CN116118218A - 含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件成型方法 - Google Patents

含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件成型方法 Download PDF

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CN116118218A CN202211575270.6A CN202211575270A CN116118218A CN 116118218 A CN116118218 A CN 116118218A CN 202211575270 A CN202211575270 A CN 202211575270A CN 116118218 A CN116118218 A CN 116118218A
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陶红波
桂林
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Abstract

本发明涉及复合材料成型技术领域，尤其涉及含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件成型方法。含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件包括相互连接的格栅增强泡沫芯材和连接芯材；连接芯材的特性满足机械加工和与外部构件螺栓连接；成型方法包括：S100、制作格栅增强泡沫芯材：S300、制作连接芯材；S400、格栅增强泡沫芯材与连接芯材之间通过粘结方式连接；S500、构件成型。含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件成型方法具有以下优势：实现了格栅增强泡沫夹芯复合材料与外部结构的载荷平稳传递和外观平滑过渡，连接的普适性，结构的模块化、标准化装配，提高效率和精度、降低成本、工艺风险和制造成本，奠定了批量化生产和工程化应用条件。

Description

含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件成型方法
技术领域
本发明涉及复合材料成型技术领域，具体而言，涉及含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件成型方法。
背景技术
现在，随着各种材料的发展，复合材料因为其节约材料，性能优越，成本低廉等原因受到广泛应用。将复合材料格栅结构引入到传统泡沫夹芯复合材料的泡沫夹芯材料中，构建一种新型夹层结构复合材料——格栅增强泡沫夹芯复合材料，其主体部分为传统泡沫夹芯复合材料，增强部分为复合材料格栅结构。因此，格栅增强泡沫夹芯复合材料集成了传统泡沫夹芯复合材料和复合材料格栅结构的各自优势，既保留了传统泡沫夹芯复合材料较低密度、较高强度、较高模量等优点，又发挥了复合材料格栅结构出色的力学性能。
公开号为CN105089170A中国发明专利，公开了一种新型玻纤复合结构的建筑材料、生产装置及生产方法，包括保温夹芯层与水泥结构层，所述水泥结构层包裹在所述保温夹芯层的四周；所述保温夹芯层包括增强结构框架与保温发泡材料，所述保温发泡材料填充满所述增强结构框架内的空隙区域；所述水泥结构层的材质为水泥；所述保温夹芯层与水泥结构层之间隔有一层玻璃纤维层，所述水泥结构层外侧四周也包裹有一层玻璃纤维层。但是，格栅增强泡沫夹芯复合材料的面板较薄、格栅增强泡沫芯材强度较低，二者无法直接承受较大的螺栓紧固载荷，并且在螺栓承头及螺母与面板、格栅增强泡沫芯材接触区域容易产生显著的应力集中，导致格栅增强泡沫夹芯复合材料与外部结构的连接提前发生失效，因此，格栅增强泡沫复合材料存在着与外部部件连接的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提供含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件成型方法，采用在格栅增强泡沫复合芯材的周围连接芯材，通过连接芯材与外部部件连接，通过过渡芯材连接格栅增强泡沫复合芯材和连接芯材，限定过渡芯材尺寸和纤维布铺敷设计，根据受载情况和连接要求，连接区域可选择多种材质材料和设计不同连接形式，连接区域采用纤维增强树脂基复合材料层和板、密度250kg/m3≤ρ连接≤2000kg/m3，解决了格栅增强泡沫夹芯复合材料与外部结构的载荷不能平稳传递和外观没有平滑过渡，格栅增强泡沫夹芯复合材料存在连接问题，格栅增强泡沫夹芯复合材料连接的普适性差，不能获得广泛应用，机械加工性、螺栓紧固性较差，格栅增强泡沫夹芯复合材料与外部结构装配困难，连接区域的复合材料构件的成型困难，成本高，精度低等的问题。
为解决上述问题，本发明提供含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件成型方法，所述复合材料构件包括相互连接的格栅增强泡沫芯材、连接芯材、上面板和下面板；
所述连接芯材围绕所述格栅增强泡沫芯材的周边设置；
所述连接芯材的材料特性满足机械加工和与外部构件螺栓连接；
所述上面板和所述下面板相对地与格栅增强泡沫芯材和连接芯材连接后形成的整体结构的相背的两个表面连接；
所述下面板与所述上面板均采用干态纤维织物铺敷；
所述干态纤维织物的面密度为100g/m2～1200g/m2，优选为220g/m2；
所述干态纤维织物为玻璃纤维、碳纤维、碳/玻混杂纤维、石英纤维、Kevlar纤维、超高分子量聚乙烯纤维、PBO纤维中的一种或两种以上组合而成；
所述成型方法包括：
S100、制作所述格栅增强泡沫芯材，包括：
S110、所述格栅增强泡沫芯材的预成型，预成型方法包括：
