CN115716358A - 一种仿生纤维复材夹芯复合板及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种仿生纤维复材夹芯复合板及制备方法，复合板包括上、下层面板和中间芯层板，所述的上、下层面板为纤维增强树脂复材板，中间芯层板为梯度孔结构的泡沫金属板，上、下层面板与中间芯层板通过树脂胶膜粘结成一个整体结构；所述的纤维增强树脂复材板由数层浸渍有树脂的仿生纤维布叠层热压制成，所述的仿生纤维布是基于鸮类羽毛中的夹角编织。本发明从自然界鸮类羽毛的分支复合结构的轻质高强性能获得启发，上、下层采用仿鸮类羽毛编织的纤维增强树脂复材板，可以在材料使用时防止应力过度集中，夹芯层为梯度孔结构的泡沫金属板，一定程度上减轻了夹芯复合板的重量，在保证使用质量和性能要求的同时减少了材料的消耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种仿生复合板，特别涉及一种仿生纤维复材夹芯复合板及制备方法。
背景技术
在航空航天、汽车、建筑、运输等领域应用的工程材料普遍要求具有轻质高强、多功能一体化等特性，纤维增强树脂复合材料和泡沫金属材料兼具低密度、高比强度、高抗弯曲和抗冲击性能等优点，因此受到广泛关注。将二者结合而制成的泡沫夹芯复合板，即上下表层为纤维增强树脂复合材料、中间层芯材为泡沫金属的“三明治”结构在减轻重量增加抗弯曲性能方面的优势明显。
研究表明，纤维增强树脂复合材料能够通过形成微裂纹、纤维破坏、分层和劈裂等多种破坏机制吸收能量来提高抗弯、抗冲击性能。并且这些机制与纤维的组成、排列方式和纤维布的编织方式关系密切。现有的纤维增强树脂复合材料在结构强度、抗弯、抗冲击性能仍有较大提升空间，这是作为面材的纤维复合材料面临需要解决的问题。由于泡沫夹层复合板在受到弯曲载荷或冲击载荷作用时，作为芯材的泡沫金属内部的应力分布并非均匀等值的，因此要求芯材根据应力的实际分布状态进行设计和制备。目前芯材一般采用孔径均一、孔分布均匀的泡沫金属，而孔结构与应力分布良好的对应才能充分适应应力分布，这是作为芯材的泡沫金属面临需要解决的问题。只有作为面材的纤维复合材料和作为芯材的泡沫金属都具备良好的性能，才能有效提升夹层复合板的抗弯曲、抗冲击性能。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提升夹芯复合板的抗弯曲、缓冲吸能性能，模仿鸮类羽毛具有的独特的分支复合结构，提供一种仿生纤维复材夹芯复合板及制备方法。
本发明基于鸮类羽毛独特的复合结构提供一种仿生纤维复材夹芯复合板，包括上、下层面板和中间芯层板，所述的上、下层面板为纤维增强树脂复材板，中间芯层板为梯度孔结构的泡沫金属板，上、下层面板与中间芯层板通过树脂胶膜粘结成一个整体结构；
所述的纤维增强树脂复材板由数层浸渍有树脂的仿生纤维布叠层热压制成，所述的仿生纤维布是基于鸮类羽毛中的一个特定夹角编织，由经向纤维束与纬向纤维束通过横向辅助编织条编织而成，经向纤维束与纬向纤维束之间的夹角为±25°；
所述的泡沫金属板为梯度孔结构的泡沫金属板，孔径尺寸按照厚度方向呈梯度变化，函数关系为：
Dn＝α+(1.5±0.15)(n-1)
其中Dn为第n层泡沫金属板孔的直径，单位为mm；α为第一层孔的直径，α取1.2±0.1mm；n为孔的层数，n＝1,2,3,4,5。
面板厚度与中间芯层板厚度关系为：
b2＝8.3b1
其中b1为面板厚度，b2为中间芯层板厚度。
