CN211821693U - 一种带有加强筋的板材 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种带有加强筋的板材，包括板材本体和与板材本体连接的加强筋，加强筋包括管道结构，管道结构包括管壁和由管壁围成的中空腔体，管壁由至少三层碳纤维层和至少两层PMI膜卷覆复合而形成，每层PMI膜的内侧和外侧均为碳纤维层，且管壁的基底层和蒙皮层均为碳纤维层。在管壁由PMI膜和碳纤维层复合形成多层三明治夹心结构的碳纤维‑PMI复合管道中，具有优异力学性能的PMI膜对碳纤维层起到承托、补强的作用，使管壁具有高强的抗拉伸性、耐压性，具有上述管道结构的加强筋具有优异的比刚度、比强度和耐腐蚀性能，能够达到很好地补强效果。以具有中空腔体的管道作为板材的加强筋，能够节省加强筋的用料。

Description

一种带有加强筋的板材

技术领域

本实用新型属于复合材料领域，具体地，涉及一种带有加强筋的板材。

背景技术

在现有技术中，加强筋是常见的补强部件。加强筋的设置，可以在不加大制品壁厚的条件下，增强制品的强度和刚性，以节约材料用量，减轻重量，降低成本，还可以克服制品因壁厚差别带来的应力不均所造成的制品歪扭变形。在结构设计过程中，可能出现结构体悬出面过大，或跨度过大的情况，在这样的情况下，结构件本身的连接面能承受的负荷有限，则可以在两结合体的公共垂直面上设置加强筋。例如混凝土结构，楼板的局部预留洞口，在洞口的四周增加一定量的加强筋，用来补强。再如塑件制品，为确保塑件制品的强度和刚度，又不致使塑件的壁增厚，而在塑件的适当部位设置加强筋，不仅可以避免塑件的变形，在某些情况下，加强筋还可以改善塑件成型中的塑料流动情况。

碳纤维是一种由碳元素组成的特种纤维，具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性。碳纤维的外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。在现有技术中，碳纤维的主要用途是作为增强材料与泡沫、树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料。

聚甲基丙烯酰亚胺泡沫(polymethacrylimide,PMI)是一种交联的、孔径分布均匀的泡沫，具有卓越的结构稳定性和高机械强度。PMI具有比其他聚合物泡沫材料更高的比强度、比模量、耐热性和耐湿热性能，以及更好的抗高温蠕变性能和尺寸稳定性。PMI是目前世界上比强度(强度/密度)和比模量(模量/密度)最高的泡沫材料，并且具有优异的耐高温性能和尺寸稳定性能，是制造轻质高强复合材料管壁理想的芯材。此外，由于PMI的闭孔率高，孔径分布均匀，吸湿率低，使其作为芯材的夹芯复合材料具有远优于蜂窝复合材料的耐久性和耐环境性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种带有加强筋的板材，以利用碳纤维和PMI的优越性能充分提高加强筋的补强性能。

根据本实用新型的一个方面，提供一种带有加强筋的板材，包括板材本体和与板材本体连接的加强筋，加强筋包括管道结构，管道结构包括管壁和由管壁围成的中空腔体，管壁由至少三层碳纤维层和至少两层PMI膜卷覆复合而形成，每层PMI膜的内侧和外侧均为碳纤维层，且管壁的基底层和蒙皮层均为碳纤维层。

优选地，PMI膜由100％PMI制成。

在管壁由PMI膜和碳纤维层复合形成多层三明治夹心结构的碳纤维-PMI复合管道中，具有优异力学性能的PMI膜对碳纤维层起到承托、补强的作用，使管壁具有高强的抗拉伸性、耐压性，具有上述管道结构的加强筋具有优异的比刚度、比强度和耐腐蚀性能，能够达到很好地补强效果。以具有中空腔体的管道作为板材的加强筋，能够节省加强筋的用料。

优选地，PMI膜的厚度不超过1mm。

厚度不超过1mm的PMI膜在常温下具有一定的可卷曲性，应用这种PMI膜作为制备复合材料管道的芯层材料，可以直接将PMI膜贴合基材的轮廓复合在基材外侧，便于批量制作加强筋。此外，相对于厚板间的复合，薄层间结合的复合具有较大的层间结合力，层间结合得更为紧密，不易脱层，提高了加强筋的整合性以及力学性能。在加强筋的管壁中，每层PMI膜的厚度占比较小，因此，可以采用多层PMI膜复合的形式使加强筋具有更大的机械强度，同时，不会使加强筋的外径明显增加，使用这种加强筋补强板材，板材的壁厚度不会被明显加大。