S111、将正向泡沫块间隔固定在XOY平面上放置的模具上，相邻的所述正向泡沫块之间的间距相同且相互平行，固定所述正向泡沫块，在所述正向泡沫块的上表面铺敷第一干态纤维布，在相邻的两个所述正向泡沫块之间的所述第一干态纤维布的上表面铺放反向泡沫块，制成第一格栅结构增强泡沫板，对所述第一格栅结构增强泡沫板进行表面处理；
S120、对所述格栅增强泡沫板进行切边、切割加工，制成格栅增强泡沫芯材；
S300、制作所述连接芯材，通过整体的所述连接芯材首尾相连后粘结形成，或者通过至少两个以上的连接芯材单体拼接后粘结形成，粘结缝隙沿Z轴方向设置；
S400、所述格栅增强泡沫芯材与所述连接芯材之间通过粘结方式连接，所述连接芯材围成的筒状的内表面与所述格栅增强泡沫芯材的与XOY平面垂直的表面粘结连接形成含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件；
S500、构件成型；
S510、对制成的所述含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件进行表面处理；
S520、将所述含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件放置于下面板上；
S540、在所述含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件的上表面铺敷上面板；
S550通过VARI工艺进行整体成型处理。
进一步的，所述格栅增强泡沫芯材为闭孔硬质聚合物泡沫；
所述闭孔硬质聚合物泡沫的密度为30kg/m3～500kg/m3，优选为100kg/m3；
所述闭孔硬质聚合物泡沫为聚氯乙烯泡沫、聚甲基丙烯酰亚胺泡沫、聚对苯二甲酸乙二醇酯泡沫、聚氨酯泡沫、聚酰亚胺泡沫中的一种或两种以上组合而成。
进一步的，所述格栅增强泡沫芯材的格栅结构为连续纤维增强树脂基复合材料；
所述增强纤维为通过玻璃纤维、碳纤维、碳/玻混杂纤维、石英纤维、Kevlar纤维、超高分子量聚乙烯纤维、PB0纤维中的一种或两种以上组合而成的干态纤维织物；
所述增强纤维织物的面密度为50g/m2～450g/m2；
所述树脂基体为通过不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、环氧树脂、复配型树脂中的一种热固性树脂；
所述连接芯材为非金属材料；
所述连接芯材的密度为250kg/m3～2000kg/m3，优选为1780kg/m3；
所述非金属材料纤维增强树脂基复合材料层和板、巴沙木、玻璃微珠浮力材料、复合型浮力材料中的一种。
进一步的，在步骤S120中，在进行切边或切割操作时，切入方向与XOY平面垂直；
切割位置偏离泡沫块的中线，并且，经切割除去的泡沫块部分的占该泡沫块的0～0.5倍。
进一步的，在步骤S500中，含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件表面处理的方法包括：对所述含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件的上表面和下表面采用200目-400目砂纸打磨，然后用酒精或丙酮擦拭干净并晾干。
进一步的，泡沫块的与XOZ平面平行的表面呈梯形。
进一步的，所述复合材料构件还包括：过渡芯材，通过所述过渡芯材连接所述格栅增强泡沫芯材和连接芯材；
所述过渡芯材为闭孔硬质聚合物泡沫的密度为250kg/m3～500kg/m3，优选为300kg/m3；
所述闭孔硬质聚合物泡沫为聚氯乙烯泡沫、聚甲基丙烯酰亚胺泡沫、聚对苯二甲酸乙二醇酯泡沫、聚氨酯泡沫、聚酰亚胺泡沫中的一种或两种以上组合而成
所述成型方法还包括：
S200、制作过渡芯材，通过整体的所述过渡芯材首尾相连后粘结形成，或者通过至少两个以上的过渡芯材单体拼接后粘结形成，粘结缝隙沿Z轴方向设置；
步骤S500还包括：
S530、在过渡芯材和连接芯材的上表面铺敷过渡纤维布。
进一步的，所述格栅增强泡沫芯材的高度大于所述连接芯材的高度。
进一步的，所述过渡纤维布的沿从过渡芯材到连接芯材的方向延伸，与延伸方向垂直方向的尺寸呈梯度变化，所述过渡纤维布在过渡芯材和连接芯材的粘结缝隙处采用边缘搭接的方式铺敷，并且，在沿过渡芯材到连接芯材的方向上分段错位搭接，使成型后的外围的连接区域厚度相同。
进一步的，所述的含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件的成型方法，还包括：
在步骤S110中，格栅增强泡沫芯材的预成型方法还包括：
S112、将格栅结构增强泡沫板沿垂直于格栅结构方向切割呈条状的格栅结构增强泡沫条，将多个所述格栅结构增强泡沫条正向间隔铺放在模具上，相邻的正向格栅结构增强泡沫条之间间距相同且相互平行，固定所述正向格栅结构增强泡沫条，在所述正向格栅结构增强泡沫条的上表面铺敷第二干态纤维布，在相邻的两个所述正向格栅结构增强泡沫条之间的所述第二干态纤维布的上表面铺放反向格栅结构增强泡沫条，制成第二格栅结构增强泡沫板，对所述进行表面处理。
相对于现有技术，本发明所述的含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件成型方法，具有以下优势：
本技术方案优点在于通过本发明提出的梯度设计与等厚度设计两种典型连接区域设计方案，尤其是涉及过渡区域的芯材尺寸设计与纤维布铺敷设计，实现了格栅增强泡沫夹芯复合材料与外部结构的载荷平稳传递和外观平滑过渡，为格栅增强泡沫夹芯复合材料连接问题提供了可靠解决方案。根据受载情况和连接要求，连接区域可选择多种材质材料和设计不同连接形式，实现了格栅增强泡沫夹芯复合材料连接的普适性，为这种新型复合材料夹层结构的推广应用创造了极其有利条件。连接区域采用纤维增强树脂基复合材料层和板、密度250kg/m3≤ρ连接≤2000kg/m3，为机械加工、螺栓紧固等后装配提供了必要条件，实现了格栅增强泡沫夹芯复合材料与外部结构快速、方便连接以及格栅增强泡沫夹芯复合材料之间的模块化、标准化装配。连接区域与过渡段用芯材以及格栅增强泡沫芯材机械加工工艺性较好，且三者相互之间易进行高效、精确粘结，从而实现了含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料高效率、高精度、低成本成型。成型过程、成型工艺等与传统夹层结构复合材料基本相同，显著降低了工艺风险和制造成本，奠定了批量化生产和工程化应用条件。
