CN114801259A - 一种互锁式双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种互锁式双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料制备方法，本发明通过复合材料互锁式装配和二次成型，首次实现了双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料高质量高效率低成本低风险制备；通过先装配复合材料格栅结构再填充泡沫、铺敷上下面板，然后采用成型工艺整体成型，轻松实现工艺放大、显著降低工艺风险；无需借助任何辅助工装，实现复合格栅结构精确装配和泡沫填充，从根本上解决了泡沫夹芯复合材料成型过程中夹层预成型体尺寸难以精确控制以及产品整体稳定性、质量均一性等问题；整个工艺流程简单，互锁式装配精度高，显著提高了预成型体制备效率和线型精度，进而大大提高了大尺寸格栅结构增强泡沫夹芯复合材料成型效率和成型质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种夹层结构复合材料制备方法，具体涉及一种互锁式双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料制备方法，主要应用于双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料尤其是大尺寸双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料低成本高精度成型。
背景技术
传统泡沫夹芯复合材料由强度、模量较大的上下复合材料面板和介于上下面板之间的低密度泡沫夹芯材料复合而成，具有较高的比强度、比刚度；同时，低密度泡沫夹芯材料具有防火、隔热、隔声、吸能等功能，因此，传统泡沫夹芯复合材料成为一种典型结构功能一体化材料，已广泛应用于轨道交通、高速列车、航空航天、船舶与海洋工程等领域。但是，随着工程应用对结构性能要求不断提高，传统泡沫夹芯复合材料已经无法满足需求。
目前，常用的是将复合材料格栅结构引入到传统泡沫夹芯复合材料的泡沫夹芯材料中，构建一种新型夹层结构复合材料，即格栅结构增强泡沫夹芯复合材料，其主体部分为传统泡沫夹芯复合材料，增强部分为复合材料格栅结构。因此，格栅结构增强泡沫夹芯复合材料集成了传统泡沫夹芯复合材料和复合材料格栅结构的各自优势，既保留了传统泡沫夹芯复合材料较低密度、较高强度、较高模量等优点，又发挥了复合材料格栅结构出色的力学性能，即：在整体密度略微增加的前提下，格栅结构增强泡沫夹芯复合材料平压、侧压、弯曲、剪切、抗冲击等力学性能显著提升。
格栅结构增强泡沫夹芯复合材料又分为单向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料和双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料，单向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料实现了2D增强效果，即X/Z或Y/Z两个方向；双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料是一种典型格栅结构增强泡沫夹芯复合材料，实现了3D增强效果，即X//Y/Z三个方向。与单向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料相比，双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料平压、侧压、弯曲、剪切、抗冲击等力学性能更优异。单向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料与双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料在空间结构形式上存在较大差异，因此，二者制备方法也完全不同。从双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料空间结构特点来看，复合材料格栅结构分布于面内纵横方向且向厚度方向延伸至上下面板，呈现一种纵横交错的3D网状结构，原本在传统泡沫夹芯复合材料中作为一个整体的泡沫芯材板被这种网状结构分割成一个个离散泡沫块。在制备双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料夹层预成型体时，第一个问题是数量巨大的泡沫块难以精准排布并固定，第二个问题是格栅结构用纤维织物难以在纵横方向上完成铺敷。
