CN113352645A - 一种泡沫填充复合材料半球型拉胀结构一体化制备方法 - Google Patents

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李振羽
王信涛
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    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
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Abstract

本发明提供一种泡沫填充复合材料半球型拉胀结构一体化制备方法，(1)根据需求计算半球体尺寸，制作结构内部填充泡沫，分为上下两个半球壳；(2)选取性能合适的纤维织物作为原料；(3)将纤维织物裁剪成合适尺寸，并铺设在下层泡沫上所加工出的蛋盒型凹槽内；(4)将上层泡沫堆叠摆放并做成泡沫填充复合材料半球型拉胀结构；(5)将所制成的泡沫半球壳结构四周及上下表面压上定制木板，放入真空袋中抽真空并静置观察真空袋是否漏气；(6)使用VARI成型工艺进行成型固化，脱模后即为泡沫填充复合材料半球型拉胀结构。本发明半球结构具有更优异的力学性能，在面内小变形情况下呈现出等效负泊松比特性，且该结构更贴近生产实际情况。

Description

一种泡沫填充复合材料半球型拉胀结构一体化制备方法
技术领域
本发明涉及一种一体化制备方法，尤其涉及一种泡沫填充复合材料半球型拉胀结构一体化制备方法。
背景技术
玻璃纤维增强复合材料具有密度小、比强度和比模量高、疲劳强度高、耐腐蚀性、耐热性及综合性能好等特点，被广泛应用于化工、水利、电子电器、轨道交通以及航空航天等领域。基于此现象，本发明提出一种基于VARI成型工艺的泡沫填充复合材料半球型拉胀结构，不同于传统塑料泡沫夹芯结构，本发明中的泡沫填充复合材料半球型拉胀结构由VARI成型工艺一体成型，并由于内部的纤维支撑，此种结构可增大半球体在受到冲击载荷时的吸能效果，达到更好的缓冲减振作用。
发明内容
本发明的目的是为了超越传统波纹板泡沫夹芯结构的弹性变形能力，在冲击载荷中起到更好的吸能效果和负泊松比效果，设计了一种泡沫填充复合材料半球型拉胀结构一体化制备方法。
本发明涉及的一种基于VARI成型工艺的泡沫填充复合材料半球型拉胀结构，主体为一个半球结构，内部为蛋盒夹芯结构。基于VARI成型工艺的泡沫填充复合材料半球型拉胀结构主要采用玻璃纤维材料，使用VARI成型工艺一体成型，减少由于制造缺陷带来的结构力学性能的下降，使得结构更加完整稳定。本发明中的基于VARI成型工艺的泡沫填充复合材料半球型拉胀结构其在承受冲击载荷时，可通过蛋盒型结构变形传递能量，且由于泡沫填充了结构的间隙，使得整个结构具有更加优异的力学性能，从而起到缓冲吸能的作用。
所述结构为块状，其尺寸可根据需求通过计算各行各列所需单元体进行设计制造；
所述单元体可根据需求进行周期拓扑，以满足不同设计需求；
所述泡沫填充复合材料半球型拉胀结构由VARI工艺一体成型制作而成，纤维织物主要采用玻璃纤维材料。
本发明的目的是这样实现的：
一种泡沫填充复合材料半球型拉胀结构一体化制备方法步骤如下：
(1)根据需求计算半球体尺寸，制作结构内部填充泡沫，分为上下两个半球壳；
(2)选取性能合适的纤维织物作为原料；
(3)将纤维织物裁剪成合适尺寸，并铺设在下层泡沫上所加工出的蛋盒型凹槽内；
(4)将上层泡沫堆叠摆放并做成泡沫填充复合材料半球型拉胀结构；
(5)将所制成的泡沫填充复合材料半球型拉胀结构四周及上下表面压上定制木板，放入真空袋中抽真空并静置观察真空袋是否漏气。
(6)使用VARI成型工艺进行成型固化，脱模后即为基于VARI成型工艺的泡沫填充复合材料半球型拉胀结构。
本发明制备方法还有一些特征：
所述泡沫由上、下两层泡沫组成，且泡沫上下及四周贴合面形状相同；
所述泡沫表面凹槽的尺寸恰好等于纤维织物的尺寸且泡沫表面的凹槽起到导流槽的作用；
所述泡沫在堆叠摆放的过程中使得纤维织物在泡沫内部形成蛋盒状结构。
所述结构在固化过程中四周及上下表面放置面板从而使成品试件表面平整且在固化过程中四周不会产生多余树脂。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
该结构为半球结构，在工程实际中，对比常见的板结构，半球结构具有更优异的力学性能，且该半球结构更贴近生产实际情况如火箭制造、飞行器、潜艇整流罩结构等。在小变形阶段，蛋盒结构具有负泊松比特性，结构纵向方受到压缩载荷时结构具有横向收缩的特性，从而增加结构刚度。同时，在大受力/大冲击载荷情况下，单层泡沫填充复合材料半球型拉胀结构往往不能很好地完成任务，该结构也为多层泡沫填充复合材料半球型拉胀结构提供了设计基础。且相比蛋盒波纹板结构，该结构也为泡沫夹芯桶结构，泡沫填充纤维增强负泊松比壳体结构等更多力学结构应用于生产生活中提供了思路。
