泊松比夹芯结构及其制备方法，目的在于提供一种利用纤维管堆叠成芯子，形成一种纤维管周期性正负泊松比夹芯结构及其制备方法。一种纤维管周期性正负泊松比夹芯结构：由复合材料前面板、复合材料管芯子、复合材料后面板粘接制备而成。本发明结构受拉伸载荷时，结构芯子向内收缩，表现为正泊松比特性，受压缩载荷时，结构芯子仍然向内收缩，表现为负泊松比特性。本发明所提供的复合材料夹芯结构具备吸能、抗冲击，消声隔振等优秀力学特性。同时，本发明制备工艺精简实用，利于批量生产。

Claims (2)

1.一种纤维管周期性正负泊松比夹芯结构，其特征在于，由复合材料前面板(1)、复合材料管芯子(2)、复合材料后面板(3)组成；
所述的复合材料管芯子(2)是由方形复合材料纤维管堆叠而成，每一层芯子中相邻的纤维管之间留有相同间距，管间隙中点与相邻层芯子纤维管截面中心对齐，每个纤维管截面均与面板垂直，轴向与面板平行；
所述的复合材料前面板(1)和复合材料后面板(3)的大小由芯子尺寸决定，面板宽度与芯子堆叠后的整体宽度一致，长度与纤维管长一致；
所述复合材料管芯子(2)的相邻层之间固定连接，复合材料管芯子(2)和前后面板(1)、(3)之间固定连接。
所述复合材料管芯子(2)为同种复合材料，前后面板(1)、(3)为同种复合材料纤维，所述复合材料为碳纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维。
2.一种纤维管周期性正负泊松比夹芯结构的制备方式，具体包含以下步骤：
步骤一：选取复合材料预浸料和复合材料纤维管；
步骤二：裁剪预浸料，正交铺叠，排出预浸料中的气泡，置于平板硫化机中加热固化制备碳纤维面板，用雕刻机将其切割成合适的尺寸；
步骤三：对纤维管和面板进行打磨、清洗、干燥处理；
步骤四：裁剪胶膜，使用胶膜粘接纤维管和面板，并排出胶膜与粘接件之间的气泡，每一层芯子中相邻的纤维管之间留有相同间距，管间隙中点与相邻层芯子纤维管截面中心对齐；将粘接好的整体置于高温真空箱中真空干燥、高温固化，即可得到一种复合材料纤维管正负泊松比夹芯结构。
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