格栅结构增强泡沫夹芯复合材料是一种新型复合材料夹层结构，目前尚无公开的、完备的成型工艺解决方案。普通发明专利《格构增强型复合材料夹层结构》（授权公告号：CN101067343B）通过沿芯材厚度方向剖开并在剖开间隙位置填充树脂或干态纤维布，经真空灌注工艺制备格构增强型复合材料夹层结构，其格构为树脂浇注体或纤维增强复合材料，纤维增强复合材料格构增强效果远优于树脂浇注体格构。但是，由于干态纤维布质地较柔软，难以控制芯材间隙纤维布填充量，且纤维布在真空压力下极易发生堆积、弯曲等，导致纤维增强复合材料格构纤维体积分数、质量一致性等都难以精确控制，这将大大降低格构增强效果乃至显著增大格构增强型复合材料夹层结构性能离散性。此外，在已公开的其它文献所述成型工艺中，要么制造成本较低但质量一致性较差，要么质量一致性较好但制造成本较高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种互锁式双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料制备方法，以解决目前尚无双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料低成本高精度制备方法的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种互锁式双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料制备方法，包括以下步骤：
步骤1，复合材料格栅结构用层合板制备，采用成型工艺制备复合材料格栅结构用的层合板；
步骤2，层合板加工，所述复合材料格栅结构为由若干第一格栅结构板和若干第二格栅结构板组合而成的格栅状结构，将步骤1制得的层合板按照第一格栅结构板和第二格栅结构板的构型进行加工，加工完成后开槽；
步骤3，预处理，将第一格栅结构板和第二格栅结构板用酒精或丙酮清洗，晾干备用；
步骤4，复合材料格栅结构装配，将若干第一格栅结构板和若干第二格栅结构板通过开槽相互楔入，形成规则的网格状结构；
步骤5，泡沫芯材加工，制备与复合材料格栅结构相匹配的泡沫芯材；
步骤6，泡沫芯材填充，在复合材料格栅结构上喷洒适量喷胶，将加工好的泡沫芯材依次填入网格中，直至所有网格填满为止；
步骤7，下面板铺敷，根据面板目标厚度和所选增强纤维织物类型，确定需要铺敷的纤维织物层数和铺设方式，纤维织物尺寸比复合材料格栅结构平面尺寸大5mm-50mm，然后裁剪纤维织物并按照铺层设计进行铺敷；
步骤8，上面板铺敷，在填充泡沫芯材的复合材料格栅结构上铺敷上面板，形成预成型体，上面板的铺敷要求与下面板相同；
步骤9，整体成型，采用VARI或RTM成型工艺对预成型体整体成型。
进一步的，步骤1中，采用的成型工艺为VARI、模压、热压罐或OOA成型工艺。
进一步的，步骤3中的晾干时间为10 min 。
进一步的，步骤3在将第一格栅结构板和第二格栅结构板用酒精或丙酮清洗之前，还需要对两者进行倒角处理。
进一步的，步骤4中形成的网格状结构中，所有网格的尺寸相同，并与泡沫芯材的尺寸相匹配。
进一步的，所述复合材料格栅结构制备用纤维织物为由玻璃纤维、碳纤维、碳/玻混杂纤维、石英纤维、Kevlar纤维、超高分子量聚乙烯纤维或PBO纤维制成的干态纤维布/预浸料，其面密度≥100 g/m2；且第一格栅结构板与第二格栅结构板所用的纤维织物类型可以相同也可以不同。
进一步的，所述泡沫芯材由发泡型材料制成，密度≤400 kg/m3。
进一步的，所述下面板/上面板为玻璃纤维、碳纤维、碳/玻混杂纤维、石英纤维、Kevlar纤维、超高分子量聚乙烯纤维或PBO纤维中的一种或多种，面密度≥100 g/m2，且下面板/上面板的厚度、铺层方式以及所用纤维织物类型可以相同，也可以不同。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：第一，通过复合材料互锁式装配和二次成型，首次实现了双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料高质量高效率低成本低风险制备；第二，通过先装配复合材料格栅结构再填充泡沫、铺敷上下面板，然后采用VARI或RTM工艺整体成型，轻松实现工艺放大、显著降低工艺风险；第三，无需借助任何辅助工装，实现复合格栅结构精确装配和泡沫填充，从根本上解决了格栅结构增强泡沫夹芯复合材料成型过程中夹层预成型体尺寸难以精确控制以及产品整体稳定性、质量均一性等问题；第四，通过对复合材料格栅结构开槽方式、开槽尺寸等的设计，可实现不同类型双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料制备；第五，整个工艺流程简单，互锁式装配精度高，显著提高了预成型体制备效率和线型精度，进而大大提高了大尺寸格栅结构增强泡沫夹芯复合材料成型效率和成型质量。
