CN215397023U - 复合材料格栅 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合材料格栅，其包括：沿第一方向间隔设置的多个第一复合材料纱线，沿第二方向间隔设置的多个第二复合材料纱线，以及沿第三方向间隔设置的多个第三复合材料纱线；其中，多个第一复合材料纱线、多个第二复合材料纱线和多个第三复合材料纱线依次层叠设置、交替编织并且固化以形成格栅开孔区域和位于格栅开孔区域外围的连接边区域；以及复合材料织物，复合材料织物铺覆于连接边区域并且与格栅开孔区域的所述第一复合材料纱线、第二复合材料纱线、第三复合材料纱线固化在一起。本实用新型所提供的复合材料格栅能够避免格栅制造所导致的纤维断裂现象，且通过三个不同方向的复合材料纱线进行格栅开孔区域开孔结构的增强。

Description

复合材料格栅

技术领域

本实用新型涉及格栅技术领域，更具体地，涉及一种复合材料格栅。

背景技术

格栅在电磁屏蔽、通气散热、结构减重、管道保护、杂质过滤等方面拥有广泛的应用。依据制作材料，格栅分为金属格栅、塑料格栅和复合材料格栅等。

复合材料格栅，是一种采用纤维增强树脂基复合材料制作的格栅，不仅具备良好的功能性和可设计性，而且能够实现承载、吸波、频率选择和电磁屏蔽等功能，因而广受欢迎。相比于短切纤维增强树脂基复合材料来说，连续纤维增强树脂基复合材料能够制作出具备更大强度和刚度的复合材料格栅。目前，连续纤维增强树脂基复合材料制造复合材料格栅，是先使用连续纤维增强树脂基复合材料制成板材(亦称胚料)，然后通过机械加工或激光切割等手段在上述板材上进行格栅开工以挖出众多格栅开孔，从而形成复合材料格栅。

然而，在板材上进行格栅开工的过程会带来一定比例的纤维断裂，从而导致形成的复合材料格栅在强度和刚度上都有所下降。

实用新型内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种复合材料格栅，能够避免格栅制造所导致的纤维断裂现象，实现复合材料格栅的高强特性。

本实用新型提供了一种复合材料格栅，包括：

沿第一方向间隔设置的多个第一复合材料纱线，沿第二方向间隔设置的多个第二复合材料纱线，以及沿第三方向间隔设置的多个第三复合材料纱线；其中，所述多个第一复合材料纱线、多个第二复合材料纱线和多个第三复合材料纱线依次层叠设置、交替编织并且固化以形成格栅开孔区域和位于所述格栅开孔区域外围的连接边区域；

以及复合材料织物，所述复合材料织物铺覆于所述连接边区域并且与所述格栅开孔区域的所述第一复合材料纱线、第二复合材料纱线、第三复合材料纱线固化在一起。

可选地，所述复合材料织物包括在各自垂直方向上每隔一个纱线就沿相同朝向交织一次的多个横向纱线和多个纵向纱线。

可选地，所述第一复合材料纱线、所述第二复合材料纱线、所述第三复合材料纱线、所述复合材料织物的材料都包括以下任意一种：纤维、树脂、连续纤维增强树脂基复合材料。

可选地，所述纤维包括碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、芳纶纤维、硼纤维中的一种。

可选地，所述树脂包括热固性树脂或热塑性树脂。

可选地，热固性树脂包括以下之一：环氧树脂、氰酸酯树脂、丙烯酸树脂，所述热塑性树脂包括以下之一：聚苯醚、铁氟龙、聚苯乙烯、聚氨酯。

可选地，所述沿第一方向间隔设置的多个复合材料纱线相互平行，所述沿第二方向间隔设置的多个复合材料纱线相互平行，所述沿所述第三方向间隔设置的多个复合材料纱线相互平行。

可选地，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向中任意两个方向之间的夹角为120度。

可选地，所述格栅开孔区域的各个开孔都呈三角形；或者

所述格栅开孔区域的各个开孔包括正三角形开孔和正六边形开孔。

可选地，所述多个第一复合材料纱线、多个第二复合材料纱线和多个第三复合材料纱线通过树脂加热固化在一起；

铺覆在连接边区域的所述复合材料织物与所述格栅开孔区域的所述第一复合材料纱线、第二复合材料纱线、第三复合材料纱线通过树脂加热固化在一起。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型所提供复合材料格栅包括格栅开孔区域和连接边区域，其中，格栅开孔区域的各个开孔由三个不同方向上的复合材料纱线依次层叠设置、交替编织并且固化形成，因而无需切割板材来挖出众多格栅开孔，这样避免了格栅制造所导致的纤维断裂现象；并且三个不同方向的复合材料纱线使得格栅开孔区域各开孔结构增强，铺覆在格栅开孔区域的边缘位置且和格栅开孔区域复合材料纱线固化在一起的复合材料织物加固了格栅开孔区域各复合材料纱线的交织结构，从而有效实现复合材料格栅的高强特性。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出本实用新型一实施例中复合材料格栅的结构示意图；