附图说明
图1a-b为本发明的外层的泡沫芯子示意图。其中d1为外层泡沫的外径，也决定了该半球结构的外径大小，d2为外层泡沫的内径，a为外层泡沫的厚度。图中给出的外层泡沫芯子以d1、d2和a为变量，可以通过改变这些参数决定外层泡沫的大小、厚度等。
图2a-b为本发明的内层的泡沫芯子示意图。其中d2为内层泡沫的外径，d3为内层泡沫的内径，也决定了该半球结构的内径大小，c为内层泡沫的厚度。图中给出的内层泡沫芯子以d2、d3和c为变量，可以通过改变这些参数决定内层泡沫的大小、厚度等。
图3为本发明的外层泡沫局部放大示意图。图中a为外层泡沫的厚度，b为导流槽的厚度，可以通过改变导流槽的厚度b和数目n，让树脂能够充分浸透泡沫，使得该发明结构能够更加稳固。
图4a-b为本发明的上实心木块示意图。该木块是一个半球形，其直径恰好为d3。用上层木块能够使该泡沫填充复合材料半球型拉胀结构内层玻纤更加平整，用以定型，防止树脂溢出，便于脱模。
图5a-b为本发明的木头底座示意图。该底座是一个高度为H的圆柱形，中间削去了一个直径为d1的半球。用木头底座能够使该半球结构外层玻纤更加平整，用以定型，防止树脂溢出。同时，该图中还有两个注胶底座，方便灌入及抽出树脂，左右分布使得树脂充分浸透泡沫芯子。
图6为本发明的四分之一结构装配流程示意图。
图7为本发明的完整装配流程示意图。
图8为本发明的完整装配图。
图9为本发明的结构图。
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。
参见图1和图2，内外泡沫层相对密度可通过调整任意参数进行设计，图1和图2中给出的泡沫芯子示意图是以d1、d2、d3、a、b和c为变量，设计出的两种泡沫填充复合材料结构，其中可以通过设计不同的包括蛋盒状结构、波纹结构等，从而获得不同结构的玻纤夹层。
因此一种基于VARI成型工艺的泡沫填充复合材料半球型拉胀结构的制备实施方式为：
(1)根据需求计算内外两层泡沫芯子尺寸，确定两泡沫芯子内部填充泡沫所需密度；
(2)按照所需泡沫密度和泡沫芯子的尺寸，购买所需密度的泡沫并制作泡沫填充结构，单元体如图1及图2所示；
(3)选取力学性能合适的纤维织物作为加强材料裁剪成适合的尺寸并按照设计层数铺设在泡沫芯子上方；
(4)将铺好纤维织物的泡沫芯子和定型木块按照图7的顺序堆叠起来，堆叠完成后如图8所示；
(5)将所堆叠好的泡沫填充复合材料半球型拉胀结构用VARI工艺进行成型，成型后脱模即可获得如图9所示的泡沫填充复合材料半球型拉胀结构。
所述泡沫填充复合材料半球型拉胀结构其尺寸可根据需求进行制作；
所述泡沫填充复合材料半球型拉胀结构纤维增强层材料及厚度可根据需求进行铺设；
由本发明制备的基于VARI成型工艺的泡沫填充复合材料半球型拉胀结构，在小变形时会出现负泊松比特性。当结构承受冲击载荷时，包括点冲击和面冲击，可实现能量的吸收，从而达到减振吸能的效果，保护使用者的安全。对比常见的板结构，半球结构具有更优异的力学性能，且该结构更贴近生产实际情况。且相比蛋盒加芯板结构，该结构也为更多力学结构应用于生产生活中提供了思路。本发明制备简单，便于大批量生产。
以上内容仅为本发明的较佳实施案例，对于本工艺领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均可有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明限制。
综上所述：本发明涉及一种泡沫填充复合材料半球型拉胀结构一体化制备方法。VARI成型工艺作为一种高性能、低成本的非热压罐成型工艺，在真空下排除纤维增强体中的气体，通过树脂的流动、渗透，实现对纤维及其织物的浸渍，并在室温下固化成型，从而形成具有一定树脂、纤维比例的增强结构。本发明使用VARI成型工艺，模具需要承受的注射压力仅为抽真空压力，模具制造成本低。且一次性整体成型，树脂完全浸渍预成型体，工艺较为简单，制件性能高，方便大批量生产。对比常见的板结构，半球结构具有更优异的力学性能，在面内小变形情况下呈现出等效负泊松比特性，且该结构更贴近生产实际情况。该泡沫填充复合材料半球型拉胀结构同时可进行各方面的改良设计，可以通过改变泡沫芯子结构、纤维及其织物的厚度来改变半球结构的力学性能，从而提高半球结构的减振吸能特性，更好地保护使用者头部。在大受力/大冲击载荷情况下，单层泡沫填充复合材料半球型拉胀结构往往不能很好地完成任务，该结构也为多层泡沫填充复合材料半球型拉胀结构提供了设计基础。且相比蛋盒夹芯板结构，该结构也为更多力学结构应用于生产生活中提供了思路。