进一步的，所述纤维增强树脂复材板的经向纤维束的宽度为2.5mm，纬向纤维束的宽度为0.5mm。所述的树脂为热固性环氧树脂；所述的纤维为碳纤维，纤维重量的百分比含量为纤维增强树脂复材板的50％-60％；纤维增强树脂复材板的厚度为2-3mm；所述的辅助编织条为聚酯纤维。
进一步的，所述泡沫金属板的孔隙率为60％-75％；泡沫金属板为开孔泡沫镁合金或泡沫铝合金。
本发明提供的一种仿生纤维复材夹芯复合板的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备纤维增强树脂板材：
将经向纤维束与纬向纤维束通过横向辅助编织条编织成仿生纤维布，经向纤维束与纬向纤维束之间的夹角为±25°；将仿生纤维布浸润到树脂中50-60分钟制成预浸料备用，将数层纤维布预浸料层层叠放平铺于模具中，在120-170℃和1.2-1.3MP下进行固化处理3-5h，得到纤维增强树脂板材；
(2)制备泡沫金属板：
将氯化钙颗粒进行筛分，按照Dn＝α+(1.5±0.15)(n-1)选出每层对应孔径尺寸的氯化钙颗粒，其中Dn为第n层泡沫金属板孔的直径，单位为mm；α为第一层孔的直径，α取1.2±0.1mm；n为孔的层数，n＝1,2,3,4,5。
按照梯度尺寸从上到下由小到大的孔径排列氯化钙颗粒，然后在600-700℃高温下烧结10-12小时制成氯化钙多孔预制体；
将氯化钙多孔预制体放置在模具中，将合金材料经过高温熔化成流体液态合金，然后将液态合金在30-40KPa压力下渗入氯化钙多孔预制体中，降至室温后获得氯化钙/金属复合体；
将氯化钙/金属复合体中的氯化钙清除，制备出梯度孔的泡沫金属板；
(3)制备仿生纤维复材夹芯复合板：
将纤维增强树脂板材和泡沫金属板加工成所需的形状和尺寸；
将泡沫金属板涂覆环氧树脂胶，放置于上层纤维增强树脂板材和下层纤维增强树脂板材之间，压合固定制成仿生纤维复材夹芯复合板。
进一步的，步骤(1)中所述纤维增强树脂复材板的经向纤维束的宽度为2.5mm，纬向纤维束的宽度为0.5mm；所述的树脂为热固性环氧树脂；所述的纤维为碳纤维，纤维重量的百分比含量为纤维增强树脂复材板的50％-60％；所述的辅助编织条为聚酯纤维。。
进一步的，步骤(2)中所述合金材料为铝合金和镁合金的一种。
进一步的，步骤(3)中面层纤维增强树脂复材板的厚度为2-3mm，面层纤维增强树脂板材厚度与中间芯层泡沫金属板厚度关系为：
b2＝8.3b1
其中b1为面板厚度，b2为中间芯层板厚度。
本发明的有益效果：
本发明从自然界鸮类羽毛的分支复合结构的轻质高强性能获得启发，设计出一种仿生复合结构板。上表面和下表面两层为仿鸮类的羽毛的纤维增强树脂板材，中间夹芯层为梯度孔结构的泡沫金属，梯度孔以一定方式进行过渡，在刚度、强度、吸收能量以及整体性能方面均有显著提升。
本发明在表面层与夹芯层的粘结工艺方面将夹芯层金属泡沫板涂覆树脂胶膜与上、下表层固化连接，使得表层与夹芯层在接触时可以很好地融合，提高了材料的使用寿命。
本发明在上、下表层采用仿鸮类羽毛编织的纤维增强树脂复材板，可以在材料使用时防止应力过度集中，在使用过程中使应力均匀分布在材料各处；同时纤维编织时存在一定角度，在一定程度上可以提高表层的连接能力。
本发明的夹芯层为梯度孔结构的泡沫金属板，一定程度上减轻了夹芯复合板的重量，在保证使用质量和性能要求的同时减少了材料的消耗，符合绿色、环保要求。
附图说明
图1为本发明制备的仿生纤维布的编织方式示意图；
图2为本发明根据仿生结构编织而成的纤维布宏观图；
图3为本发明纤维增强树脂板材的仿生纤维布层叠示意图；
图4为开孔规则孔径泡沫镁与本发明开孔梯度孔泡沫镁强度与吸收能量的柱状图；
图5为本发明制备出具有开孔梯度孔结构的泡沫金属板的示意图；