图2示出图1所示复合材料格栅的纱线交叉结构；

图3示出图2所示纱线交叉结构铺覆织物后的结构；

图4示出本实用新型另一实施例中复合材料格栅的结构示意图；

图5示出图4所示复合材料格栅的纱线交叉结构；

图6示出图5所示纱线交叉结构铺覆织物后的结构。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本实用新型的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本实用新型。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本实用新型。

下面通过附图具体描述本实用新型的实施例。

图1所示为本实用新型一实施例所提供的复合材料格栅。参照图1，复合材料格栅100包括：沿第一方向X1间隔设置的多个第一复合材料纱线、沿第二方向X2间隔设置的多个第二复合材料纱线、沿第三方向X3间隔设置的多个第三复合材料纱线、以及复合材料织物。其中，多个第一复合材料纱线、多个第二复合材料纱线和多个第三复合材料纱线依次层叠设置、交替编织并且固化以形成格栅开孔区域110和位于格栅开孔区域110外围的连接边区域120。复合材料织物铺覆于连接边区域120 并且与格栅开孔区域110的所述第一复合材料纱线、第二复合材料纱线、第三复合材料纱线固化在一起。

需要说明的是，多个第一复合材料纱线、多个第二复合材料纱线和多个第三复合材料纱线依次层叠设置、交替编织并且固化，是指在整体结构上这些纱线交替编织以及在纱线交叉位置处这些纱线层叠并固化。

具体地，第一复合材料纱线、第二复合材料纱线、第三复合材料纱线(以下亦统称复合材料纱线)和复合材料织物的材料都包括以下任意一种：纤维、树脂、连续纤维增强树脂基复合材料。在复合材料纱线和复合材料织物的材料都包括纤维和树脂的情况下，复合材料纱线以及复合材料织物采用连续纤维增强树脂基复合材料制成，连续纤维增强树脂基复合材料是一种以有机聚合物为基体的纤维增强材料。

上述纤维包括碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、芳纶纤维、硼纤维中的一种。上述树脂包括热固性树脂或热塑性树脂，其中，热固性树脂包括以下之一：环氧树脂、氰酸酯树脂、丙烯酸树脂，热塑性树脂包括以下之一：聚苯醚、铁氟龙、聚苯乙烯、聚氨酯。

进一步，多个第一复合材料纱线、多个第二复合材料纱线和多个第三复合材料纱线通过树脂加热固化在一起；铺覆在连接边区域120的复合材料织物与格栅开孔区域的所述第一复合材料纱线、第二复合材料纱线、第三复合材料纱线通过树脂加热固化在一起。以热固性树脂进行示例性说明，热固性树脂在加热后产生化学变化而逐渐硬化成型但再次受热的情况下既不软化也不能溶解，因而多个第一复合材料纱线、多个第二复合材料纱线和多个第三复合材料纱线能够够通过热固性树脂加热固化在一起，铺覆在连接边区域120的复合材料织物与格栅开孔区域的所述第一复合材料纱线、第二复合材料纱线、第三复合材料纱线也能够通过热固性树脂加热固化在一起。

进一步，对于复合材料纱线以及复合材料织物采用连续纤维增强树脂基复合材料制成的情况，复合材料纱线可以是连续纤维纱线浸渍有机聚合物基体后形成，复合材料织物可以是连续纤维织物浸渍有机聚合物基体后形成，这里有机聚合物基体作为预浸料和连续纤维结合而形成连续纤维增强树脂基复合材料。其中，连续纤维织物包括在各自垂直方向上每隔一个纱线就沿相同朝向交织一次的多个横向纱线和多个纵向纱线。这里应当理解的是，横向纱线的垂直方向即纵向，纵向纱线的垂直方向即横向；以及，两个相互垂直方向上纱线交织的朝向包括从下到上和从上到下两种，上述沿相同朝向交织即指皆从下到上交织或者皆从上到下交织。具体地，连续纤维织物可以是连续纤维制成的平纹布，平纹布的交织点多，具有质地坚牢、表面平整和耐磨的优点，有利于使得复合材料格栅100的结构更稳固可靠。

