CN101328955B - 四棱锥构型的树脂基点阵复合材料平板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

四棱锥构型的树脂基点阵复合材料平板及其制备方法，属于工程材料制备技术领域。本发明由上面板、下面板以及设置在上下面板之间的点阵芯子构成，所述的点阵芯子由周期排列的四棱锥胞元组成。本发明的制备方法包括：预制石蜡胎板、第一次铺层、树脂基纤维束穿插、第二次铺层以及脱腊处理。本发明制备的四棱锥构型树脂基点阵复合材料平板大大提高了结构的孔隙率，降低了材料的密度，从而大幅度地提高了材料的承载效率。同时，本发明制备的四棱锥构型树脂基点阵复合材料平板孔隙是连通的，可方便地实现多种功能，如布线、安放元器件、散热等。该方法加工简单方便，成本低廉，容易实现。

Description

四棱锥构型的树脂基点阵复合材料平板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种树脂基点阵复合材料平板及其制备工艺，特别涉及一种四棱锥构型树脂基点阵复合材料的制备工艺，属于工程材料制备、结构设计领域。
背景技术
点阵材料是模拟分子点阵构型制造出的一种有序超轻多孔材料。点阵材料是由结点和结点间连接杆件单元组成的周期结构材料。它的特点是其细观构型为三维网架体系，网架中的空隙没有用来承载的填充物，这样的设计节省了大量的质量，提高了比刚度和比强度。点阵材料在同等重量下比无序微结构金属泡沫具有更好的力学性能。同时，点阵材料网架间的空隙能够执行储油、配置电池等功能化要求；点阵材料的多孔特点满足了进行对流换热以达到温度控制的要求；网架独特的伸展性能使得其促动、制动和阻尼振动的研究有很大的发展空间；它也具有良好的降低噪音、屏蔽电磁辐射、抗冲击和碰撞的吸能能力。
针对金属二维点阵材料，美国弗吉尼亚大学提出了金属开槽嵌锁工艺，制备中先在金属板中开口，开口深度为板宽的一半，然后将各板嵌合，并通过焊接将各板连接成型。美国加州大学提出的金属二维编织法可制成点阵芯子结构。针对非金属二维点阵材料，美国斯坦福大学提出的非金属二维点阵材料的开槽嵌锁工艺与金属开槽嵌锁工艺类似。针对二维点阵材料的旋转体结构件，目前广为关注的两种制备方法包括美国提出的“混杂模具法”和俄罗斯提出的“缠绕工艺成型法”。针对金属三维点阵材料的制备，美国弗吉尼亚大学提出的轧制-焊接法。制备中将延性轻金属落料制成格栅状，再顶压成型制成单层子结构，然后利用熔融焊接制成金属点阵材料。英国剑桥大学提出的熔模铸造法，用聚脂做成单层，结点有销、面板有孔。因此，在三维点阵材料的制备方面，轧制-焊接法和熔模铸造法是用来制造延性较好的金属点阵材料，不适合用复合材料制备性能更优异的三维点阵复合材料。
发明内容
本发明的目的是提出一种四棱锥构型树脂基点阵复合材料平板的制备方法，它是一种三维点阵复合材料的制备方法，采用树脂基纤维束纤穿插工艺，制备出四棱锥构型树脂基点阵复合材料平板。它比传统的层合复合材料平板和夹层复合材料平板质量更轻，承载效率更高，功能性更好。
本发明的技术方案如下：
一种四棱锥构型的树脂基点阵复合材料平板，它由上面板、下面板以及设置在上下面板之间的点阵芯子构成，所述的点阵芯子由周期排列的四棱锥胞元组成，其特征在于：所述的上面板和下面板由树脂基复合材料铺设而成，所述的点阵芯子是由树脂基纤维束穿插而成。
所述四棱锥构型的树脂基点阵复合材料平板的制备方法，其特征在于按如下步骤进行制备：
(1)预制石蜡胎板：首先按照设计要求的尺寸制备长方体石蜡块，然后根据四棱锥胞元的树脂基纤维束杆件在空间的分布，在长方体石蜡块上加工与树脂基纤维束杆件空间位置相对应的通孔，形成石蜡胎板；
(2)第一次铺层：在石蜡胎板的上表面和下表面对称铺设树脂基复合材料层；
(3)树脂基纤维束穿插：在四棱锥胞元中相对的空间杆件形成的两组平面内分别穿插树脂基纤维束，穿插树脂基纤维束的路径如下：
a.在其中一组平面内，首先使树脂基纤维束从第一个四棱锥胞元的第一结点出发，依次穿过上表面的树脂基复合材料层、第一通孔及下表面的树脂基复合材料层到达第二结点，然后沿着下表面的树脂基复合材料层到达第三结点，从下向上依次穿过下表面的树脂基复合材料层、第二通孔及上表面的树脂基复合材料层回到第一结点，形成一个三角形回路，然后沿着上表面的树脂基复合材料层到达下一个四棱锥胞元的第一结点，然后再次按照所述的三角形回路进行穿插，完成该组平面内的某一平面的纤维束穿插，然后再重复上述步骤，完成该组平面内的纤维束穿插；
