CN102416716A - 带有泡沫夹芯梁的金字塔型点阵芯材及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

带有泡沫夹芯梁的金字塔型点阵芯材及其制备工艺，它涉及一种金字塔型点阵芯材及其制备工艺。本发明解决了现有的复合材料点阵芯材在低密度情况下，易发生局部屈曲，降低了复合材料点阵芯材极限压缩强度的问题。本发明的多个带槽夹芯波纹条相互嵌锁并固定，组成金字塔型点阵芯材，制备该芯材的工艺为：将泡沫板切割成波纹状的泡沫板；在泡沫波纹板的上面和下面分别铺放多层上纤维预浸料和多层下纤维预浸料，然后将其放到热压机下加压、保温后固化成型；成型后将其割成多个等厚度的带槽夹芯波纹条；将多个带槽夹芯波纹条相互嵌锁并固定，得到金字塔型点阵芯材。本发明尤其适用于大面积成型和工程应用。

Description

带有泡沫夹芯梁的金字塔型点阵芯材及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种金字塔型点阵芯材及其制备工艺，具体涉及一种带有泡沫夹芯梁的金字塔型点阵芯材及其制备工艺。
背景技术
碳纤维复合材料点阵结构由于其轻质高强的结构性能和开放的结构形式所兼备的多功能潜力，而被认为是最有发展前景的夹芯结构芯材。随着这类复合材料芯材及其夹芯结构制备技术的日趋成熟，该类点阵夹芯芯材在航空航天、交通、能源等领域显示出了广泛的应用前景。金字塔点阵是点阵芯材的其中一种拓朴形式，由于其对称的结构形式和与其它拓朴形式相当的结构性能而被广泛研究。复合材料金字塔点阵作为一类先进的结构材料，不断提高其比刚度比强度将会扩大工程应用的选材范围。现有的复合材料点阵芯材在低密度情况下，容易发生局部屈曲，大幅度的降低了复合材料点阵芯材的极限压缩强度。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的复合材料点阵芯材在低密度情况下，容易发生局部屈曲，大幅度的降低了复合材料点阵芯材的极限压缩强度的问题，进而提供一种带有泡沫夹芯梁的金字塔型点阵芯材及其制备工艺。
本发明的技术方案是：一种带有泡沫夹芯梁的金字塔型点阵芯材包括多个等厚度的带槽夹芯波纹条，多个带槽夹芯波纹条相互嵌锁并固定，组成金字塔点阵芯材，带槽夹芯波纹条包括波纹状的泡沫板、多层上纤维预浸料和多层下纤维预浸料，波纹状的泡沫板为等腰梯形波纹状的泡沫板，多层上纤维预浸料和多层下纤维预浸料分别铺设在波纹状的泡沫板的上端面和下端面上，铺设后形成纤维增强复合材料泡沫夹芯波纹板，且在纤维增强复合材料泡沫夹芯波纹板的上底和下底的下端开有嵌锁口，并将带有嵌锁口的纤维增强复合材料泡沫夹芯波纹板切割成多个等厚度的带槽夹芯波纹条。
本发明还提供一种制备带有泡沫夹芯梁的金字塔型点阵芯材的制备工艺，所述制备工艺的具体过程如下：
步骤一：将泡沫板切割成波纹状的泡沫板，波纹状的泡沫板为等腰梯形波纹状的泡沫板；
步骤二：将波纹状的泡沫波纹板的上面铺放多层上纤维预浸料，波纹状的泡沫波纹板的下面铺放多层下纤维预浸料，将波纹状的泡沫波纹板、多层上纤维预浸料和多层下纤维预浸料放到热压机下加压至0.4MPa-0.6MPa，然后，在120℃-130℃下保温2小时后固化成型，最后，得到纤维增强复合材料泡沫夹芯波纹板；