以热固性树脂作为预浸料为例，皆浸渍有预浸料的复合材料纱线能够固化在一起，皆浸渍有预浸料的复合材料织物和复合材料纱线也能固化在一起，因而，上述三个不同方向上的复合材料纱线可以通过预浸料固化在一起；铺覆在格栅开孔区域110边缘位置的复合材料织物和格栅开孔区域110的复合材料纱线通过预浸料固化在一起，这样复合材料格栅100的结构更加稳固。

需要说明的是，可以是连续纤维纱线提前浸渍预浸料而形成复合材料纱线，以及，连续纤维织物提前浸渍预浸料而形成复合材料织物，然后复合材料纱线和复合材料织物组合而形成上述复合材料格栅100；也可以是连续纤维纱线和连续纤维织物组合而形成格栅结构后，通过采用手工涂刷、真空导入、树脂传递模塑等工艺使形成的格栅中各连续纤维纱线以及连续纤维织物浸渍预浸料，最后得到上述复合材料格栅100。

本实施例提供的复合材料格栅100，格栅开孔区域110的各个开孔由三个不同方向上的复合材料纱线交织后固化形成，因而无需切割板材来挖出众多格栅开孔，这样避免了格栅制造所导致的纤维断裂现象；并且三个不同方向的复合材料纱线使得格栅开孔区域100各开孔结构增强，铺覆在格栅开孔区域100边缘位置且和格栅开孔区域100复合材料纱线固化在一起的复合材料织物还加固了格栅开孔区域100各复合材料纱线的交织结构，从而使得复合材料格栅100有效实现了高强特性。

可选地，在第一方向X1上设置的多个复合材料纱线相互平行；在第二方向X2上设置的多个复合材料纱线相互平行；以及，在第三方向X3上设置的多个复合材料纱线相互平行。其中，若将第一方向X1上设置的多个复合材料纱线中，相邻两个复合材料纱线的间隔距离记为第一长度L1；将第二方向X2上设置的多个复合材料纱线中，相邻两个复合材料纱线的间隔距离记为第二长度L2；将第三方向X3上设置的多个复合材料纱线中，相邻两个复合材料纱线的间隔距离即为第三长度L3，则第一长度L1、第二长度L2、第三长度L3可以设置为相等，以便三个方向上的纱线组具有相同的强度，避免某一方向上纱线组因其内纱线稀疏而提前于其它两个方向纱线组破裂。

进一步地，第一方向X1、第二方向X2和第三方向X3中任两个方向之间的夹角为120°，这样三个方向上的纱线在一圆周上均匀分布，三个方向上的纱线组将承重均匀分散，从而使得复合材料格栅100的强度进一步提升。

进一步地，第一方向X1、第二方向X2和第三方向X3上的复合材料纱线交织后固化形成格栅开孔区域110的各个开孔，格栅开孔区域110 的开孔皆呈三角形。需要强调的是，由于格栅开孔区域110的各个开孔由三个不同方向上的复合材料纱线交织后固化形成，因而三角形开孔的一条边对应一个方向且各条边为一个方向上复合材料纱线的一部分；以及，由于第一方向X1、第二方向X2和第三方向X3中任两个方向的夹角为120°，因而三角形开孔为一个正三角形开孔。结合图1可见，此情况下格栅开孔区域110内均匀分布着大小相等的开孔，从而格栅开孔区域100内各个区域均匀承担着复合材料格栅100的承载、吸波、频率选择和电磁屏蔽等功能。

对于图1所示的复合材料格栅100，无论是复合材料纱线和复合材料织物组合而形成，还是通过连续纤维纱线和连续纤维织物组合形成格栅结构后形成，都是纱线和织物进行格栅结构的搭建。格栅结构的具体搭建过程参照图2和图3，即，先通过三个方向上的纱线交叉形成图2 所示的纱线交叉结构；再如图3所示在纱线交叉结构上铺覆织物，织物所在区域即上述连接边区域120，织物围住区域即上述格栅开孔区域110，织物外侧的纱线通过切割去掉即可。需要说明的是，可以采用牵引装置拉紧各个方向上的纱线来确保织物和纱线之间固化成型时各个纱线都绷直，从而有效避免纱线不直所导致的局部波纹。