图6为本发明制备出的仿生纤维复材夹芯复合板结构示意图。
其中，1为上层面板，2为中间芯层板，3为下层面板。
具体实施方式
受到自然界中鸮类羽毛结构的启发，本发明提供一种仿生纤维复材夹芯复合板，包括上、下层面板和中间芯层板，所述的上、下层面板为纤维增强树脂复材板，中间芯层板为梯度孔结构的泡沫金属板，上、下层面板与中间芯层板通过树脂胶膜粘结成一个整体结构；
如图1所示，所述的纤维增强树脂复材板由8层浸渍有树脂的仿生纤维布叠层热压制成，所述的仿生纤维布由经向(纵向分布)纤维束与纬向(斜向分布)纤维束通过横向辅助编织条编织而成，经向纤维束与纬向纤维束之间的夹角为±25°；所述纤维增强树脂复材板的经向纤维束的宽度为2.5mm，纬向纤维束的宽度为0.5mm；所述的树脂为热固性环氧树脂；所述的纤维为碳纤维，纤维重量的百分比含量为纤维增强树脂复材板的50％-60％；纤维增强树脂复材板的厚度为2-3mm；所述的辅助编织条为聚酯纤维。。
所述的泡沫金属板为梯度孔结构的泡沫金属板，孔径尺寸按照厚度方向呈梯度变化，函数关系为：
Dn＝α+(1.5±0.15)(n-1)
其中Dn为第n层泡沫金属板孔的直径，单位为mm；α为第一层孔的直径，α取1.2±0.1mm；n为孔的层数，n＝1,2,3,4,5。
面板厚度与中间芯层板厚度关系为：
b2＝8.3b1
其中b1为面板厚度，b2为中间芯层板厚度。
所述泡沫金属板的孔隙率为60％-75％；泡沫金属板为开孔泡沫镁或泡沫铝。
本发明提供的一种仿生纤维复材夹芯复合板的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备纤维增强树脂板材：
将经向纤维束与纬向纤维束通过横向辅助编织条编织成仿生纤维布，经向纤维束与纬向纤维束之间的夹角为±25°；将仿生纤维布浸润到树脂中50-60分钟制成预浸料备用，将8层20×20cm纤维布预浸料层层叠放平铺于模具中，放入真空热压机中，在160℃和1.3MP下进行固化处理4h，得到作为上、下层面板的纤维增强树脂板材。
所述纤维增强树脂复材板的经向纤维束的宽度为2.5mm，纬向纤维束的宽度为0.5mm；所述的树脂为热固性环氧树脂；所述的纤维为碳纤维，纤维重量的百分比含量为纤维增强树脂复材板的50％-60％；所述的辅助编织条为聚酯纤维。。
(2)制备泡沫金属板：
将氯化钙颗粒进行筛分，按照Dn＝α+(1.5±0.15)(n-1)
其中Dn为第n层泡沫金属板孔的直径，单位为mm；α为第一层孔的直径，α取1.2±0.1mm；n为孔的层数，n＝1,2,3,4,5。
在模具中按照梯度尺寸从上到下由小到大的孔径排列氯化钙颗粒，然后在600-700℃高温下烧结10-12小时制成氯化钙多孔预制体；
将氯化钙多孔预制体放置在模具中，将30g金属放入熔炼炉中710-740℃条件下加热大约30分钟，熔化成流体液态金属，然后将液态金属在30-40KPa压力下渗入氯化钙多孔预制体中，降至室温后获得氯化钙/金属复合体；
将氯化钙/金属复合体放在流水中，清除氯化钙后，放在乙醇中浸泡清洗，制备出梯度孔的泡沫金属板；所述泡沫金属板的孔隙率为60％-75％。
(3)制备仿生纤维复材夹芯复合板：
将纤维增强树脂板材和泡沫金属板加工成所需的形状和尺寸；
将泡沫金属板涂覆环氧树脂胶，放置于上层纤维增强树脂板材和下层纤维增强树脂板材之间，压合固定，粘接后在室温下干燥2天，使树脂胶干燥完毕，制成仿生纤维复材夹芯复合板。
面层纤维增强树脂复材板的厚度为2mm，面层纤维增强树脂板材厚度与中间芯层泡沫金属板厚度关系为：
b2＝8.3b1