Claims (6)

1.一种泡沫填充复合材料半球型拉胀结构一体化制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤如下：
(1)根据需求计算半球体尺寸，制作结构内部填充泡沫，分为上下两个半球壳；
(2)选取性能合适的纤维织物作为原料；
(3)将纤维织物裁剪成合适尺寸，并铺设在下层泡沫上所加工出的蛋盒型凹槽内；
(4)将上层泡沫堆叠摆放并做成泡沫填充复合材料半球型拉胀结构；
(5)将所制成的泡沫半球壳结构四周及上下表面压上定制木板，放入真空袋中抽真空并静置观察真空袋是否漏气；
(6)使用VARI成型工艺进行成型固化，脱模后即为基于VARI成型工艺的泡沫填充复合材料半球型拉胀结构。
2.根据权利要求1所述的一种泡沫填充复合材料半球型拉胀结构一体化制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤(1)中的泡沫由上下两部分组成，且泡沫上下及四周贴合面形状相同。
3.根据权利要求1所述的一种泡沫填充复合材料半球型拉胀结构一体化制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤(3)中泡沫表面蛋盒状凹槽的尺寸恰好等于纤维织物的尺寸且泡沫表面的凹槽起到导流槽的作用。
4.根据权利要求1所述的一种泡沫填充复合材料半球型拉胀结构一体化制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤(4)中在泡沫堆叠摆放的过程中使得纤维织物在泡沫内部形成蛋盒结构。
5.根据权利要求1所述的一种泡沫填充复合材料半球型拉胀结构一体化制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤(5)中四周及上下表面放置木板可以使成品试件内外表面平整且在固化过程中四周不会产生多余树脂。
6.一种泡沫填充复合材料半球型拉胀结构，其特征在于，由以下方法制备而成：
(1)根据需求计算半球体尺寸，制作结构内部填充泡沫，分为上下两个半球壳；
(2)选取性能合适的纤维织物作为原料；
(3)将纤维织物裁剪成合适尺寸，并铺设在下层泡沫上所加工出的蛋盒型凹槽内；
(4)将上层泡沫堆叠摆放并做成泡沫填充复合材料半球型拉胀结构；
(5)将所制成的泡沫半球壳结构四周及上下表面压上定制木板，放入真空袋中抽真空并静置观察真空袋是否漏气；
(6)使用VARI成型工艺进行成型固化，脱模后即为基于VARI成型工艺的泡沫填充复合材料半球型拉胀结构；
所述制备方法步骤(1)中的泡沫由上下两部分组成，且泡沫上下及四周贴合面形状相同；
所述制备方法步骤(3)中泡沫表面蛋盒状凹槽的尺寸恰好等于纤维织物的尺寸且泡沫表面的凹槽起到导流槽的作用；
所述制备方法步骤(4)中在泡沫堆叠摆放的过程中使得纤维织物在泡沫内部形成蛋盒结构；
所述制备方法步骤(5)中四周及上下表面放置木板可以使成品试件内外表面平整且在固化过程中四周不会产生多余树脂。
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