CN201052677Y - 格构增强型复合材料夹层结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种格构增强型复合材料夹层结构，它包括芯材(1)，纤维面板(2)，其特征在于沿芯材(1)厚度方向剖开，在剖开空隙位置中填充树脂后形成树脂腹板(3)或者在其中填充纤维布，纤维布与树脂形成复合材料腹板(4)，在芯材(1)的上下表面铺设有纤维布层，其与树脂固化形成纤维面板(2)。本实用新型与目前的其他产品相比，其最大的特点是其树脂腹板或复合材料腹板可明显提高芯材的抗压和抗剪能力，增强面板与芯材之间的抗剥离能力，使复合材料夹层结构的整体受力性能得到明显的改善，普遍应用于负荷较大的结构件，如：舰船面板、集装箱底板、机场垫板、桥面板、建筑面板等。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种格构增强型复合材料夹层结构梁、板、壳结构件，它普遍应用于航空航天、舰船车辆、桥梁建筑等领域负荷较大的结构件，如：舰船面板、集装箱底板、机场垫板、桥面板等。
背景技术
复合材料夹层结构由三部分组成，最外层是面板，主要承受弯曲变形引起的正应力，采用高强、高模量的材料制造，如层压的碳纤维或玻璃纤维布等；中间是芯材，为夹层结构提供足够的截面惯性矩，主要承受剪应力，常用蜂窝、泡沫、轻木等材料。面板和芯材之间是胶接层，通过树脂将两者粘接在一起，常用不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂、酚醛树脂等。
复合材料夹层结构既充分利用了纤维材料强度高、重量轻的优势，又巧妙地借助轻质芯材所获得的截面惯性矩，可以达到理想的结构性能(如强度、刚度和冲击韧性等)，由于其具有比强度和比刚度高、可设计性强等其他材料不可比拟的特点，以及适应于轻质、高速、安全、抗疲劳、耐腐蚀、隐形等特性的发展趋势，复合材料夹层结构的应用领域越来越广泛，可涉及军事设施、国防工程、车辆、舰船、建筑、桥梁等领域；如发达国家采用复合材料夹层结构制造舰船构件、火车及大型客车的车厢、集装箱、运料罐车以及化工储罐等，甚至用于美国宇航局漫游者号月球登陆车；在桥梁建筑领域，可用于屋面板、建筑模板、墙体隔板、桥面板、机场临时垫板、轻便舟桥等。由此可见，复合材料夹层结构是一种具有广阔发展前景的材料与结构形式。
在我国，复合材料夹层结构多以蜂窝为芯材，但蜂窝夹层结构的面板与芯材的接触面积小，因此其粘结性能相对较弱。另外，我国也有以聚氨酯等泡沫为芯材的复合材料夹层结构，但由于该泡沫的抗压和抗剪能力较低，因此并不能充分利用纤维面板的抗拉能力，从而使得该夹层结构形式不能得以广泛应用。
发明内容
本实用新型的目的则是针对目前泡沫和轻木芯材的抗压和抗剪能力较低、芯材与面板的界面构造简单等技术的不足，提供一种格构增强型复合材料夹层结构，可显著提高芯材的抗压与抗剪能力以及芯材与面板之间的抗剥离能力。
本实用新型的目的可以通过以下措施来达到：
一种格构增强型复合材料夹层结构，它包括芯材1，纤维面板2，沿芯材1的厚度方向上剖开，在剖开空隙位置中填充树脂形成树脂腹板3，或者在其中填充纤维布，纤维布与树脂形成复合材料腹板4，在芯材1的上下表面铺设有纤维布层，其与树脂固化形成纤维面板2。
其中，所述的树脂腹板3与复合材料腹板4的尺寸、排列方式均任意，优选为正交布置。
所述的芯材1为泡沫、轻木或其他任意材质，它包括：聚氨酯泡沫、聚氯乙烯泡沫、碳泡沫、泡桐木、杉木、橡木或胶合板。
所述的纤维布为纤维材质，它包括：单轴向、双轴向或多轴向的碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或杂交纤维布。
所述的树脂腹板3与复合材料腹板4沿芯材1厚度方向上竖直或倾斜布置。
所述的树脂包括：不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或酚醛树脂。
所述的纤维面板2布置于芯材1上、下表面的厚度既可以一致也可以不一致而且纤维布层的铺设方向与层数可根据需要灵活调整。
上述的格构增强型复合材料夹层结构可以采用如下所述方法制备得到：
a.沿泡沫或轻木芯材1的厚度方向剖开，在芯材1平面方向上，可单向也可双向或多向剖开，剖开的位置、尺寸与数量可根据受力需要任意布置，在芯材1厚度方向上，剖开的形状可竖直或倾斜；
b.处理完毕的芯材1可根据构件需要，加工成梁、板、壳形状；
c将一层或多层纤维布铺设于芯材1的上下表面；
e.其中步骤b，c也可由本步骤代替：将一层或多层纤维布填充于芯材1剖开的位置上，然后再将一层或多层纤维布铺设于芯材1的上下表面。
f.通过真空袋成型工艺、真空导入成型工艺或RTM成型工艺将树脂灌入到真空袋或模具中；
g.待树脂固化成型后，取出，纤维布层与树脂固化成纤维面板2，芯材1剖开的位置填满树脂形成树脂腹板3，而在剖开位置中填充的纤维材料则与树脂形成复合材料腹板4。
这样即可获得一种芯材抗压与抗剪能力以及面板与芯材之间粘结能力得以显著提高的格构增强型复合材料夹层结构。
本实用新型具有如下优点：
本实用新型格构增强型复合材料夹层结构与目前的其他产品相比，其最大的特点是沿芯材厚度方向的树脂腹板或复合材料腹板可明显提高芯材的抗压和抗剪能力，起到类似于横隔板的功能，增强复合材料夹层结构的整体受力性能；同时，腹板的存在增大了面板与芯材的接触面积，可增强面板与芯材之间的抗剥离能力。
附图说明
图1为格构增强型复合材料夹层结构示意图之一。
图2为格构增强型复合材料夹层结构示意图之二。