其中b1为面板厚度，b2为中间芯层板厚度。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1：
本发明提供的一种仿生纤维复材夹芯复合板的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备纤维增强树脂板材：
将经向纤维束与纬向纤维束通过横向辅助编织条编织成仿生纤维布，经向纤维束与纬向纤维束之间的夹角为±25°；将仿生纤维布浸润到树脂中50分钟制成预浸料备用，将8层20×20cm纤维布预浸料层层叠放平铺于模具中，放入真空热压机中，在160℃和1.3MP下进行固化处理4h，得到作为上、下层面板的纤维增强树脂板材。
所述纤维增强树脂复材板的经向纤维束的宽度为2.5mm，纬向纤维束的宽度为0.5mm；所述的树脂为热固性环氧树脂；所述的纤维为碳纤维，纤维重量的百分比含量为纤维增强树脂复材板的50％。
(2)制备泡沫镁板：
将氯化钙颗粒进行筛分，按照Dn＝α+(1.5±0.15)(n-1)选出每层对应孔径尺寸的氯化钙颗粒；
其中Dn为第n层泡沫镁板孔的直径，单位为mm；α为第一层孔的直径，α取1.2±0.1mm；n为孔的层数，n＝1,2,3,4,5。
在模具中按照梯度尺寸从上到下由小到大的孔径排列氯化钙颗粒，然后在650℃高温下烧结12小时制成氯化钙多孔预制体；
将氯化钙多孔预制体放置在模具中，将30g镁放入熔炼炉中730℃条件下加热大约30分钟，熔化成流体液态镁，然后将液态镁在30KPa压力下渗入氯化钙多孔预制体中，降至室温后获得氯化钙/镁复合体；
将氯化钙/镁复合体放在流水中，清除氯化钙后，放在乙醇中浸泡清洗，制备出梯度孔的泡沫镁板；所述泡沫镁板的孔隙率为65％。
(3)制备仿生纤维复材夹芯复合板：
将纤维增强树脂板材和泡沫镁板加工成所需的形状和尺寸；
将泡沫镁板涂覆环氧树脂胶，放置于上层纤维增强树脂板材和下层纤维增强树脂板材之间，压合固定，粘接后在室温下干燥2天，使树脂胶干燥完毕，制成仿生纤维复材夹芯复合板。
面层纤维增强树脂复材板的厚度为2mm，面层纤维增强树脂板材厚度与中间芯层泡沫镁板厚度关系为：
b2＝8.3b1
其中b1为面板厚度，b2为中间芯层板厚度。
按照上述步骤可以制备出一种仿生纤维复材夹芯复合板，包括上、下层面板和中间芯层板，所述的上、下层面板为纤维增强树脂复材板，中间芯层板为梯度孔结构的泡沫镁板，上、下层面板与中间芯层板通过树脂胶膜粘结成一个整体结构；
所述的纤维增强树脂复材板由8层浸渍有树脂的仿生纤维布叠层热压制成，所述的仿生纤维布由经向(纵向分布)纤维束与纬向(斜向分布)纤维束通过横向辅助编织条编织而成，经向纤维束与纬向纤维束之间的夹角为±25°；所述纤维增强树脂复材板的经向纤维束的宽度为2.5mm，纬向纤维束的宽度为0.5mm；所述的树脂为热固性环氧树脂；所述的纤维为碳纤维，纤维重量的百分比含量为纤维增强树脂复材板的50％；纤维增强树脂复材板的厚度为2mm。
所述的泡沫镁板为梯度孔结构的泡沫镁板，孔径尺寸按照厚度方向呈梯度变化，函数关系为：
Dn＝α+(1.5±0.15)(n-1)
其中Dn为第n层泡沫镁板孔的直径，单位为mm；α为第一层孔的直径，α取1.2±0.1mm；n为孔的层数，n＝1,2,3,4,5。
面板厚度与中间芯层板厚度关系为：
b2＝8.3b1
其中b1为面板厚度，b2为中间芯层板厚度。
所述泡沫镁板的孔隙率为65％。
本发明中梯度泡沫镁的弯曲性能与无梯度的泡沫镁的弯曲性能对比如图4，可以发现采用的梯度泡沫镁比无梯度的泡沫镁弯曲强度和能量吸收提高。
实施例2：
