CN102152525B - 三维正交机织泡沫夹层复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三维正交机织泡沫夹层复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：第一步：织造三维正交织物作为上面板和下面板，把至少两块泡沫平行排列在上面板和下面板之间，用捆绑纱将每块泡沫捆绑固定在上面板和下面板之间得到轻质三维正交机织泡沫夹层织物；第二步：采用真空辅助树脂转移成型法将第一步得到的轻质三维正交机织泡沫夹层织物浸润在树脂中，加热使树脂固化，切除毛边得到轻质三维正交机织泡沫夹层复合材料。本发明所得产品具有较好的整体性能。

Description

三维正交机织泡沫夹层复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种三维正交机织泡沫夹层复合材料的制备方法，属于夹层复合材料的设计与制备技术领域。

背景技术

夹层结构自20世纪40年代诞生以来，由于它具有高的比强度和高的比模量，耐疲劳，抗震动性能好，并能有效地吸收冲击载荷，同时又能通过适当的面板，芯材和胶黏剂，满足各种使用条件下的要求，因此一直是航空和航天工程中的结构“材料”。近来年，由于夹层结构的材料成本不断下降，成型工艺日趋成熟，这种昔日的“高价”产品已逐步进入了国民经济的各个领域。目前夹层结构的应用已遍及航空，航天，交通运输，建筑，电子工业以及体育和娱乐界。

目前泡沫夹层复合材料的制备研究方法很多。申请号200910045854.0的专利是以树脂基纤维三维增强中空复合材料为基体，采用真空辅助加料及层压发泡技术、在复合材料中空位置处充填发泡型酚醛树脂制得泡沫夹层复合材料。有研究将碳纤维层压板作为夹层结构的上下面板，用z向缝纫纱将上下面板和芯材缝合为一整体，来实现结构的整体性。

夹层结构在力学上的特点是表层为主要承载层，而芯材的作用是把两块表层板撑开和表层牢固地粘合在一起并承受剪切力，其中芯材和面层的粘结结合是关键技术之一，只有两者有效结合，才能实现夹层结构的良好性能。对于主承力的面板，传统的层合板有易分层的缺陷，而本发明中的三维正交面板层在Z向有增强纱参与织造，使其力学性能在Z向有了很大改善，固有不易分层的优势。另一方面，泡沫芯材和上下面板的传统胶黏方式不易实现很好的效果，芯材和上下面板也存在脱离现象，成为受力弱点。本发明中采用三维正交机织来制造面层和整个夹层结构，不仅三维正交面板层与传统的层合面层相比，有不易分层的特点，同时用Z向纱将泡沫长条和上下面板用织造的方式结合在一起，使夹层结构的整体性更好。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有较好的力学性能的三维正交机织泡沫夹层复合材料的制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种三维正交机织泡沫夹层复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

第一步：织造三维正交织物作为上面板和下面板，把至少两块泡沫平行排列在上面板和下面板之间，用捆绑纱将每块泡沫捆绑固定在上面板和下面板之间得到轻质三维正交机织泡沫夹层织物；

第二步：将第一步得到的轻质三维正交机织泡沫夹层织物浸润在树脂中，加热使树脂固化，得到三维正交机织泡沫夹层复合材料。

进一步地，所述的捆绑纱穿过上面板和下面板并沿垂直于上面板和下面板的方向缠绕每块泡沫。

第一步中所述的捆绑纱由芳纶纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维制成。捆绑纱的细度为450-3300 Dtex。

第一步中所述的泡沫为酚醛泡沫或聚苯乙烯泡沫。

第二步中所述的树脂为酚醛树脂。

泡沫的厚度为2mm-40mm。

第二步所得的轻质三维正交机织泡沫夹层复合材料的厚度为4mm-50mm。

本发明中采用三维正交机织来制造面层和整个夹层结构，其三维正交面板层与传统的层合面层相比，有不易分层的特点。增强纱使上下面板的Z向力学性能得到改善，捆绑纱将泡沫长条和上下面板用织造的方式结合在一起，使其整体性更好。本发明中采用真空辅助树脂转移法制备复合材料板，同时也可以用手糊和模型结合的成型方法。

本发明的有益效果如下：制备方法比较简单，成本较低，性能稳定，可以很好地满足应用要求；采用三维正交机织的制造方法，有效改善了面板本身性能以及泡沫和面板间的结合性能；除具有夹层复合材料的优点外，还因所选材料的性能使最后的夹层复合材料具有很好的阻燃性能；具有很强的设计性，可以根据具体应用要求来改变相应的结构设计尺寸和材料选择。