附图说明
图1为本发明的实施例提供的复合材料构件I型的剖面图；
图2为本发明的实施例提供的复合材料构件I型的俯视图；
图3为本发明的实施例提供的复合材料构件II型的剖面图；
图4为本发明的实施例提供的复合材料构件II型的俯视图；
图5为本发明的实施例提供的复合材料构件I型的切割位置的示意图；
图6为本发明的实施例提供的复合材料构件II型的切割位置的示意图。
附图标记说明：
1-下面板，2-格栅增强泡沫芯材，3-过渡芯材，4-连接芯材，5-过渡纤维布，6-上面板，7-拼接面，8-模板。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
在本发明中涉及“第一”、“第二”、“上”、“下”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“上”、“下”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当实施例之间的技术方案能够实现结合的，均在本发明要求的保护范围之内。
本发明所述成型方法涉及含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料(Ⅰ型)和含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料(Ⅱ型)，具体实施方案分别陈述。
实施例一
如图1和图2所示，含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料(Ⅰ型)成型方法具体实施方案如下：
所述复合材料构件包括相互连接的格栅增强泡沫芯材、连接芯材、上面板和下面板。所述连接芯材围绕所述格栅增强泡沫芯材的周边设置。所述连接芯材的材料特性满足机械加工和与外部构件螺栓连接。所述上面板和所述下面板相对地与格栅增强泡沫芯材和连接芯材连接后形成的整体结构的相背的两个表面连接。所述下面板与所述上面板均采用干态纤维织物铺敷。所述干态纤维织物的面密度为100g/m2～1200g/m2，优选为220g/m2。所述干态纤维织物为玻璃纤维、碳纤维、碳/玻混杂纤维、石英纤维、Kevlar纤维、超高分子量聚乙烯纤维、PBO纤维中的一种或两种以上组合而成。
所述成型方法包括：
S100、制作所述格栅增强泡沫芯材，包括：
S110、格栅增强泡沫芯材2预成型。格栅增强泡沫芯材2包括单向格栅增强泡沫芯材和双向格栅增强泡沫芯材，且格栅结构截面为梯形、矩形、三角形及其混合型。
预成型方法包括：
S111、将正向泡沫块间隔固定在XOY平面上放置的模具8上，相邻的所述正向泡沫块之间的间距相同且相互平行，固定所述正向泡沫块，在所述正向泡沫块的上表面铺敷第一干态纤维布，在相邻的两个所述正向泡沫块之间的所述第一干态纤维布的上表面铺放反向泡沫块，制成第一格栅结构增强泡沫板，对所述第一格栅结构增强泡沫板进行表面处理。
S112、将格栅结构增强泡沫板沿垂直于格栅结构方向切割呈条状的格栅结构增强泡沫条，将多个所述格栅结构增强泡沫条正向间隔铺放在模具8上，相邻的正向格栅结构增强泡沫条之间间距相同且相互平行，固定所述正向格栅结构增强泡沫条，在所述正向格栅结构增强泡沫条的上表面铺敷第二干态纤维布，在相邻的两个所述正向格栅结构增强泡沫条之间的所述第二干态纤维布的上表面铺放反向格栅结构增强泡沫条，制成第二格栅结构增强泡沫板，对所述进行表面处理。
所述泡沫块的与XOZ平面平行的表面呈梯形。泡沫块可以为各种形状，例如，长方体、圆柱体、多棱锥体、不规则形状立体等，在本实施例中，优选的所述泡沫块制成上述一个表面呈梯形的形状，或者为长方体形状，便于正向泡沫块和反向泡沫块之间的配合。
在本实施例中，格栅结构增强泡沫板为单向格栅结构增强泡沫板，即，通过步骤S111制成的第一格栅结构增强泡沫板。格栅结构增强泡沫板也可以为双向格栅结构增强泡沫板，即，通过步骤S111和步骤S112制成的第二格栅结构增强泡沫板。
S120、对所述格栅增强泡沫板进行切边、切割加工，制成格栅增强泡沫芯材。
对预成型格栅增强泡沫芯材2进行切边、切割等加工，加工时切入口垂直于XOY表面，如图5和图6所示，切割位置偏离泡沫块的中线，并且，经切割除去的泡沫块部分的占该泡沫块的0～0.5倍，l＝0～1/2L，其中，l为去除部分的长度，L为整体泡沫材料的长度。加工后的格栅增强泡沫芯材2最终尺寸为a1×b1×h1，其中：200mm≤a1≤3000mm，200mm≤b1≤3000mm，12mm≤h1≤500mm，且a1与b1相互独立。
优选的，所述格栅增强泡沫芯材2用泡沫芯材为聚氯乙烯(PVC)泡沫、聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)泡沫、聚氨酯(PU)泡沫、聚酰亚胺(PI)泡沫中的一种或两种以上组合而成的闭孔硬质聚合物泡沫，密度为30kg/m3～500kg/m3，优选的，密度为100kg/m3。所述格栅增强泡沫芯材2用格栅结构为连续纤维增强树脂基复合材料，其中增强纤维织物为玻璃纤维、碳纤维、碳/玻混杂纤维、石英纤维、Kevlar纤维、超高分子量聚乙烯纤维、PB0纤维等干态纤维织物，面密度≥50g/m2，优选面密度≥100g/m2，树脂基体为不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、环氧树脂、复配型树脂等热固性树脂。
S300、制作所述连接芯材，通过整体的所述连接芯材首尾相连后粘结形成，或者通过至少两个以上的连接芯材单体拼接后粘结形成，粘结缝隙沿Z轴方向设置；