本发明提供的一种仿生纤维复材夹芯复合板的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备纤维增强树脂板材：
将经向纤维束与纬向纤维束通过横向辅助编织条编织成仿生纤维布，经向纤维束与纬向纤维束之间的夹角为±25°；将仿生纤维布浸润到树脂中50分钟制成预浸料备用，将8层20×20cm纤维布预浸料层层叠放平铺于模具中，放入真空热压机中，在160℃和1.3MP下进行固化处理4h，得到作为上、下层面板的纤维增强树脂板材。
所述纤维增强树脂复材板的经向纤维束的宽度为2.5mm，纬向纤维束的宽度为0.5mm；所述的树脂为热固性环氧树脂；所述的纤维为碳纤维，纤维重量的百分比含量为纤维增强树脂复材板的50％。
(2)制备泡沫AZ91镁合金板：
将氯化钙颗粒进行筛分，按照Dn＝α+(1.5±0.15)(n-1)选出每层对应孔径尺寸的氯化钙颗粒；
其中Dn为第n层泡沫AZ91镁合金板孔的直径，单位为mm；α为第一层孔的直径，α取1.2±0.1mm；n为孔的层数，n＝1,2,3,4,5。
在模具中按照梯度尺寸从上到下由小到大的孔径排列氯化钙颗粒，然后在650°高温下烧结12小时制成氯化钙多孔预制体；
将氯化钙多孔预制体放置在模具中，将30gAZ91镁合金放入熔炼炉中725℃条件下加热大约30分钟，熔化成流体液态AZ91镁合金，然后将液态AZ91镁合金在30KPa压力下渗入氯化钙多孔预制体中，降至室温后获得氯化钙/AZ91镁合金复合体；
将氯化钙/AZ91镁合金复合体放在流水中，清除氯化钙后，放在乙醇中浸泡清洗，制备出梯度孔的泡沫AZ91镁合金板；所述泡沫AZ91镁合金板的孔隙率为70％。
(3)制备仿生纤维复材夹芯复合板：
将纤维增强树脂板材和泡沫AZ91镁合金板加工成所需的形状和尺寸；
将泡沫AZ91镁合金板涂覆环氧树脂胶，放置于上层纤维增强树脂板材和下层纤维增强树脂板材之间，压合固定，粘接后在室温下干燥2天，使树脂胶干燥完毕，制成仿生纤维复材夹芯复合板。
面层纤维增强树脂复材板的厚度为2mm，面层纤维增强树脂板材厚度与中间芯层泡沫AZ91镁合金板厚度关系为：
b2＝8.3b1
其中b1为面板厚度，b2为中间芯层板厚度。
按照上述步骤可以制备出一种仿生纤维复材夹芯复合板，包括上、下层面板和中间芯层板，所述的上、下层面板为纤维增强树脂复材板，中间芯层板为梯度孔结构的泡沫AZ91镁合金板，上、下层面板与中间芯层板通过树脂胶膜粘结成一个整体结构；
所述的纤维增强树脂复材板由8层浸渍有树脂的仿生纤维布叠层热压制成，所述的仿生纤维布由经向(纵向分布)纤维束与纬向(斜向分布)纤维束通过横向辅助编织条编织而成，经向纤维束与纬向纤维束之间的夹角为±25°；所述纤维增强树脂复材板的经向纤维束的宽度为2.5mm，纬向纤维束的宽度为0.5mm；所述的树脂为热固性环氧树脂；所述的纤维为碳纤维，纤维重量的百分比含量为纤维增强树脂复材板的50％；纤维增强树脂复材板的厚度为2mm。
所述的泡沫AZ91镁合金板为梯度孔结构的泡沫AZ91镁合金板，孔径尺寸按照厚度方向呈梯度变化，函数关系为：
Dn＝α+(1.5±0.15)(n-1)
其中Dn为第n层泡沫AZ91镁合金板孔的直径，单位为mm；α为第一层孔的直径，α取1.2±0.1mm；n为孔的层数，n＝1,2,3,4,5。
面板厚度与中间芯层板厚度关系为：
b2＝8.3b1
其中b1为面板厚度，b2为中间芯层板厚度。
所述泡沫AZ91镁合金板的孔隙率为70％。
实施例3：