步骤三：在步骤二中的纤维增强复合材料泡沫夹芯波纹板上的上底和下底的下端开有嵌锁口，然后将开有嵌锁口的纤维增强复合材料泡沫夹芯波纹板切割成多个等厚度的带槽夹芯波纹条；
步骤四：将步骤三中的多个带槽夹芯波纹条进行相互嵌锁并固定，最后得到带有复合材料泡沫夹芯梁的金字塔型点阵芯材。
本发明还提供一种制备带有泡沫夹芯梁的金字塔型点阵芯材的制备工艺，所述制备工艺的具体过程如下：
步骤一：将平板泡沫板的上面铺放多层上纤维预浸料，平板泡沫板的下面铺放多层下纤维预浸料，将平板泡沫板、多层上纤维预浸料和多层下纤维预浸料放到热压机下加压至0.4MPa-0.6MPa，然后，在120℃-130℃下保温2小时后固化成型，最后，得到纤维增强复合材料泡沫夹芯板；
步骤二：将步骤一中的纤维增强复合材料泡沫夹芯板切割成带有嵌锁口的纤维增强复合材料泡沫夹芯波纹条；
步骤三：将步骤二中的纤维增强复合材料泡沫夹芯波纹条进行相互嵌锁并固定，最后得到带有复合材料泡沫夹芯梁的金字塔型点阵芯材。
本发明与现有技术相比具有以下效果：1.本发明的复合材料泡沫夹芯金字塔点阵芯材，在低密度情况下的极限压缩强度比同样密度的全复合材料金字塔点阵的高出2～10倍。本发明为点阵结构提供了一种新型的结构形式，丰富了点阵结构的材料性能库，并且所提供的制备工艺简单且快速，无材料浪费，尤其适用于大面积成型和工程应用。2.对本发明的带有复合材料泡沫夹芯梁的金字塔型点阵芯材进行选择性的面外压缩实验，选择密度是23.2kg/m3的结构芯材，其平压强度是2.73MPa，而现有的全复合材料金字塔型点阵芯材当密度为19.4kg/m3时，平压强度是0.304MPa，有效的证明了带有复合材料泡沫夹芯梁的金字塔型点阵芯材在相当密度下的结构性能高于现有的全复合材料金字塔型点阵芯材的结构性能。
附图说明
图1是复合材料泡沫夹芯波纹板的示意图；图2是带槽的波纹状长条的示意图；图3是带槽夹芯波纹条相互嵌锁的示意图；图4是平板泡沫板6的结构示意图；图5是由平板切割而得的纤维增强复合材料泡沫夹芯波纹条的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的一种带有泡沫夹芯梁的金字塔型点阵芯材包括多个等厚度的带槽夹芯波纹条，多个带槽夹芯波纹条相互嵌锁并固定，组成金字塔点阵芯材，带槽夹芯波纹条包括波纹状的泡沫板1、多层上纤维预浸料2和多层下纤维预浸料3，波纹状的泡沫板1为等腰梯形波纹状的泡沫板1，多层上纤维预浸料2和多层下纤维预浸料3分别铺设在波纹状的泡沫板1的上端面和下端面上，铺设后形成纤维增强复合材料泡沫夹芯波纹板4，且在纤维增强复合材料泡沫夹芯波纹板4的上底和下底的下端开有嵌锁口4-1，并将带有嵌锁口4-1的纤维增强复合材料泡沫夹芯波纹板4切割成多个等厚度的带槽夹芯波纹条。
等腰梯形的上底的长度可随意设计，以便提高这类芯材所得到的夹芯结构的剪切性能。
具体实施方式二：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的一种制备带有泡沫夹芯梁的金字塔型点阵芯材的制备工艺的具体过程如下：
步骤一：将泡沫板切割成波纹状的泡沫板1，波纹状的泡沫板1为等腰梯形波纹状的泡沫板1；
步骤二：将波纹状的泡沫波纹板1的上面铺放多层上纤维预浸料2，波纹状的泡沫波纹板1的下面铺放多层下纤维预浸料3，将波纹状的泡沫波纹板1、多层上纤维预浸料2和多层下纤维预浸料3放到热压机下加压至0.4MPa-0.6MPa，然后，在120℃-130℃下保温2小时后固化成型，最后，得到纤维增强复合材料泡沫夹芯波纹板4；