作为一个实施例，连接芯材4由两对共计四个组件组成，对称分布于与格栅增强泡沫芯材2粘结为一体的过渡段芯材3四个侧面，其中一对完全相同，另一对完全相同；四个组件宽度均为c1且30mm≤c1≤500mm。组件之间通过在各组件两端拼接相连，相邻组件之间拼接面7垂直于XOY平面。四个组件横截面相同且均为矩形，宽度为h2，长度为c1；四个组件俯视图均为等腰梯形，斜边与上底、下底夹角分别为45度、135度，高度为c1，其中一对组件俯视图对应的等腰梯形上底、下底长度分别为a1、a1+2×c1，另一对组件俯视图对应的等腰梯形上底、下底长度分别为b1、b1+2×c2。在此基础上，按照上述设计完成连接芯材4加工。
所述连接芯材为非金属材料；所述连接芯材的密度250kg/m3～2000kg/m3，优选为1780kg/m3。优选的，所述连接芯材4为纤维增强树脂基复合材料层和板、密度≥450kg/m3的纯玻璃微珠浮力材料、密度≥470kg/m3的空心球复合浮力材料、密度≥250kg/m3的Balsa轻木等低密度高强度材料。所述非金属材料纤维增强树脂基复合材料层和板、巴沙木、玻璃微珠浮力材料、复合型浮力材料中的一种。
S400、所述格栅增强泡沫芯材与所述连接芯材之间通过粘结方式连接，所述连接芯材围成的筒状的内表面与所述格栅增强泡沫芯材的与XOY平面垂直的表面粘结连接形成含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件。
连接芯材4粘结包括连接芯材4四个组件之间粘结以及连接芯材4四个组件与与格栅增强泡沫芯材2粘结为一体的过渡段芯材3粘结，上述粘结采用胶黏剂进行粘结，且上述两种粘结过程同时进行。粘结时，胶黏剂均匀涂敷于连接芯材4组件拼接面7、组件侧面及与格栅增强泡沫芯材2粘结为一体的过渡段芯材3侧面，完成粘结后多余胶黏剂清理干净。为防止粘结面分离，必要时采用简易辅助工装进行约束和固定。胶黏剂完全固化前，禁止移动由过渡段芯材3及与格栅增强泡沫芯材2粘结为一体的过渡段芯材3。胶黏剂完全固化后，格栅增强泡沫芯材2、过渡段芯材3、连接芯材4等三者形成一个整体，即含连接区域的格栅增强泡沫芯材(Ⅰ型)，其平面尺寸为(a1+2×c1)×(b1+2×c1)。
S500、构件成型；
S510、对制成的所述含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件进行表面处理。
含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件的上下表面采用200目-400目砂纸打磨，然后用酒精或丙酮擦拭干净并晾干。
S520、将所述含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件放置于下面板上。
下面板1长度与宽度均比含连接区域的含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件下表面长度(即a1+2×c1)与宽度(即b1+2×c1)大10mm-100mm；下面板1按照铺层设计铺敷至目标厚度。
S540、在所述含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件的上表面铺敷上面板。
优选的，所述过渡纤维布的沿从过渡芯材到连接芯材的方向延伸，与延伸方向垂直方向的尺寸呈梯度变化，所述过渡纤维布在过渡芯材和连接芯材的粘结缝隙处采用边缘搭接的方式铺敷，并且，在沿过渡芯材到连接芯材的方向上分段错位搭接，使成型后的外围的连接区域厚度相同。
上面板6长度与宽度分别与含连接区域的含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件长度a1+2×c1、宽度b1+2×c1相同；上面板6按照铺层设计铺敷至目标厚度。
S550通过VARI工艺进行整体成型处理。
实施例二
以下仅说明与实施例一的区别。
如图3和图4所示，本实施例的含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件还包括：过渡芯材，通过所述过渡芯材连接所述格栅增强泡沫芯材和连接芯材，形成含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料(II型)。所述过渡芯材为闭孔硬质聚合物泡沫的密度为250kg/m3～500kg/m3。
优选的，所述过渡段芯材3的密度为300kg/m3的聚氯乙烯(PVC)、密度≥200kg/m3聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)、密度≥320kg/m3聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等高密度聚合物泡沫。
含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料(II型)成型方法具体实施方案是在实施例一的基础上增加以下步骤：
S200、制作过渡芯材，通过整体的所述过渡芯材首尾相连后粘结形成，或者通过至少两个以上的过渡芯材单体拼接后粘结形成，粘结缝隙沿Z轴方向设置。
在步骤S300中，作为一个实施例，连接芯材4粘结包括连接芯材4四个组件之间粘结以及连接芯材4四个组件与与格栅增强泡沫芯材2粘结为一体的过渡段芯材3粘结，上述粘结采用胶黏剂进行粘结，且上述两种粘结过程同时进行。粘结时，胶黏剂均匀涂敷于连接芯材4组件拼接面7、组件侧面及与格栅增强泡沫芯材2粘结为一体的过渡段芯材3侧面，完成粘结后多余胶黏剂清理干净。为防止粘结面分离，必要时采用简易辅助工装进行约束和固定。胶黏剂完全固化前，禁止移动由过渡段芯材3及与格栅增强泡沫芯材2粘结为一体的过渡段芯材3。胶黏剂完全固化后，格栅增强泡沫芯材2、过渡段芯材3、连接芯材4等三者形成一个整体，即含连接区域的“芯子材料”(Ⅰ型)，其平面尺寸为(a1+2×c1+2×c2)×(b1+2×c1+2×c2)。