附图说明
图1为实施例中第一格栅结构板和第二格栅结构板的开槽倾斜角均为90°时，泡沫芯材在复合材料格栅结构中的分布示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为图1的前视图；
图4为实施例中第一格栅结构板的开槽倾斜角为90°且第二格栅结构板的开槽倾斜角为45°时，泡沫芯材在复合材料格栅结构中的分布示意图；
图5为图4的侧视图；
图6为图4的前视图；
图7为实施例中第一格栅结构板的开槽倾斜角大于45°且第二格栅结构板的开槽倾斜角为45°时，泡沫芯材在复合材料格栅结构中的分布示意图；
图8为图7的侧视图；
图9为图7的前视图；
图10为第一格栅结构板的开槽示意图；
图11为第二格栅结构板的开槽示意图；
图12为网格结构最小重复单元的其中一种结构示意图；
图13为网格结构最小重复单元的第二种结构示意图；
图14为网格结构最小重复单元的第三种结构示意图；
图中标记：1、第一格栅结构板，2、第二格栅结构板，3、泡沫芯材。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
一种互锁式双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料制备方法，包括以下步骤：
步骤1，复合材料格栅结构用层合板制备，采用VARI、模压、热压罐或OOA成型工艺制备复合材料格栅结构用的层合板；
步骤2，层合板加工，所述复合材料格栅结构为由若干第一格栅结构板1和若干第二格栅结构板2组合而成的格栅状结构，将步骤1制得的层合板按照第一格栅结构板1和第二格栅结构板2的构型进行加工，加工完成后开槽；
定义开槽倾斜角为θ，第一格栅结构板1的长度、宽度、厚度分别为h1、t、d1，开槽长度、宽度分别为a/sinθ、d3，开槽中心间距为d2；第二格栅结构板2的长度、宽度、厚度分别为h2、t、d3，开槽长度、宽度分别为b/sinθ、d1，相邻开槽中心间距为d4。
步骤3，预处理，沿第一格栅结构板1和第二格栅结构板2长度方向上，两端开槽外部分的层合板长度为2mm-5mm，上下边缘需要做倒角处理，然后将第一格栅结构板1和第二格栅结构板2用酒精或丙酮清洗，晾干10 min备用；
步骤4，复合材料格栅结构装配，将若干第一格栅结构板1和若干第二格栅结构板2通过开槽相互楔入，形成规则的网格状结构；此处需要说明的是，网格状结构中所有网格的尺寸相同，并将任一网格定义为网格结构最小重复单元，网格结构最小重复单元的尺寸取决于第一格栅结构板1和第二格栅结构板2的厚度以及第一格栅结构板1和第二格栅结构上相邻开槽的中心间距，则网格结构最小重复单元的长度、宽度、厚度分别为：d2 － d3、d4－ d1、t；网格结构最小重复单元的形状取决于第一格栅结构板1和第二格栅结构的开槽方向。
步骤5，泡沫芯材加工，制备与复合材料格栅结构相匹配的泡沫芯材3，泡沫芯材3的尺寸和形状与网格结构最小重复单元相同；
步骤6，泡沫芯材填充，以30cm/s的速度在复合材料格栅结构上喷洒适量喷胶，将加工好的泡沫芯材3依次填入网格中，直至所有网格填满为止；
步骤7，下面板铺敷，根据面板目标厚度和所选增强纤维织物类型，确定需要铺敷的纤维织物层数和铺设方式，纤维织物尺寸比复合材料格栅结构平面尺寸大5mm-50mm，然后裁剪纤维织物并按照铺层设计进行铺敷；
步骤8，上面板铺敷，在填充泡沫芯材3的复合材料格栅结构上铺敷上面板，形成预成型体，上面板的铺敷要求与下面板相同；
步骤9，整体成型，采用VARI或RTM成型工艺对预成型体整体成型。
进一步的，所述复合材料格栅结构制备用纤维织物为由玻璃纤维、碳纤维、碳/玻混杂纤维、石英纤维、Kevlar纤维、超高分子量聚乙烯纤维或PBO纤维制成的干态纤维布/预浸料，其面密度≥100 g/m2；且第一格栅结构板1与第二格栅结构板2所用的纤维织物类型可以相同也可以不同。
为了达到最佳的使用效果，第一格栅结构板1与第二格栅结构板2两者的长度h1和h2为50m-3000mm，宽度t为10mm-300mm，厚度d1和d3为0.2mm-10mm，相邻开槽中心间距d2和d4为15mm-200mm，开槽倾斜角θ为30°-90°。两者开槽长度沿格栅结构厚度方向上的分量之和等于格栅结构宽度t ，即a+b=t，第一格栅结构板1开槽宽度d3等于第二格栅结构板2的厚度d3，第二格栅结构板2的开槽宽度d1等于第一格栅结构板1的厚度d1。第一格栅结构板1的数量≥2，第二格栅结构板2的数量≥2，二者数量相互独立。
宽度t的加工公差为±0.5mm，第一格栅结构板1的开槽长度a/sinθ与第二格栅结构板2的开槽长度b/sinθ加工公差均为±0.2mm、开槽宽度d1和d3的加工公差为±0.2mm。