图4所示为本实用新型另一实施例所提供的复合材料格栅。参照图 4，本实施例所提供的复合材料格栅200基本采用与上一实施例相同的结构，因此不再赘述。区别之处在于：第一方向X1、第二方向X2和第三方向X3上的复合材料纱线交织后固化形成格栅开孔区域210的各个开孔，格栅开孔区域210的开孔包括正三角形开孔和正六边形开孔。

应当理解的是，在三个方向上的复合材料纱线皆平行排布，第一长度L1、第二长度L2、第三长度L3相等，以及，三个方向中任两个方向的夹角为120°的情况下，若限定格栅开孔区域210的开孔包括正三角形开孔和正六边形开孔，则正三角形开孔和正六边形开孔只能如图4所示排布。这里应当注意的是，正三角形开孔的一条边对应一个方向且各条边为一个方向上复合材料纱线的一部分；正六边形开孔的一组平行边(即两个相互平行的边)对应一个方向且各组平行边即为对应方向上两相邻复合材料纱线的一部分。

对于图4所示的复合材料格栅200，格栅结构的具体搭建过程参照图5和图6，即，先通过三个方向上的纱线交叉形成图5所示的纱线交叉结构；再如图6所示在纱线交叉结构上铺覆织物，织物所在区域即复合材料格栅200的连接边区域220，织物围住区域即复合材料格栅200 的格栅开孔区域210，织物外侧的纱线通过切割去掉即可。需要说明的是，同样采用牵引装置拉紧各个方向上的纱线来确保织物和纱线之间固化成型时各个纱线都绷直，从而有效避免纱线不直所导致的局部波纹。

本实用新型实施例中，格栅开孔区域210的开孔包括正三角形开孔和正六边形开孔，且多个正三角形开孔和多个正六边形开孔在格栅开孔区域210内有规律地以较大局部区域为单位而均匀排布，因而同样使得格栅开孔区域210内各个区域较均匀地承担着复合材料格栅100的承载、吸波、频率选择和电磁屏蔽等功能。

参照图1和图4所示的两个实施例，分布在连接边区域的复合材料织物呈带状；呈带状的复合材料织物的内侧边围成正六边形，且正六边形的复合材料织物的三组平行内侧边分别沿第一方向X1、第二方向X2 和第三方向X3；以及，正六边形的复合材料织物的各组平行内侧边与对应方向上纱线组的两边侧复合材料纱线重合。

以后一示例提供的复合材料格栅200为例进行示例性说明。参照图 6，复合材料织物呈带状，呈带状的复合材料织物的内侧边围成正六边形 A₁A₂A₃A₄A₅A₆；正六边形A₁A₂A₃A₄A₅A₆中，第一组平行边A₂A₃和A₆A₅沿第一方向X1，第二组平行边A₃A₄和A₁A₆沿第二方向X2，第三组平行边A₁A₂和A₅A₄沿第三方向X3；以及，第一组平行边A₂A₃和A₆A₅中，边A₂A₃与复合材料纱线k1重合，边A₆A₅与复合材料纱线k2重合，复合材料纱线k1和复合材料纱线k2为第一方向X1上纱线组的两边侧复合材料纱线，其它两组平行边推知即可。

上述呈带状的复合材料织物的外侧边也可以是围成正六边形，如图 6所示，呈带状的复合材料织物的外侧边围成正六边形B₁B₂B₃B₄B₅B₆。正六边形B₁B₂B₃B₄B₅B₆与正六边形A₁A₂A₃A₄A₅A₆同心且边平行，从而使得复合材料织物呈宽度恒定的带状。呈带状的复合材料织物，其宽度可以等于同一方向上相邻复合材料纱线的间隔距离(即上述第一长度 L1)。

将图2和图3相结合，以及，将图5和图6相结合，可见：两实施例中，复合材料织物内的多个开孔均匀分布；复合材料织物所处区域的开孔开始出现格栅开孔区域内没有的形状；复合材料织物外的开孔不仅会出现格栅开孔区域内没有的形状，甚至会只由两个方向上的复合材料纱线围成。因而，复合材料织物按上述结构铺覆在格栅开孔区域的边缘位置，使得格栅开孔区域内只存在由三方向复合材料纱线围成的高强度开孔结构。

本实用新型实施例提供的上述复合材料格栅，具有清晰分明的开孔结构，因而能够实现结构减重的技术效果；通过三个方向上的复合材料纱线交织后固化形成格栅开孔区域的开孔，且格栅开孔区域的开孔规则并均匀地分布，因而能够具有较好的强度。该轻质高强的复合材料格栅适合用作航空、航天、航海设备上广泛采用的格栅产品。