在步骤S520中，下面板1长度与宽度均比含连接区域的含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件下表面长度(即a1+2×c1+2×c2)与宽度(即b1+2×c1+2×c2)大10mm-100mm；下面板1按照铺层设计铺敷至目标厚度。
步骤S500还包括：
S530、在过渡芯材和连接芯材的上表面铺敷过渡纤维布。
优选的，所述过渡段纤维布5、下面板1与上面板6用增强纤维织物为玻璃纤维、碳纤维、碳/玻混杂纤维、石英纤维、Kevlar纤维、超高分子量聚乙烯纤维、PBO纤维等干态纤维织物，面密度≥200g/m2；过渡段纤维布5、下面板1与上面板6三者的铺层方式、增强纤维织物类型等相互独立；下面板1厚度与上面板6厚度相互独立。
在步骤S540中，上面板6长度与宽度分别与含连接区域的“芯子材料”上表面纵横方向上的曲线长度相同，即：
Figure BDA0003989162450000121
Figure BDA0003989162450000122
在过渡段以及连接区域拼接面7附近做开剪处理，并采用交错同时搭接的铺层方式，使成型后的外围的连接区域厚度相同，避免纤维布接缝处于相同位置。上面板6按照铺层设计铺敷至目标厚度。
优选的，所述格栅增强泡沫芯材2的高度大于所述连接芯材4的高度。
当格栅增强泡沫芯材2的高度较高时，如果连接芯材4的高度与所述格栅增强泡沫芯材2的高度相同的话，不利于连接芯材4与外部构件的连接，例如，当通过螺栓连接时，需要选用较长的螺栓，同时，与长度配合的螺栓直径也要选取较粗的螺栓，增加了成本，延长了连接芯材的尺寸，给装配带来了困难，因此，优选采用上述台阶状的方案。相应的，过渡芯材的上表面具有斜度，以适应格栅增强泡沫芯材2和连接芯材4的不同的高度。
以下，以具体实施例说明本发明的含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件的结构和成型方法。
实施例三
实施例三为含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料(II型)
格栅增强泡沫芯材2是单向格栅增强泡沫芯材，尺寸为950mm×810mm×40mm，且格栅结构横截面为等腰梯形，其中：格栅增强泡沫芯材2用泡沫芯材为80kg/m3的PVC泡沫、格栅增强泡沫芯材2用格栅结构为面密度198g/m2的碳纤维斜纹织物增强乙烯基酯树脂复合材料，其厚度约0.4mm。
过渡段芯材3为300kg/m3的PVC泡沫，其四个组件横截面均为直角梯形，上底15mm、下底40mm、高90mm，斜边长93.4mm。过渡段芯材3四个组件高度均为90mm，其中一对组件俯视图对应的等腰梯形上底、下底长度分别为950mm、1130mm，另一对组件俯视图对应的等腰梯形上底、下底长度分别为810mm、990mm。
过渡段纤维布5宽度为165mm、180mm、195mm、210mm、225mm、240mm等，长度有两种即1136.8mm、996.8mm。因此，过渡段纤维布5的尺寸和数量为：1137mm×165mm、1137mm×180mm、1137mm×195mm、1137mm×210mm、1137mm×225mm、1137mm×240mm等各2层，997mm×165mm、997mm×180mm、997mm×195mm、997mm×210mm、997mm×225mm、997mm×240mm等各2层。过渡段纤维布5用增强纤维织物为面密度200g/m2的缎纹高强玻璃纤维织物。
连接芯材4为475kg/m3的纯玻璃微珠浮力材料，横截面为矩形，长度、宽度分别为150mm、15mm。连接芯材4四个组件高度均为15mm，其中一对组件俯视图对应的等腰梯形上底、下底长度分别为1250mm、1430mm，另一对组件俯视图对应的等腰梯形上底、下底长度分别为1110mm、1290mm。
下面板1尺寸为1460mm×1320mm，数量为15层；上面板6尺寸为1437mm×1297mm，数量为15层。下面板1与上面板6用增强纤维织物为面密度400g/m2的T700碳纤维双轴向织物，铺层方式为正交铺敷。
实施例三所述含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料(II型)成型过程如下：
1)格栅增强泡沫芯材2预成型。成型方法如实施例一，不再赘述。
2)格栅增强泡沫芯材2加工。对预成型格栅增强泡沫芯材2进行切边、切割等加工，加工时切入口垂直于XOY平面，切割位置偏离泡沫块的中线，并且，经切割除去的泡沫块部分的占该泡沫块的0～0.5倍，加工后的格栅增强泡沫芯材2最终尺寸为950mm×810mm×40mm。
3)过渡段芯材3设计与加工。过渡段芯材3由两对共计四个组件组成，对称分布于格栅增强泡沫芯材2四个侧面，其中一对完全相同，另一对完全相同；四个组件宽度均为90mm。组件之间通过在各组件两端拼接相连，相邻组件之间拼接面7垂直于格栅增强泡沫芯材2所在平面。四个组件横截面相同且均为直角梯形，上底15mm、下底40mm、高90mm，斜边长93.4mm；四个组件俯视图均为等腰梯形，斜边与上底、下底夹角分别为45度、135度，高度均为90mm，其中一对组件俯视图对应的等腰梯形上底、下底长度分别为950mm、1130mm，另一对组件俯视图对应的等腰梯形上底、下底长度分别为810mm、990mm。在此基础上，按照上述设计完成过渡段芯材3加工。
4)过渡段芯材3粘结。过渡段芯材3粘结包括过渡段芯材3四个组件之间粘结以及过渡段芯材3四个组件与格栅增强泡沫芯材2粘结，上述粘结采用常温固化的双组分环氧胶黏剂爱牢达2015进行粘结，且上述两种粘结过程同时进行。粘结时，将爱牢达2015胶黏剂双组分按照说明书推荐比例混合均匀，然后均匀涂敷于过渡段芯材3组件拼接面7、组件侧面及格栅增强泡沫芯材2侧面，完成粘结后多余胶黏剂清理干净。为防止粘结面分离，采用简易辅助工装进行约束和固定。胶黏剂完全固化前，禁止移动过渡段芯材3及格栅增强泡沫芯材2。胶黏剂完全固化后，格栅增强泡沫芯材2与过渡段芯材3形成一个整体。