优选地，PMI膜直接包覆在其内侧碳纤维层的外围。

优选地，PMI膜呈螺旋状地缠绕在其内侧碳纤维层的外围。

利用PMI膜以螺旋缠绕的方式形成PMI膜层可以适应于不同异型加强筋的制作要求，例如一体成型的网络状加强筋，由此形成的加强筋的弯折处没有断点，避免了断点处由于不同程度的应力集中而使加强筋产生不可控的形变和裂纹，所有层状结构可以紧实地相互复合，不存在死角或间隙。

可选地，所述加强筋为一体成型的网络管道结构。

可选地，加强筋嵌入板材本体的内部。

优选地，管道结构的中空腔体被构成板材本体的物料填充。

如果是通过材料固化成型的人造板材，可以使板材本体的材料进入并填充加强筋的中空腔体，增加加强筋和板材本体之间的接触面积，使加强筋能够稳固地与板材本体嵌合。

可选地，板材本体的表面上成型有卡接部，加强筋包括夹持部，夹持部的形状与卡接部的轮廓相匹配，加强筋和板材本体之间的连接通过卡接部嵌入夹持部实现。

优选地，夹持部由管壁向中空腔体内部凹陷形成。

优选地，卡接部的横截面呈燕尾型。

由板材本体的卡接部和加强筋的管壁所形成的夹持部即可实现板材本体和加强筋之间的连接，无需借助其他连接构建，提高了板材本体和加强筋的整合性。

附图说明

图1为加强筋的管壁的层状结构图；

图2为实施例1的板材的内部结构示意图；

图3为实施例2的板材的内部结构示意图；

图4为实施例2的板材的侧视图；

图5为实施例3的板材本体的后视图；

图6为组成实施例3的板材的部件的侧视图；

图7为实施例3的板材的后视图；

图8为实施例3的板材的侧视图。

上图中各附图标记的对应关系如下：1.加强筋，11.PMI膜层，12.碳纤维层，13.夹持部，2.板材本体，21.卡接部。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、横、纵……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

以下实施例中所采用的加强筋1通过如下方法制备：

S1.在管芯模具表面涂覆脱模剂，贴合管芯模具的表面，利用碳纤维缠绕管芯模具，由此构建的第一层碳纤维层12作为管壁的基底层；

S2.夹层结构的扩建

S2.1在作为基底层的碳纤维层12表面涂覆树脂，利用碳纤维缠绕在基底层的外围，由此在基底层的外围构建2层碳纤维层12；

S2.2在上一步骤所制得的半成品的最外侧碳纤维层12表面涂覆树脂，利用PMI膜贴合并缠绕在碳纤维层12的外围，在半成品最外侧的碳纤维层12的外围构建1层PMI膜层11，由此形成的PMI膜层11具有螺旋状的纹路；

S2.3在上一步骤所制得的半成品的最外侧PMI膜层11表面涂覆树脂，利用碳纤维贴合并缠绕在PMI膜层11的外围，由此在半成品的外围再构建1层碳纤维层12；

S2.4重复S2.2–S2.3三次；

S3.在上一步骤所制得的半成品的最外侧碳纤维层12表面涂覆树脂，用碳纤维贴合并缠绕在半成品的外围，由此在半成品的外围再构建1层碳纤维层12以作为管壁的蒙皮层；

S4.紫外线照射，使粘接各层状结构的树脂交联固化，使管壁定型，在一些实施例中也可以采用加热的方式使树脂交联固化；

S5.脱去管芯模具，制得由PMI膜和碳纤维复合而成的加强筋1。

上述方法中所采用的PMI膜的厚度不超过1mm。由上述方法所制得的加强筋1都具有如图1所示的由PMI膜层11和碳纤维层12复合形成的管壁的管道结构。由于管壁的每一层皆采用连续性的材料以缠绕的方式复合在基材的外围，因此由此制得的加强筋1的表面没有明显的层间接点。在实际应用中，可以在适当的范围内，根据需要而调整芯层结构的层数以及各层状结构的厚度。并且，可以根据实际需要选用不同形状的管芯模具以制得具有不同形状的加强筋1。在一些实施例中，可以选用竖直状的管芯模具制作竖直状的加强筋1，任一径向截面的几何中心皆处于同一直线上的管芯模具均可以称为竖直状的模具；在一些实施例中，可以选用弧形状的管芯模具制作有弧度的加强筋1，重心处于其管身外部并且不具有弯折结构的管芯模具均可以称为弧形状的模具；在一些实施例中，可以选用组合管芯模具制作具有网状结构的加强筋1。