本发明提供的一种仿生纤维复材夹芯复合板的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备纤维增强树脂板材：
将经向纤维束与纬向纤维束通过横向辅助编织条编织成仿生纤维布，经向纤维束与纬向纤维束之间的夹角为±25°；将仿生纤维布浸润到树脂中60分钟制成预浸料备用，将8层20×20cm纤维布预浸料层层叠放平铺于模具中，放入真空热压机中，在160℃和1.3MP下进行固化处理4h，得到作为上、下层面板的纤维增强树脂板材。
所述纤维增强树脂复材板的经向纤维束的宽度为2.5mm，纬向纤维束的宽度为0.5mm；所述的树脂为热固性环氧树脂；所述的纤维为碳纤维，纤维重量的百分比含量为纤维增强树脂复材板的60％。
(2)制备泡沫AlSi9Mg铝合金板：
将氯化钙颗粒进行筛分，按照Dn＝α+(1.5±0.15)(n-1)选出每层对应孔径尺寸的氯化钙颗粒；
其中Dn为第n层泡沫AlSi9Mg铝合金板孔的直径，单位为mm；α为第一层孔的直径，α取1.2±0.1mm；n为孔的层数，n＝1,2,3,4,5。
在模具中按照梯度尺寸从上到下由小到大的孔径排列氯化钙颗粒，然后在650℃高温下烧结12小时制成氯化钙多孔预制体；
将氯化钙多孔预制体放置在模具中，将30gAlSi9Mg铝合金放入熔炼炉中740℃条件下加热大约30分钟，熔化成流体液态镁，然后将液态镁在30KPa压力下渗入氯化钙多孔预制体中，降至室温后获得氯化钙/金属复合体；
将氯化钙/金属复合体放在流水中，清除氯化钙后，放在乙醇中浸泡清洗，制备出梯度孔的泡沫AlSi9Mg铝合金板；所述泡沫AlSi9Mg铝合金的孔隙率为75％。
(3)制备仿生纤维复材夹芯复合板：
将纤维增强树脂板材和泡沫AlSi9Mg铝合金板加工成所需的形状和尺寸；
将泡沫AlSi9Mg铝合金板涂覆环氧树脂胶，放置于上层纤维增强树脂板材和下层纤维增强树脂板材之间，压合固定，粘接后在室温下干燥2天，使树脂胶干燥完毕，制成仿生纤维复材夹芯复合板。
面层纤维增强树脂复材板的厚度为2mm，面层纤维增强树脂板材厚度与中间芯层泡沫AlSi9Mg铝合金板厚度关系为：
b2＝8.3b1
其中b1为面板厚度，b2为中间芯层板厚度。
一种仿生纤维复材夹芯复合板，包括上、下层面板和中间芯层板，所述的上、下层面板为纤维增强树脂复材板，中间芯层板为梯度孔结构的泡沫AlSi9Mg铝合金板，上、下层面板与中间芯层板通过树脂胶膜粘结成一个整体结构；
如图1所示，所述的纤维增强树脂复材板由8层浸渍有树脂的仿生纤维布叠层热压制成，所述的仿生纤维布由经向(纵向分布)纤维束与纬向(斜向分布)纤维束通过横向辅助编织条编织而成，经向纤维束与纬向纤维束之间的夹角为±25°；所述纤维增强树脂复材板的经向纤维束的宽度为2.5mm，纬向纤维束的宽度为0.5mm；所述的树脂为热固性环氧树脂；所述的纤维为碳纤维，纤维重量的百分比含量为纤维增强树脂复材板的60％；纤维增强树脂复材板的厚度为3mm。
所述的泡沫AlSi9Mg铝合金板为梯度孔结构的泡沫AlSi9Mg铝合金板，孔径尺寸按照厚度方向呈梯度变化，函数关系为：
Dn＝α+(1.5±0.15)(n-1)
其中Dn为第n层泡沫AlSi9Mg铝合金板孔的直径，单位为mm；α为第一层孔的直径，α取1.2±0.1mm；n为孔的层数，n＝1,2,3,4,5。
面板厚度与中间芯层板厚度关系为：
b2＝8.3b1
其中b1为面板厚度，b2为中间芯层板厚度。
所述泡沫AlSi9Mg铝合金板的孔隙率为75％。
实施例4
本发明提供的一种仿生纤维复材夹芯复合板的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备纤维增强树脂板材：