5)连接芯材4设计与加工。连接芯材4由两对共计四个组件组成，对称分布于与格栅增强泡沫芯材2粘结为一体的过渡段芯材3四个侧面，其中一对完全相同，另一对完全相同；四个组件宽度均为150mm。组件之间通过在各组件两端拼接相连，相邻组件之间拼接面7垂直于格栅增强泡沫芯材2所在平面。四个组件横截面均为矩形，长度、宽度分别为150mm、15mm；四个组件俯视图均为等腰梯形，斜边与上底、下底夹角分别为45度、135度，高度均为15mm，其中一对组件俯视图对应的等腰梯形上底、下底长度分别为1250mm、1430mm，另一对组件俯视图对应的等腰梯形上底、下底长度分别为1110mm、1290mm。在此基础上，按照上述设计完成连接芯材4加工。
6)连接芯材4粘结。连接芯材4粘结包括连接芯材4四个组件之间粘结以及连接芯材4四个组件与与格栅增强泡沫芯材2粘结为一体的过渡段芯材3粘结，上述粘结采用常温固化的双组分环氧胶黏剂爱牢达2015进行粘结，且上述两种粘结过程同时进行。粘结时，将爱牢达2015胶黏剂双组分按照说明书推荐比例混合均匀，然后均匀涂敷于连接芯材4组件拼接面7、组件侧面及与格栅增强泡沫芯材2粘结为一体的过渡段芯材3侧面，完成粘结后多余胶黏剂清理干净。为防止粘结面分离，采用简易辅助工装进行约束和固定。胶黏剂完全固化前，禁止移动由过渡段芯材3及与格栅增强泡沫芯材2粘结为一体的过渡段芯材3。胶黏剂完全固化后，格栅增强泡沫芯材2、过渡段芯材3、连接芯材4等三者形成一个整体，即含连接区域的含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件(II型)，其平面尺寸为1430mm×1290mm。
7)含连接区域的含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件表面处理。含连接区域的含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件上下表面采用320目砂纸打磨，然后用酒精或丙酮擦拭干净并晾干。
8)下面板1铺敷。下面板1按照铺层设计铺敷至目标厚度。
9)含连接区域的含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件铺放。将含连接区域的含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件缓慢居中铺放于下面板1之上。
10)过渡段纤维布5铺敷。过渡段纤维布5的尺寸和数量为：1137mm×165mm、1137mm×180mm、1137mm×195mm、1137mm×210mm、1137mm×225mm、1137mm×240mm等各2层，997mm×165mm、997mm×180mm、997mm×195mm、997mm×210mm、997mm×225mm、997mm×240mm等各2层；相同尺寸的2层纤维布部叠在一起进行铺敷。过渡段纤维布5铺敷时，在过渡段以及连接区域拼接面7附近做开剪处理，并采用交错同时搭接的铺层方式，避免纤维布接缝处于相同位置。此外，过渡段纤维布5铺敷时，在含连接区域的含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件表面由内至外、由连接区域边缘向过渡段、宽度由小到大梯度铺敷。
11)上面板6铺敷。铺敷上面板6时，在过渡段以及连接区域拼接面7附近做开剪处理，并采用交错同时搭接的铺层方式，避免纤维布接缝处于相同位置；按照铺层设计铺敷至目标厚度。
12)整体成型。上述格栅结构增强泡沫夹芯复合材料预成型体完成制备后，采用VARI成型工艺整体成型。
实施例四
实施例四涉及格栅增强泡沫芯材2尺寸、所用泡沫芯材类型与密度、所用格栅结构、过渡段芯材3类型与密度以及尺寸、过渡段纤维布5类型与尺寸、连接芯材4类型与密度以及尺寸、下面板1与上面板6类型与尺寸以及铺敷方式等与实施例一相同，不同之处是格栅增强泡沫芯材2是双向格栅增强泡沫芯材，其纵横方向上的格栅结构横截面相同且均为等腰梯形。
实施例四所述含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料(II型)成型过程、成型工艺等与实施例一相同。
实施例五
实施例五涉及格栅增强泡沫芯材2类型与尺寸、所用泡沫芯材类型与密度、所用格栅结构、格栅增强泡沫芯材2尺寸、过渡段芯材3尺寸、过渡段纤维布5类型与尺寸、连接芯材4类型与密度以及尺寸、下面板1与上面板6类型与尺寸以及铺敷方式等与实施例一相同，不同之处是过渡段芯材3为密度200kg/m3的聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫。
实施例五所述含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料(II型)成型过程、成型工艺等与实施例一相同。
实施例六
实施例六涉及格栅增强泡沫芯材2类型与尺寸、所用泡沫芯材类型与密度、所用格栅结构、格栅增强泡沫芯材2尺寸、过渡段芯材3类型与密度以及尺寸、过渡段纤维布5类型与尺寸、连接芯材4尺寸、下面板1与上面板6类型与尺寸以及铺敷方式等与实施例一相同，不同之处是连接芯材4为密度约1.76×103kg/m3的纤维增强树脂基复合材料层和板。
实施例六所述含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料(II型)成型过程、成型工艺等与实施例一相同。
实施例七
实施例七涉及格栅增强泡沫芯材2类型与尺寸、所用泡沫芯材类型与密度、所用格栅结构、格栅增强泡沫芯材2尺寸、过渡段芯材3类型与密度以及尺寸、过渡段纤维布5类型与尺寸、连接芯材4类型与密度以及尺寸、上面板6类型与尺寸以及铺敷方式等与实施例一相同，不同之处是下面板1为面密度400g/m2的E玻璃纤维方格布，数量为20层，铺层方式为正交。