步骤三：在步骤二中的纤维增强复合材料泡沫夹芯波纹板4上的上底和下底的下端开有嵌锁口4-1，然后将开有嵌锁口4-1的纤维增强复合材料泡沫夹芯波纹板4切割成多个等厚度的带槽夹芯波纹条5；
步骤四：将步骤三中的多个带槽夹芯波纹条5进行相互嵌锁并固定，最后得到带有复合材料泡沫夹芯梁的金字塔型点阵芯材。
具体实施方式三：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的步骤二中在波纹状的泡沫波纹板1上铺设多层上纤维预浸料2和多层下纤维预浸料3时，上纤维预浸料2和下纤维预浸料3上的纤维铺设方向以波纹状的泡沫波纹板1为中心向外对称铺设，且每层纤维预浸料的纤维铺设角度均不同。如此设置，在低密度情况下的极限压缩强度比同样密度的复合材料金字塔点阵的高出2～10倍。其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式四：结合图3说明本实施方式，本实施方式的步骤四中多个带槽夹芯波纹条5之间的固定采用环氧树脂胶进行胶结。如此设置，有效的提高了抗压力。其它组成和连接关系与具体实施方式二、三或四相同。
本发明的通过夹芯结构来局部强化材料的方式同样适用于杆件截面为圆形的金字塔点阵结构。
具体实施方式五：结合图4至图5说明本实施方式，本实施方式的一种制备带有泡沫夹芯梁的金字塔型点阵芯材的制备工艺，所述制备工艺的具体过程如下：
步骤一：将平板泡沫板6的上面铺放多层上纤维预浸料2，平板泡沫板6的下面铺放多层下纤维预浸料3，将平板泡沫板6、多层上纤维预浸料2和多层下纤维预浸料3放到热压机下加压至0.4MPa-0.6MPa，然后，在120℃-130℃下保温2小时后固化成型，最后，得到纤维增强复合材料泡沫夹芯板7；
步骤二：将步骤一中的纤维增强复合材料泡沫夹芯板7切割成带有嵌锁口7-1的纤维增强复合材料泡沫夹芯波纹条8；
步骤三：将步骤二中的纤维增强复合材料泡沫夹芯波纹条8进行相互嵌锁并固定，最后得到带有复合材料泡沫夹芯梁的金字塔型点阵芯材。
具体实施方式六：结合图4说明本实施方式，本实施方式的步骤一中，在平板泡沫板6上铺设多层上纤维预浸料2和多层下纤维预浸料3时，上纤维预浸料2和下纤维预浸料3上的纤维铺设方向以平板泡沫板6为中心向外对称铺设，且每层纤维预浸料的纤维铺设角度均不同。如此设置，在低密度情况下的极限压缩强度比同样密度的复合材料金字塔点阵的高出2～10倍。其它组成和连接关系与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：结合图3说明本实施方式，本实施方式的步骤三中，步骤三中，多个纤维增强复合材料泡沫夹芯波纹条8之间的固定采用环氧树脂胶进行胶结。如此设置，有效的提高了抗压强度。其它组成和连接关系与具体实施方式五或六相同。

Claims (7)

1.一种带有泡沫夹芯梁的金字塔型点阵芯材，它包括多个等厚度的带槽夹芯波纹条，多个带槽夹芯波纹条相互嵌锁并固定，组成金字塔点阵芯材，其特征在于：带槽夹芯波纹条包括波纹状的泡沫板(1)、多层上纤维预浸料(2)和多层下纤维预浸料(3)，波纹状的泡沫板(1)为等腰梯形波纹状的泡沫板(1)，多层上纤维预浸料(2)和多层下纤维预浸料(3)分别铺设在波纹状的泡沫板(1)的上端面和下端面上，铺设后形成纤维增强复合材料泡沫夹芯波纹板(4)，且在纤维增强复合材料泡沫夹芯波纹板(4)的上底和下底的下端开有嵌锁口(4-1)，并将带有嵌锁口(4-1)的纤维增强复合材料泡沫夹芯波纹板(4)切割成多个等厚度的带槽夹芯波纹条。