将经向纤维束与纬向纤维束通过横向辅助编织条编织成仿生纤维布，经向纤维束与纬向纤维束之间的夹角为±25°；将仿生纤维布浸润到树脂中60分钟制成预浸料备用，将12层20×20cm纤维布预浸料层层叠放平铺于模具中，放入真空热压机中，在160℃和1.3MP下进行固化处理4h，得到作为上、下层面板的纤维增强树脂板材。
所述纤维增强树脂复材板的经向纤维束的宽度为2.5mm，纬向纤维束的宽度为0.5mm；所述的树脂为热固性环氧树脂；所述的纤维为碳纤维，纤维重量的百分比含量为纤维增强树脂复材板的60％。
(2)制备泡沫铝板：
将氯化钙颗粒进行筛分，按照Dn＝α+(1.5±0.15)(n-1)选出每层对应孔径尺寸的氯化钙颗粒；
其中Dn为第n层泡沫铝板孔的直径，单位为mm；α为第一层孔的直径，α取1.2±0.1mm；n为孔的层数，n＝1,2,3,4,5。
在模具中按照梯度尺寸从上到下由小到大的孔径排列氯化钙颗粒，然后在650℃高温下烧结12小时制成氯化钙多孔预制体；
将氯化钙多孔预制体放置在模具中，将30g铝放入熔炼炉中710℃条件下加热大约30分钟，熔化成流体液态镁，然后将液态镁在30KPa压力下渗入氯化钙多孔预制体中，降至室温后获得氯化钙/金属复合体；
将氯化钙/金属复合体放在流水中，清除氯化钙后，放在乙醇中浸泡清洗，制备出梯度孔的泡沫铝板；所述泡沫铝的孔隙率为70％。
(3)制备仿生纤维复材夹芯复合板：
将纤维增强树脂板材和泡沫铝板加工成所需的形状和尺寸；
将泡沫铝板涂覆环氧树脂胶，放置于上层纤维增强树脂板材和下层纤维增强树脂板材之间，压合固定，粘接后在室温下干燥2天，使树脂胶干燥完毕，制成仿生纤维复材夹芯复合板。
面层纤维增强树脂复材板的厚度为2mm，面层纤维增强树脂板材厚度与中间芯层泡沫铝板厚度关系为：
b2＝8.3b1
其中b1为面板厚度，b2为中间芯层板厚度。
按照上述方法制备出一种仿生纤维复材夹芯复合板，包括上、下层面板和中间芯层板，所述的上、下层面板为纤维增强树脂复材板，中间芯层板为梯度孔结构的泡沫铝板，上、下层面板与中间芯层板通过树脂胶膜粘结成一个整体结构；
所述的纤维增强树脂复材板由12层浸渍有树脂的仿生纤维布叠层热压制成，所述的仿生纤维布由经向(纵向分布)纤维束与纬向(斜向分布)纤维束通过横向辅助编织条编织而成，经向纤维束与纬向纤维束之间的夹角为±25°；所述纤维增强树脂复材板的经向纤维束的宽度为2.5mm，纬向纤维束的宽度为0.5mm；所述的树脂为热固性环氧树脂；所述的纤维为碳纤维，纤维重量的百分比含量为纤维增强树脂复材板的60％；纤维增强树脂复材板的厚度为3mm。
所述的泡沫铝板为梯度孔结构的泡沫铝板，孔径尺寸按照厚度方向呈梯度变化，函数关系为：
Dn＝α+(1.5±0.15)(n-1)
其中Dn为第n层泡沫铝板孔的直径，单位为mm；α为第一层孔的直径，α取1.2±0.1mm；n为孔的层数，n＝1,2,3,4,5。
面板厚度与中间芯层板厚度关系为：
b2＝8.3b1
其中b1为面板厚度，b2为中间芯层板厚度。
所述泡沫铝板的孔隙率为70％。
Claims (8)
1.一种仿生纤维复材夹芯复合板，包括上、下层面板和中间芯层板，其特征在于：所述的上、下层面板为纤维增强树脂复材板，中间芯层板为梯度孔结构的泡沫金属板，上、下层面板与中间芯层板通过树脂胶膜粘结成一个整体结构；
所述的纤维增强树脂复材板由数层浸渍有树脂的仿生纤维布叠层热压制成，所述的仿生纤维布由经向纤维束与纬向纤维束通过横向辅助编织条编织而成，经向纤维束与纬向纤维束之间的夹角为±25°；