b.依此类推，按照步骤a的纤维束穿插方法，完成另一组平面内的纤维束穿插；
(4)第二次铺层：在第一次铺设的树脂基复合材料层上再次铺设树脂基复合材料层，形成上面板和下面板，然后在常温条件下进行固化；
(5)脱蜡处理：采用热水脱蜡方法将石蜡胎板熔化，最后，将所制备的四棱锥构型树脂基点阵复合材料的平板裁减至设计要求的尺寸。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：本发明采用树脂基纤维束穿插工艺制备出四棱锥构型树脂基点阵复合材料平板，加工简单方便，成本低廉，容易实现。由于四棱锥构型树脂基点阵复合材料平板具有较大的孔隙率，其密度大大低于层合及蜂窝复合材料平板，提高了材料的承载效率。同时，由于四棱锥构型树脂基点阵复合材料平板的孔隙是连通的，方便了多功能的设计和实现，如布线、散热、吸能、隔热，吸声、吸收电磁波、储油和配置电池等。它比传统的层合复合材料平板和夹层复合材料平板质量更轻，承载效率更高，功能性更好。
附图说明
图1是本发明提供的四棱锥构型的树脂基点阵复合材料平板的结构示意图。
图2是图1中四棱锥胞元的放大图。
图3是本发明的点阵芯子结构示意图。
图4是本发明所述石蜡胎板的示意图。
图5是本发明的树脂基纤维束穿插路径示意图。
1-上面板；2-下面板；3-点阵芯子；4-四棱锥胞元；5-树脂基纤维束杆件；6-第一通孔；7-石蜡胎板；8-树脂基复合材料层；9-第二通孔；10-第一结点；11-第二结点；12-第三结点。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明提供的一种四棱锥构型的树脂基点阵复合材料平板结构示意图，由上面板1、下面板2以及设置在上下面板之间点阵芯子3构成，所述的点阵芯子由周期排列的四棱锥胞元4组成，所述的上面板1和下面板2由树脂基复合材料铺设而成，所述的点阵芯子3是由树脂基纤维束穿插而成(如图1和2所示)。
所述的四棱锥构型的树脂基点阵复合材料平板的制备方法，其特征在于按如下步骤进行制备：
(1)预制石蜡胎板7：制备长方体石蜡块，尺寸为300.28×300.28×20mm，然后根据四棱锥点阵芯子的空间树脂基纤维束杆件5分布，在长方体石蜡块上加工与空间杆件位置相对应的通孔6，形成石蜡胎板7，这样在上面板形成10×10个孔，下面板形成11×11个孔，每两个孔间距28.28mm，同时上下面板的孔等间距错开，上面板孔的***尺寸254.52×254.52mm，下面板孔的***尺寸280.28×280.28mm；
(2)第一次铺层：在石蜡胎板7的上表面和下表面按照(0，90)4s对称铺设预浸料，厚度至少为0.5mm，形成树脂基复合材料层8；
(3)树脂基纤维束穿插：在四棱锥胞元4中相对的空间杆件形成的两组平面内(如图3中的线A和线B)分别穿插树脂基纤维束，穿插树脂基纤维束的路径如下(如图4、5所示)：
a.在其中一组平面内，首先使树脂基纤维束从第一个四棱锥胞元的第一结点10出发，依次穿过上表面的树脂基复合材料层、第一通孔6及下表面的树脂基复合材料层到达第二结点11，然后沿着下表面的树脂基复合材料层到达第三结点12，从下向上依次穿过下表面的树脂基复合材料层、第二通孔9及上表面的树脂基复合材料层回到第一结点10，形成一个三角形回路，然后沿着上表面的树脂基复合材料层到达下一个四棱锥胞元的第一结点，然后再次按照所述的三角形回路进行穿插，完成该组平面内的某一平面的纤维束穿插，然后再重复上述步骤，完成该组平面内的纤维束穿插；
b.依此类推，按照步骤a的纤维束穿插方法，完成另一组平面内的纤维束穿插；
(4)第二次铺层：在第一次铺设的树脂基复合材料层上再次按(0，90)4s铺设树脂基复合材料层，厚度至少为0.5mm，形成面板，然后采用电子束辐射固化技术在常温条件下进行固化；
(5)脱蜡处理：采用热水脱蜡方法将石蜡胎板7熔化，最后，将所制备的四棱锥构型树脂基点阵复合材料的平板裁减至设计要求的尺寸。