实施例七所述含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料(II型)成型过程、成型工艺等与实施例一相同。
实施例八
实施例八为含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料(I型)
格栅增强泡沫芯材2是单向格栅增强泡沫芯材，尺寸为950mm×810mm×40mm，且格栅结构横截面为等腰梯形，其中：格栅增强泡沫芯材2用泡沫芯材为80kg/m3的PVC泡沫、格栅增强泡沫芯材2用格栅结构为面密度198g/m2的碳纤维斜纹织物增强乙烯基酯树脂复合材料，其厚度约0.4mm。
连接芯材4为475kg/m3的纯玻璃微珠浮力材料，横截面为矩形，长度、宽度分别为150mm、40mm。连接芯材4四个组件高度均为40mm，其中一对组件俯视图对应的等腰梯形上底、下底长度分别为950mm、1250mm，另一对组件俯视图对应的等腰梯形上底、下底长度分别为810mm、1110mm。
下面板1尺寸为1280mm×1140mm，数量为15层；上面板6尺寸为1250mm×1110mm，数量为15层。下面板1与上面板6用增强纤维织物为面密度400g/m2的T700碳纤维双轴向织物。
实施例八所述含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料(I型)成型过程如下：
1)格栅增强泡沫芯材2预成型。成型方法如实施例一，不再赘述。
2)格栅增强泡沫芯材2加工。对预成型格栅增强泡沫芯材2进行切边、切割等加工，加工时切入口垂直于格栅增强泡沫芯材2表面，且切入口位置介于格栅增强泡沫芯材2代表性体积单元中附着格栅的边缘长度的1/2倍至1倍，加工后的格栅增强泡沫芯材2最终尺寸为950mm×810mm×40mm。
3)连接芯材4设计与加工。连接芯材4由两对共计四个组件组成，对称分布于与格栅增强泡沫芯材2粘结为一体的过渡段芯材3四个侧面，其中一对完全相同，另一对完全相同；四个组件宽度均为150mm。组件之间通过在各组件两端拼接相连，相邻组件之间拼接面7垂直于格栅增强泡沫芯材2所在平面。四个组件横截面均为矩形，长度、宽度分别为150mm、40mm。四个组件俯视图均为等腰梯形，斜边与上底、下底夹角分别为45度、135度，高度为150mm，其中一对组件俯视图对应的等腰梯形上底、下底长度分别为950mm、1250mm，另一对组件俯视图对应的等腰梯形上底、下底长度分别为810mm、1110mm。在此基础上，按照上述设计完成连接芯材4加工。
4)连接芯材4粘结。连接芯材4粘结包括连接芯材4四个组件之间粘结以及连接芯材4组件与格栅增强泡沫芯材2粘结，上述粘结采用常温固化的双组分环氧胶黏剂爱牢达2015进行粘结，且上述两种粘结过程同时进行。粘结时，将爱牢达2015胶黏剂双组分按照说明书推荐比例混合均匀，然后均匀涂敷于连接芯材4组件拼接面7、组件侧面及格栅增强泡沫芯材2侧面，完成粘结后多余胶黏剂清理干净。为防止粘结面分离，采用简易辅助工装进行约束和固定。胶黏剂完全固化前，禁止移动连接芯材4及格栅增强泡沫芯材2。胶黏剂完全固化后，格栅增强泡沫芯材2与连接芯材4形成一个整体，即含连接区域的含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件(I型)，其平面尺寸为1250mm×1110mm。
5)含连接区域的含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件表面处理。含连接区域的含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件上下表面采用320目砂纸打磨，然后用酒精或丙酮擦拭干净并晾干。
6)下面板1铺敷。下面板1按照铺层设计铺敷至目标厚度。
7)含连接区域的含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件铺放。将含连接区域的含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件缓慢居中铺放于下面板1之上。
8)上面板6铺敷。上面板6铺层设计及目标厚度与下面板1相同。
9)整体成型。上述格栅结构增强泡沫夹芯复合材料预成型体完成制备后，采用VARI成型工艺整体成型。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件成型方法，其特征在于，
所述复合材料构件包括相互连接的格栅增强泡沫芯材、连接芯材、上面板和下面板；
所述连接芯材围绕所述格栅增强泡沫芯材的周边设置；
所述连接芯材的材料特性满足机械加工和与外部构件螺栓连接；
所述上面板和所述下面板相对地与格栅增强泡沫芯材和连接芯材连接后形成的整体结构的相背的两个表面连接；
所述下面板与所述上面板均采用干态纤维织物铺敷；
所述干态纤维织物的面密度为100g/m2～1200g/m2，优选为220g/m2；
所述干态纤维织物为玻璃纤维、碳纤维、碳/玻混杂纤维、石英纤维、Kevlar纤维、超高分子量聚乙烯纤维、PBO纤维中的一种或两种以上组合而成；
所述成型方法包括：
S100、制作所述格栅增强泡沫芯材，包括：
S110、所述格栅增强泡沫芯材的预成型，预成型方法包括：
S111、将正向泡沫块间隔固定在XOY平面上放置的模具上，相邻的所述正向泡沫块之间的间距相同且相互平行，固定所述正向泡沫块，在所述正向泡沫块的上表面铺敷第一干态纤维布，在相邻的两个所述正向泡沫块之间的所述第一干态纤维布的上表面铺放反向泡沫块，制成第一格栅结构增强泡沫板，对所述第一格栅结构增强泡沫板进行表面处理；
S120、对所述格栅增强泡沫板进行切边、切割加工，制成格栅增强泡沫芯材；
S300、制作所述连接芯材，通过整体的所述连接芯材首尾相连后粘结形成，或者通过至少两个以上的连接芯材单体拼接后粘结形成，粘结缝隙沿Z轴方向设置；