所述的泡沫金属板为梯度孔结构的泡沫金属板，孔径尺寸按照厚度方向呈梯度变化，函数关系为：
Dn＝α+(1.5±0.15)(n-1)
其中Dn为第n层泡沫金属板孔的直径，单位为mm；α为第一层孔的直径，α取1.2±0.1mm；n为孔的层数，n＝1,2,3,4,5。
2.根据权利要求1所述的一种仿生纤维复材夹芯复合板，其特征在于：所述纤维增强树脂复材板的经向纤维束的宽度为2.5mm，纬向纤维束的宽度为0.5mm，所述的树脂为热固性环氧树脂；所述的纤维为碳纤维，纤维重量的百分比含量为纤维增强树脂复材板的50％-60％；纤维增强树脂复材板的厚度为2-3mm；所述的辅助编织条为聚酯纤维。
3.根据权利要求1所述的一种仿生纤维复材夹芯复合板，其特征在于：所述泡沫金属板的孔隙率为60％-75％；泡沫金属板为开孔泡沫镁或泡沫铝。
4.根据权利要求1所述的一种仿生纤维复材夹芯复合板，其特征在于：上下层面板厚度与中间芯层板厚度关系为：
b2＝8.3b1
其中b1为面板厚度，b2为中间芯层板厚度。
5.一种仿生纤维复材夹芯复合板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)制备纤维增强树脂板材：
将经向纤维束与纬向纤维束通过横向辅助编织条编织成仿生纤维布，经向纤维束与纬向纤维束之间的夹角为±25°；将仿生纤维布浸润到树脂中50-60分钟制成预浸料备用，将数层纤维布预浸料层层叠放平铺于模具中，在120-170℃和1.2-1.3MP下进行固化处理3-5h，得到纤维增强树脂板材；
(2)制备泡沫金属板：
将氯化钙颗粒进行筛分，按照Dn＝α+(1.5±0.15)(n-1)选出每层对应孔径尺寸的氯化钙颗粒，其中Dn为第n层泡沫金属板孔的直径，单位为mm；α为第一层孔的直径，α取1.2±0.1mm；n为孔的层数，n＝1,2,3,4,5；
按照梯度尺寸从上到下由小到大的孔径排列氯化钙颗粒，然后在600-700℃高温下烧结10-12小时制成氯化钙多孔预制体；
将氯化钙多孔预制体放置在模具中，将合金材料经过高温熔化成流体液态合金，然后将液态合金在30-40KPa压力下渗入氯化钙孔预制体中，降至室温后获得氯化钙/金属复合体；
将氯化钙/金属复合体中的氯化钙清除，制备出梯度孔的泡沫金属板；
(3)制备仿生纤维复材夹芯复合板：
将纤维增强树脂板材和泡沫金属板加工成所需的形状和尺寸；
将泡沫金属板涂覆环氧树脂胶，放置于上层纤维增强树脂板材和下层纤维增强树脂板材之间，压合固定制成仿生纤维复材夹芯复合板。
6.根据权利要求5所述的一种仿生纤维复材夹芯复合板的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述纤维增强树脂复材板的经向纤维束的宽度为2.5mm,纬向纤维束的宽度为0.5mm，所述的树脂为热固性环氧树脂；所述的纤维为碳纤维，纤维重量的百分比含量为纤维增强树脂复材板的50％-60％；所述的辅助编织条为聚酯纤维。
7.根据权利要求5所述的一种仿生纤维复材夹芯复合板的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述合金材料为铝合金、镁合金的一种。
8.根据权利要求5所述的一种仿生纤维复材夹芯复合板的制备方法，其特征在于：步骤(3)中上、下层纤维增强树脂复材板的厚度为2-3mm，上、下层纤维增强树脂板材厚度与中间芯层泡沫金属板厚度关系为：
b2＝8.3b1
其中b1为面板厚度，b2为中间芯层板厚度。
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