本实用新型的连续纤维增强复合材料格栅，格栅开孔区域采用连续纤维纱线进行交替编织，采用三个方向连续纤维纱线进行格栅开孔区域增强，纱线采用牵引装置实现设计的张力。连接边区域采用纤维织物进行局部铺覆，逐层完成整个格栅结构的编织和铺覆。纤维纱线和纤维织物可提前预浸树脂或采用预浸料，编织和铺覆完成后，固化成型。也可在纤维纱线和纤维织物编织和铺覆完成后，通过手工涂刷、真空导入、树脂传递模塑等方法浸渍树脂，固化成型。通过加工切割去掉余量边，得到复合材料格栅产品。连接边区域可以进行开孔以进行连接。

本实用新型可用于生产轻质高强复合材料格栅，可实现结构减重并提高结构的强度和刚度，降低纤维波纹或纤维加工断裂，实现复合材料格栅结构的轻质高强。可用于航空、航天、航海设备上广泛采用的格栅产品。

本实用新型可用于生产连续纤维增强复合材料格栅结构，可降低纤维加工断裂或局部波纹，实现复合材料格栅结构的轻质高强。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

此外，在以上描述中，诸如中心、前部、背部、后部、左边、右边、顶部、底部、上部、下部、横向、纵向等方位用词和诸如厚度、高度、长度等丈量用词是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处位置和使用状态进行相应变化，所以，不应当将这些用语解释为限制性用语。而涉及连接的术语是指这些结构通过中间结构彼此直接或间接固定或附接的关系、以及可动或刚性附接或关系，除非以其他方式进行明确说明。

依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种复合材料格栅，其特征在于，包括：

沿第一方向间隔设置的多个第一复合材料纱线，沿第二方向间隔设置的多个第二复合材料纱线，以及沿第三方向间隔设置的多个第三复合材料纱线；其中，所述多个第一复合材料纱线、多个第二复合材料纱线和多个第三复合材料纱线依次层叠设置、交替编织并且固化以形成格栅开孔区域和位于所述格栅开孔区域外围的连接边区域；

以及复合材料织物，所述复合材料织物铺覆于所述连接边区域并且与所述格栅开孔区域的所述第一复合材料纱线、第二复合材料纱线、第三复合材料纱线固化在一起。

2.根据权利要求1所述的复合材料格栅，其特征在于：所述复合材料织物包括在各自垂直方向上每隔一个纱线就沿相同朝向交织一次的多个横向纱线和多个纵向纱线。

3.根据权利要求1所述的复合材料格栅，其特征在于：所述第一复合材料纱线、所述第二复合材料纱线、所述第三复合材料纱线、所述复合材料织物的材料都包括以下任意一种：纤维、树脂、连续纤维增强树脂基复合材料。

4.根据权利要求3所述的复合材料格栅，其特征在于：所述纤维包括碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、芳纶纤维、硼纤维中的一种。

5.根据权利要求3所述的复合材料格栅，其特征在于：所述树脂包括热固性树脂或热塑性树脂。

6.根据权利要求5所述的复合材料格栅，其特征在于：热固性树脂包括以下之一：环氧树脂、氰酸酯树脂、丙烯酸树脂，所述热塑性树脂包括以下之一：聚苯醚、铁氟龙、聚苯乙烯、聚氨酯。

7.根据权利要求1所述的复合材料格栅，其特征在于：所述沿第一方向间隔设置的多个复合材料纱线相互平行，所述沿第二方向间隔设置的多个复合材料纱线相互平行，所述沿所述第三方向间隔设置的多个复合材料纱线相互平行。

8.根据权利要求1或7所述的复合材料格栅，其特征在于，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向中任意两个方向之间的夹角为120度。

9.根据权利要求1或7所述的复合材料格栅，其特征在于，所述格栅开孔区域的各个开孔都呈三角形；或者

所述格栅开孔区域的各个开孔包括正三角形开孔和正六边形开孔。

10.根据权利要求1所述的复合材料格栅，其特征在于，

所述多个第一复合材料纱线、多个第二复合材料纱线和多个第三复合材料纱线通过树脂加热固化在一起；

铺覆在连接边区域的所述复合材料织物与所述格栅开孔区域的所述第一复合材料纱线、第二复合材料纱线、第三复合材料纱线通过树脂加热固化在一起。

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