实施例1

本实施例的带有加强筋1的板材包括按照上述方法制得的竖直状的加强筋1和混凝土材质的板材本体2。以板材本体2的长和宽围成的面作为板材本体2的工作面。在制作本实施例的板材时，先将加强筋1放入模具，按加强筋1的轴向垂直于待制作的板材的工作面的方向放置加强筋1，然后将混凝土注入模具，加强筋1的中空腔体被混凝土充满，待混凝土固化完毕即得到板材成品，板材成品的内部结构示意图如图2所示。

实施例2

本实施例的带有加强筋1的板材包括按照上述方法制得的网格状的加强筋1和塑料材质的板材本体2。本实施例所采用的网格状的加强筋1为一体成型的结构，各个弯折处皆没有断点。以板材本体2的长和宽围成的面作为板材本体2的工作面。在制作本实施例的板材时，将加强筋1置入模具的中间，按加强筋1所围成的网格面平行于板材本体2的工作面的方向放置加强筋1，然后向模具中注入塑料浆料，加强筋1的中空腔体被塑料浆料充满，待塑料浆料固化完毕即得到板材成品，板材成品的内部结构示意图如图3所示，板材成品的侧视图如图4所示。

实施例3

本实施例的带有加强筋1的板材包括按照上述方法制得的竖直状的加强筋1和板材本体2。板材本体2为天然石材，以板材本体2的长和宽围成的面作为板材本体2的工作面，在板材本体2的其中一个工作面上进行切割磨削加工，在该工作面上形成如图5、图6所示的卡接部21，该卡接部21的整体呈底部(以卡接部21与板材本体2连接的位置为夹持部13的底部)窄顶部宽的燕尾型，其顶部与板材本体2的上表面齐平。本实施例的加强筋1为竖直状的加强筋1，加强筋1的管壁向其中空腔体的方向内凹形成夹持部13，夹持部13的形状与卡接部21的轮廓相匹配，如图7所示。安装时，使加强筋1的夹持部13对准板材本体2的卡接部21，沿着卡接部21的长度方向推进加强筋1，使每个卡接部21一一对应地嵌入一个夹持部13，最终完成加强筋1和板材本体2的组装，得到板材成品，如图8所示。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种带有加强筋的板材，包括板材本体和与所述板材本体连接的加强筋，其特征在于：所述加强筋包括管道结构，所述管道结构包括管壁和由所述管壁围成的中空腔体，所述管壁由至少三层碳纤维层和至少两层PMI膜卷覆复合而形成，每层所述PMI膜的内侧和外侧均为所述碳纤维层，且所述管壁的基底层和蒙皮层均为所述碳纤维层。

2.如权利要求1所述带有加强筋的板材，其特征在于：所述PMI膜由100％PMI制成。

3.如权利要求2所述带有加强筋的板材，其特征在于：所述PMI膜的厚度不超过1mm。

4.如权利要求3所述带有加强筋的板材，其特征在于：所述PMI膜直接包覆在其内侧碳纤维层的外围。

5.如权利要求3所述带有加强筋的板材，其特征在于：所述PMI膜呈螺旋状地缠绕在其内侧碳纤维层的外围。

6.如权利要求1–5任一项所述带有加强筋的板材，其特征在于：所述加强筋嵌入所述板材本体的内部。

7.如权利要求6所述带有加强筋的板材，其特征在于：所述管道结构的所述中空腔体被构成所述板材本体的物料填充。

8.如权利要求1–5任一项所述带有加强筋的板材，其特征在于：所述板材本体的表面上成型有卡接部，所述加强筋包括夹持部，所述夹持部的形状与所述卡接部的轮廓相匹配，所述加强筋和所述板材本体之间的连接通过所述卡接部嵌入所述夹持部实现。

9.如权利要求8所述带有加强筋的板材，其特征在于：所述夹持部由所述管壁向所述中空腔体内部凹陷形成。

10.如权利要求8所述带有加强筋的板材，其特征在于：所述卡接部的横截面呈燕尾型。

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