附图说明

    图1为面板剖面图；

    图2为经纱方向泡沫排列方式图；

图3为三维正交机织泡沫夹层复合材料结构示意图；

图4为织造方法示意图。

具体实施方式

    下面结合实施例来具体说明本发明。

实施例1

     一种三维正交机织泡沫夹层阻燃耐火复合材料，如图3所示，为三维正交机织泡沫夹层复合材料结构示意图，所述包括上面板1、下面板3以及通过捆绑纱4固定在上面板1和下面板3之间的平行排列的泡沫2。捆绑纱4穿过上面板1和下面板3并沿垂直于上面板1和下面板3的方向缠绕每块泡沫2。如图2所示，为经纱方向泡沫排列方式图，上面板1、下面板3以及捆绑纱4选用芳纶纤维作为材料，泡沫2为酚醛泡沫。捆绑纱4细度为450Dtex，泡沫2的厚度为25mm，三维正交机织泡沫夹层复合材料的厚度为30mm。根据材料和结构的不同设计，其夹层结构复合材料的弯曲模量可在10Gpa-50GPa,弯曲强度可在50-150MPa.

如图1所示，为面板剖面图，上面板1和下面板3的经纱6和纬纱7分别垂直交织排列，沿三维织物的厚度方向即Z向，分别有Z向的增强纱5和Z向的捆绑纱4。增强纱5使上面板1和下面板3在厚度方向上的力学性能有所改善，同时克服了层合板易分层的缺点。泡沫2是以一定设计尺寸的长方体形式在捆绑纱4的捆绑作用下织造于夹层结构中，捆绑纱4以一定的织造循环周期来实现泡沫的捆绑密度，从而使泡沫2与上面板1、下面板3更好的结合在一起，使夹层结构有很好的整体性。如图4所示，为织造方法示意图，以面板为2层经纱和3层纬纱交织为例，上面板1和下面板3分别都由2层经纱6，3层纬纱7和增强纱5交织而成。在织造过程中，正如常规三维机织一样，增强纱5和捆绑纱4都由综框控制，在综框的作用下实现上下交织。捆绑纱4的交织循环由采用泡沫尺寸（宽度）和面板的纬密来决定。当放入泡沫2时捆绑纱4实现一次交织来实现对泡沫2的捆绑作用，捆绑纱4浮线长度理论上等于泡沫2的宽度。经纱密度：4-8根/cm，纬纱密度：4-8根/cm。

     采用真空辅助树脂转移成型法，将织成的三维泡沫夹层织物干燥称重，然后放在涂有脱模剂的玻璃模板上，用真空袋包覆密封，注意注射口和出口处的密封完好。模具密封完好后，启动真空泵确认无空气泄露。所用压力为-40到-80KPa。抽真空达到一定真空度后开始注入酚醛树脂，树脂浸润均匀充分后于70℃的烘箱中热处理2h，使其受热固化。固化后切除毛边即可。

实施例2

一种三维正交机织泡沫夹层隔热保温复合材料，如图3所示，为三维正交机织泡沫夹层复合材料结构示意图，所述包括上面板1、下面板3以及通过捆绑纱4固定在上面板1和下面板3之间的平行排列的泡沫2。捆绑纱4穿过上面板1和下面板3并沿垂直于上面板1和下面板3的方向缠绕每块泡沫2。如图2所示，为经纱方向泡沫排列方式图，上面板1、下面板3以及捆绑纱4选用玻璃纤维作为材料，泡沫2为聚苯乙烯泡沫。捆绑纱4细度为3300 Dtex，泡沫2的厚度为40mm，三维正交机织泡沫夹层复合材料的厚度为50mm。

如图1所示，为面板剖面图，上面板1和下面板3的经纱6和纬纱7分别垂直交织排列，沿三维织物的厚度方向即Z向，分别有Z向的增强纱5和Z向的捆绑纱4。增强纱5使上面板1和下面板3在厚度方向上的力学性能有所改善，同时克服了层合板易分层的缺点。泡沫2是以一定设计尺寸的长方体形式在捆绑纱4的捆绑作用下织造于夹层结构中，捆绑纱4以一定的织造循环周期来实现泡沫的捆绑密度，从而使泡沫2与上面板1、下面板3更好的结合在一起，使夹层结构有很好的整体性。如图4所示，为织造方法示意图，以面板为2层经纱和3层纬纱交织为例，上面板1和下面板3分别都由2层经纱6，3层纬纱7和增强纱5交织而成。在织造过程中，正如常规三维机织一样，增强纱5和捆绑纱4都由综框控制，在综框的作用下实现上下交织。捆绑纱4的交织循环由采用泡沫尺寸（宽度）和面板的纬密来决定。当放入泡沫2时捆绑纱4实现一次交织来实现对泡沫2的捆绑作用，捆绑纱4浮线长度理论上等于泡沫2的宽度。经纱密度：4-8根/cm，纬纱密度：4-8根/cm。