图3为格构增强型复合材料夹层结构示意图之三。
图4为沿芯材厚度方向布置的树脂腹板或复合材料腹板的示意图。
图5为树脂腹板或复合材料腹板倾斜设置时的结构示意图。
附图中：1为芯材，包括：泡沫(聚氨酯、聚氯乙烯、碳泡沫等)和轻木(泡桐木、杉木、橡木、胶合板等)；2为纤维面板(玻璃纤维面板、碳纤维面板、芳纶纤维面板、杂交纤维面板等)；3为树脂腹板(不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或酚醛树脂等)；4为纤维布与树脂形成的复合材料腹板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步地说明：
实施例1
本实用新型的格构增强型复合材料夹层结构，它包括聚氯乙烯泡沫材质的芯材1，沿芯材1的厚度方向上剖开，剖开位置为双向正交、竖直布置，其中填满环氧树脂后形成树脂腹板3，在芯材1的上下表面均铺设两层双轴向碳纤维布层，它与环氧树脂固化能形成纤维面板2。
实施例2
本实用新型的格构增强型复合材料夹层结构，它包括泡桐木材质的芯材1，沿芯材1的厚度方向上剖开，剖开位置为双向正交、倾斜布置，并填有玻璃纤维布，其与乙烯基树脂固化后形成树脂腹板4，在芯材1的上表面铺设有三层四轴向玻璃纤维布层，在芯材1的下表面三层四轴向芳纶纤维布层，它们与乙烯基树脂固化形成纤维面板2。
如实施例1所述，但在剖开芯材1时，可根据受力需要，剖开位置的个数、尺寸和排列方式可灵活控制。
实施例3
本实用新型的格构增强型复合材料夹层结构，它包括聚氨酯泡沫材质的芯材1，沿芯材1的厚度方向上剖开，剖开位置为单向、倾斜布置，并填有碳纤维布，与酚醛树脂固化后形成树脂腹板4，在芯材1的上表面铺设有三层四轴向玻璃纤维布层，下表面铺设有五层四轴向玻璃纤维布层，它们与酚醛树脂固化形成复合材料腹板4。
如实施例1、2所述，但布置于芯材1上下表面的纤维面板2的厚度可一致，也可不一致。
上述格构增强型复合材料夹层结构的制备方法如下：
a.在泡沫(包括：聚氨酯、聚氯乙烯、碳泡沫等)或轻木(包括：泡桐木、杉木、橡木、胶合板等)芯材1的厚度方向上剖开，在芯材1平面方向上，可单向也可双向或多向剖开，剖开的位置、尺寸与数量可根据受力需要任意布置，在芯材1厚度方向上，剖开的形状可竖直或倾斜，如附图3、4；
b.处理完毕的芯材1可根据构件需要加工成梁、板、壳形状；
c将一层或多层纤维布(包括：单轴向、双轴向或多轴向的碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或杂交纤维布等)铺设于芯材1的上下表面；
d其中步骤a，b，c也可由本步骤代替：先将一层或多层纤维布填充于芯材1剖开的位置上，然后再将一层或多层纤维布铺设于芯材1的上下表面；
e通过真空袋成型工艺、真空导入成型工艺或RTM成型工艺将树脂(包括：不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂、酚醛树脂等)灌入到真空袋或模具中；
f待树脂固化成型后，取出，纤维布层与树脂固化成纤维面板2，芯材1剖开的位置填充树脂形成树脂腹板3，而填有纤维布的芯材1的剖开位置则与树脂形成复合材料腹板4。
如此即可获得一种芯材抗压与抗剪能力以及面板与芯材之间粘结能力得以显著提高的格构增强型复合材料夹层结构。
Claims (7)
1.一种格构增强型复合材料夹层结构，它包括芯材(1)，纤维面板(2)，其特征在于沿芯材(1)厚度方向剖开，在剖开空隙位置中填充树脂后形成树脂腹板(3)或者在其中填充纤维布，纤维布与树脂形成复合材料腹板(4)，在芯材(1)的上下表面铺设有纤维布层，其与树脂固化形成纤维面板(2)。
2.根据权利要求1所述的格构增强型复合材料夹层结构，其特征在于所述的树脂腹板(3)或复合材料腹板(4)在芯材(1)平面方向上呈单向、双向或多向布置。
3.根据权利要求1或2所述的格构增强型复合材料夹层结构，其特征在于所述的树脂腹板(3)或复合材料腹板(4)沿芯材(1)厚度方向上垂直或倾斜布置。
4.根据权利要求1所述的格构增强型复合材料夹层结构，其特征在于所述的用于填充芯材(1)剖开空隙位置的纤维布采用单轴向、双轴向或多轴向的碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维以及杂交纤维布。
5.根据权利要求1所述的格构增强型复合材料夹层结构，其特征在于所述的芯材(1)的材质采用聚氨酯泡沫、聚氯乙烯泡沫、碳泡沫、泡桐木、杉木、橡木或胶合板。
6.根据权利要求1所述的格构增强型复合材料夹层结构，其特征在于所述的纤维布层采用单轴向、双轴向或多轴向的碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或杂交纤维布。
7.根据权利要求1所述的格构增强型复合材料夹层结构，其特征在于所述的树脂采用不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或酚醛树脂。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20080430 Effective date of abandoning: 20070410 |
|
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20080430 Effective date of abandoning: 20070410 |