Claims (1)

1.一种四棱锥构型的树脂基点阵复合材料平板的制备方法，该四棱锥构型的树脂基点阵复合材料平板由上面板(1)、下面板(2)以及设置在上下面板之间的点阵芯子(3)构成，所述的点阵芯子由周期排列的四棱锥胞元(4)组成，其特征在于所述制备方法按如下步骤进行：
(1)预制石蜡胎板：首先按照设计要求的尺寸制备长方体石蜡块，然后根据四棱锥胞元的树脂基纤维束杆件(5)在空间的分布，在长方体石蜡块上加工与树脂基纤维束杆件空间位置相对应的通孔(6)，形成石蜡胎板(7)；
(2)第一次铺层：在石蜡胎板(7)的上表面和下表面对称铺设树脂基复合材料层(8)；
(3)树脂基纤维束穿插：在四棱锥胞元(4)中相对的空间杆件形成的两组平面内分别穿插树脂基纤维束，穿插树脂基纤维束的路径如下：
a.在其中一组平面内，首先使树脂基纤维束从第一个四棱锥胞元的第一结点(10)出发，依次穿过上表面的树脂基复合材料层、第一通孔(6)及下表面的树脂基复合材料层到达第二结点(11)，然后沿着下表面的树脂基复合材料层到达第三结点(12)，从下向上依次穿过下表面的树脂基复合材料层、第二通孔(9)及上表面的树脂基复合材料层回到第一结点(10)，形成一个三角形回路，然后沿着上表面的树脂基复合材料层到达下一个四棱锥胞元的第一结点，再次按照所述的三角形回路进行穿插，完成该组平面内的某一平面的纤维束穿插，然后再重复上述步骤，完成该组平面内的纤维束穿插；
b.依此类推，按照步骤a的纤维束穿插方法，完成另一组平面内的纤维束穿插；
(4)第二次铺层：在第一次铺设的树脂基复合材料层上再次铺设树脂基复合材料层，形成上面板(1)和下面板(2)，然后在常温条件下进行固化；
(5)脱蜡处理：采用热水脱蜡方法将石蜡胎板(7)熔化，最后将所制备的四棱锥构型的树脂基点阵复合材料的平板裁减至设计要求的尺寸。
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