     采用真空辅助树脂转移成型法，将织成的三维泡沫夹层织物干燥称重，然后放在涂有脱模剂的玻璃模板上，用真空袋包覆密封，注意注射口和出口处的密封完好。模具密封完好后，启动真空泵确认无空气泄露。所用压力为-40到-80KPa。抽真空达到一定真空度后开始注入酚醛树脂，树脂浸润均匀充分后于70℃的烘箱中热处理2h，使其受热固化。固化后切除毛边即可。

实施例3

一种用于船舰等部件材料的轻质的三维正交机织泡沫夹层复合材料，如图3所示，为三维正交机织泡沫夹层复合材料结构示意图，所述包括上面板1、下面板3以及通过捆绑纱4固定在上面板1和下面板3之间的平行排列的泡沫2。捆绑纱4穿过上面板1和下面板3并沿垂直于上面板1和下面板3的方向缠绕每块泡沫2。如图2所示，为经纱方向泡沫排列方式图，上面板1、下面板3以及捆绑纱4选用玄武岩纤维作为材料，泡沫2为酚醛泡沫。捆绑纱4细度为2000 Dtex，泡沫2的厚度为20mm，三维正交机织泡沫夹层复合材料的厚度为30mm。

如图1所示，为面板结构示意图，上面板1和下面板3的经纱6和纬纱67分别垂直交织排列，沿三维织物的厚度方向即Z向，分别有Z向的增强纱5和Z向的捆绑纱4。增强纱5使上面板1和下面板3在厚度方向上的力学性能有所改善，同时克服了层合板易分层的缺点。泡沫2是以一定设计尺寸的长方体形式在捆绑纱4的捆绑作用下织造于夹层结构中，捆绑纱4以一定的织造循环周期来实现泡沫的捆绑密度，从而使泡沫2与上面板1、下面板3更好的结合在一起，使夹层结构有很好的整体性。如图4所示，为织造方法示意图，以面板为2层经纱和3层纬纱交织为例，上面板1和下面板3分别都由2层经纱6，3层纬纱7和增强纱5交织而成。在织造过程中，正如常规三维机织一样，增强纱5和捆绑纱4都由综框控制，在综框的作用下实现上下交织。捆绑纱4的交织循环由采用泡沫尺寸（宽度）和面板的纬密来决定。当放入泡沫2时捆绑纱4实现一次交织来实现对泡沫2的捆绑作用，捆绑纱4浮线长度理论上等于泡沫2的宽度。经纱密度：4-8根/cm，纬纱密度：4-8根/cm。

     采用真空辅助树脂转移成型法，将织成的三维泡沫夹层织物干燥称重，然后放在涂有脱模剂的玻璃模板上，用真空袋包覆密封，注意注射口和出口处的密封完好。模具密封完好后，启动真空泵确认无空气泄露。所用压力为-40到-80KPa。抽真空达到一定真空度后开始注入酚醛树脂，树脂浸润均匀充分后于70℃的烘箱中热处理2h，使其受热固化。固化后切除毛边即可。

Claims (7)

1.一种三维正交机织泡沫夹层复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

第一步：织造三维正交织物作为上面板（1）和下面板（3），把至少两块泡沫（2）平行排列在上面板（1）和下面板（3）之间，用捆绑纱（4）将每块泡沫（2）捆绑固定在上面板（1）和下面板（3）之间得到轻质三维正交机织泡沫夹层织物；所述的捆绑纱（4）穿过上面板（1）和下面板（3）并沿垂直于上面板（1）和下面板（3）的方向缠绕每块泡沫（2）；

第二步：将第一步得到的轻质三维正交机织泡沫夹层织物浸润在树脂中，加热使树脂固化，得到三维正交机织泡沫夹层复合材料。

2.如权利要求1所述的三维正交机织泡沫夹层复合材料的制备方法，其特征在于，第一步中所述的捆绑纱（4）由芳纶纤维、玻璃纤维或玄武岩制成。

3.如权利要求1所述的三维正交机织泡沫夹层复合材料的制备方法，其特征在于，捆绑纱（4）的细度为450-3300 Dtex。

4.如权利要求1所述的三维正交机织泡沫夹层复合材料的制备方法，其特征在于，第一步中所述的泡沫（2）为酚醛泡沫或聚苯乙烯泡沫。

5.如权利要求1所述的三维正交机织泡沫夹层复合材料的制备方法，其特征在于，泡沫（2）的厚度为2mm-40mm。

6.如权利要求1所述的三维正交机织泡沫夹层复合材料的制备方法，其特征在于，第二步中所述的树脂为酚醛树脂。

7.如权利要求1所述的三维正交机织泡沫夹层复合材料的制备方法，其特征在于，第二步所得的三维正交机织泡沫夹层复合材料的厚度为4mm-50mm。

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