S400、所述格栅增强泡沫芯材与所述连接芯材之间通过粘结方式连接，所述连接芯材围成的筒状的内表面与所述格栅增强泡沫芯材的与XOY平面垂直的表面粘结连接形成含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件；
S500、构件成型；
S510、对制成的所述含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件进行表面处理；
S520、将所述含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件放置于下面板上；
S540、在所述含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件的上表面铺敷上面板；
S550通过VARI工艺进行整体成型处理。
2.根据权利要求1所述的含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件的成型方法，其特征在于，
所述格栅增强泡沫芯材为闭孔硬质聚合物泡沫；
所述闭孔硬质聚合物泡沫的密度为30kg/m3～500kg/m3，优选为100kg/m3；
所述闭孔硬质聚合物泡沫为聚氯乙烯泡沫、聚甲基丙烯酰亚胺泡沫、聚对苯二甲酸乙二醇酯泡沫、聚氨酯泡沫、聚酰亚胺泡沫中的一种或两种以上组合而成。
3.根据权利要求2所述的含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件的成型方法，其特征在于，
所述格栅增强泡沫芯材的格栅结构为连续纤维增强树脂基复合材料；
所述增强纤维为通过玻璃纤维、碳纤维、碳/玻混杂纤维、石英纤维、Kevlar纤维、超高分子量聚乙烯纤维、PB0纤维中的一种或两种以上组合而成的干态纤维织物；
所述增强纤维织物的面密度为50g/m2～450g/m2；
所述树脂基体为通过不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、环氧树脂、复配型树脂中的一种热固性树脂；
所述连接芯材为非金属材料；
所述连接芯材的密度为250kg/m3～2000kg/m3，优选为1780kg/m3；
所述非金属材料纤维增强树脂基复合材料层和板、巴沙木、玻璃微珠浮力材料、复合型浮力材料中的一种。
4.根据权利要求1所述的含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件的成型方法，其特征在于，
在步骤S120中，在进行切边或切割操作时，切入方向与XOY平面垂直；
切割位置偏离泡沫块的中线，并且，经切割除去的泡沫块部分的占该泡沫块的0～0.5倍。
5.根据权利要求1所述的含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件的成型方法，其特征在于，
在步骤S500中，含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件表面处理的方法包括：对所述含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件的上表面和下表面采用200目-400目砂纸打磨，然后用酒精或丙酮擦拭干净并晾干。
6.根据权利要求1所述的含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件的成型方法，其特征在于，
泡沫块的与XOZ平面平行的表面呈梯形。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件的成型方法，其特征在于，
所述复合材料构件还包括：过渡芯材，通过所述过渡芯材连接所述格栅增强泡沫芯材和连接芯材；
所述过渡芯材为闭孔硬质聚合物泡沫的密度为250kg/m3～500kg/m3，优选为300kg/m3；
所述闭孔硬质聚合物泡沫为聚氯乙烯泡沫、聚甲基丙烯酰亚胺泡沫、聚对苯二甲酸乙二醇酯泡沫、聚氨酯泡沫、聚酰亚胺泡沫中的一种或两种以上组合而成；
所述成型方法还包括：
S200、制作过渡芯材，通过整体的所述过渡芯材首尾相连后粘结形成，或者通过至少两个以上的过渡芯材单体拼接后粘结形成，粘结缝隙沿Z轴方向设置；
步骤S500还包括：
S530、在过渡芯材和连接芯材的上表面铺敷过渡纤维布。
8.根据权利要求7所述的含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件的成型方法，其特征在于，
所述格栅增强泡沫芯材的高度大于所述连接芯材的高度。
9.根据权利要求7所述的含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件的成型方法，其特征在于，
所述过渡纤维布的沿从过渡芯材到连接芯材的方向延伸，与延伸方向垂直方向的尺寸呈梯度变化；
所述过渡纤维布在过渡芯材和连接芯材的粘结缝隙处采用边缘搭接的方式铺敷，并且，在沿过渡芯材到连接芯材的方向上分段错位搭接，使成型后的外围的连接区域厚度相同。
10.根据权利要求8或9所述的含连接区域的格栅增强泡沫夹芯复合材料构件的成型方法，其特征在于，还包括：
在步骤S110中，格栅增强泡沫芯材的预成型方法还包括：
S112、将格栅结构增强泡沫板沿垂直于格栅结构方向切割呈条状的格栅结构增强泡沫条，将多个所述格栅结构增强泡沫条正向间隔铺放在模具上，相邻的正向格栅结构增强泡沫条之间间距相同且相互平行，固定所述正向格栅结构增强泡沫条，在所述正向格栅结构增强泡沫条的上表面铺敷第二干态纤维布，在相邻的两个所述正向格栅结构增强泡沫条之间的所述第二干态纤维布的上表面铺放反向格栅结构增强泡沫条，制成第二格栅结构增强泡沫板，对所述进行表面处理。
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