2.一种制备带有泡沫夹芯梁的金字塔型点阵芯材的制备工艺，其特征在于：所述制备工艺的具体过程如下：
步骤一：将泡沫板切割成波纹状的泡沫板(1)，波纹状的泡沫板(1)为等腰梯形波纹状的泡沫板(1)；
步骤二：将波纹状的泡沫波纹板(1)的上面铺放多层上纤维预浸料(2)，波纹状的泡沫波纹板(1)的下面铺放多层下纤维预浸料(3)，将波纹状的泡沫波纹板(1)、多层上纤维预浸料(2)和多层下纤维预浸料(3)放到热压机下加压至0.4MPa-0.6MPa，然后，在120℃-130℃下保温2小时后固化成型，最后，得到纤维增强复合材料泡沫夹芯波纹板(4)；
步骤三：在步骤二中的纤维增强复合材料泡沫夹芯波纹板(4)上的上底和下底的下端开有嵌锁口(4-1)，然后将开有嵌锁口(4-1)的纤维增强复合材料泡沫夹芯波纹板(4)切割成多个等厚度的带槽夹芯波纹条(5)；
步骤四：将步骤三中的多个带槽夹芯波纹条(5)进行相互嵌锁并固定，最后得到带有复合材料泡沫夹芯梁的金字塔型点阵芯材。
3.根据权利要求2所述的一种制备带有泡沫夹芯梁的金字塔型点阵芯材的制备工艺，其特征在于：步骤二中，在波纹状的泡沫波纹板(1)上铺设多层上纤维预浸料(2)和多层下纤维预浸料(3)时，上纤维预浸料(2)和下纤维预浸料(3)上的纤维铺设方向以波纹状的泡沫波纹板(1)为中心向外对称铺设，且每层纤维预浸料的纤维铺设角度均不同。
4.根据权利要求2或3所述的一种制备带有泡沫夹芯梁的金字塔型点阵芯材的制备工艺，其特征在于：步骤四中，多个带槽夹芯波纹条(5)之间的固定采用环氧树脂胶进行胶结。
5.一种制备带有泡沫夹芯梁的金字塔型点阵芯材的制备工艺，其特征在于：所述制备工艺的具体过程如下：
步骤一：将平板泡沫板(6)的上面铺放多层上纤维预浸料(2)，平板泡沫板(6)的下面铺放多层下纤维预浸料(3)，将平板泡沫板(6)、多层上纤维预浸料(2)和多层下纤维预浸料(3)放到热压机下加压至0.4MPa-0.6MPa，然后，在120℃-130℃下保温2小时后固化成型，最后，得到纤维增强复合材料泡沫夹芯板(7)；
步骤二：将步骤一中的纤维增强复合材料泡沫夹芯板(7)切割成带有嵌锁口(7-1)的纤维增强复合材料泡沫夹芯波纹条(8)；
步骤三：将步骤二中的纤维增强复合材料泡沫夹芯波纹条(8)进行相互嵌锁并固定，最后得到带有复合材料泡沫夹芯梁的金字塔型点阵芯材。
6.根据权利要求5所述的一种制备带有泡沫夹芯梁的金字塔型点阵芯材的制备工艺，其特征在于：步骤一中，在平板泡沫板(6)上铺设多层上纤维预浸料(2)和多层下纤维预浸料(3)时，上纤维预浸料(2)和下纤维预浸料(3)上的纤维铺设方向以平板泡沫板(6)为中心向外对称铺设，且每层纤维预浸料的纤维铺设角度均不同。
7.根据权利要求5或6所述的一种制备带有泡沫夹芯梁的金字塔型点阵芯材的制备工艺，其特征在于：步骤三中，多个纤维增强复合材料泡沫夹芯波纹条(8)之间的固定采用环氧树脂胶进行胶结。
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