进一步的，泡沫芯材3由发泡型材料制成，具体可以为：聚氯乙烯（PVC）、聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚氨酯（PU）等发泡型材料，密度≤400 kg/m3。
泡沫芯材3的长度为d4-d1-0.5mm，加工公差为-0.5mm - 0mm；宽度为d2-d3-0.5mm，加工公差为-0.5mm - 0mm；厚度为t+0.5mm，加工公差为0mm - 0.5mm。
进一步的，所述下面板/上面板为玻璃纤维、碳纤维、碳/玻混杂纤维、石英纤维、Kevlar纤维、超高分子量聚乙烯纤维或PBO纤维中的一种或多种，面密度≥100 g/m2，且下面板/上面板的厚度、铺层方式以及所用纤维织物类型可以相同，也可以不同。
进一步的，第一格栅结构板1与第二格栅结构板2制备用纤维织物类型与下面板/上面板用纤维织物类型可以相同，也可以不同。
实施例一
本实施例为纵向和横向格栅结构相同的双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料，本实施例中，第一格栅结构板1和第二格栅结构板2的开槽倾斜角均为90°，具体请参阅图1-图3，第一格栅结构板1h1=812.4mm、t=29.5mm、d1=0.4、a=15mm、d3=0.4mm、d2=40.4mm，数量为31个，第二格栅结构板2h2=1216.4mm、t=29.5mm、d3=0.4、b=14.5mm、d1=0.4mm、d4=40.4mm，数量为21个；泡沫芯材3的长度、宽度、厚度分别为39.5mm、39.5mm、30mm；本实施例中，网格结构最小重复单元的结构示意图如图12所示，其纵截面和横截面均为矩形。
第一格栅结构板1和第二格栅结构板2用纤维织物为面密度198 g/m2的斜纹碳纤维纤维布，数量为2层；泡沫芯材3为80 kg/m3的PVC泡沫；上下面板用纤维织物为面密度400g/m2的E玻璃纤维方格布，数量为8层。
实施例一所述格栅结构增强泡沫夹芯复合材料的制备过程如下：
（a）复合材料格栅结构用层合板制备：采用VARI成型工艺制备缎纹高强玻璃纤维布层合板；
（b）复合材料格栅结构加工：按照复合材料格栅结构构型设计，先加工矩形层合板条，再对矩形层合板条开槽，得到第一格栅结构板1和第二格栅结构板2；
第一格栅结构板1和第二格栅结构板2的开槽示意图分别如图10和11所示；
（c）复合材料格栅结构端头处理：沿格栅结构长度方向上，两端开槽外部分的层合板长度为2mm，上下边缘需要做倒角处理；处理好的复合材料格栅结构用酒精或丙酮清洗，晾干10min备用；
（d）复合材料格栅结构装配：将第一格栅结构板1和第二格栅结构板2相互楔入，实现互锁式装配，形成规则的周期性网状结构；
（e）泡沫芯材3加工：泡沫芯材3尺寸和形状与网格结构最小重复单元相同；
（f）泡沫芯材填充：以30cm/s速度往互锁式网状结构上喷洒适量喷胶，将加工好的泡沫芯材3依次填入网格结构中，直至所有网格填满为止；
（g）下面板铺敷：根据面板目标厚度和所选增强纤维织物类型，确定需要铺敷的纤维织物层数、铺设方式等，纤维织物尺寸比互锁式网格结构平面尺寸大15mm，然后裁剪纤维织物并按照铺层设计进行铺敷；
（h）上面板铺敷：在填充泡沫芯材3的复合材料格栅结构上铺敷上面板，形成预成型体，铺敷要求与下面板相同；
（i）整体成型：采用VARI成型工艺对预成型体整体成型。
实施例二
实施例二结构参数、所用材料体系与实施例一基本相同，不同之处是制备过程步骤（i），实施例二中的步骤（i）为：
（i）整体成型：将预成型体整体放入模腔，采用RTM成型工艺对预成型体整体成型。
本实施例中，网格结构最小重复单元的结构示意图如图12所示，其纵截面和横截面均为矩形。
实施例三
实施例三为纵向和横向格栅结构相同的双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料，本实施例中，第一格栅结构板1的开槽倾斜角为90°且第二格栅结构板2的开槽倾斜角为45°，具体请参阅图4-图6，第一格栅结构板1的h1=814.5mm、t=29.5mm、d1=0.5、a=15mm、d3=0.5mm、d2=40.5mm，数量为31个，第二格栅结构板2的h2=1219.5mm、t=29.5mm、d3=0.5、b=14.5mm、d1=0.5mm、d4=40.5mm，数量为21个；泡沫芯材3长度、宽度、厚度分别为39.5mm、39.5mm、30mm。
本实施例中，网格结构最小重复单元的结构示意图如图13所示，其纵截面为等腰梯形，横截面为矩形。
第一格栅结构板1和第二格栅结构板2用纤维织物为碳纤维预浸料，数量为4层；泡沫芯材3为80 kg/m3的PVC泡沫；上下面板用纤维织物为面密度400 g/m2的E玻璃纤维方格布，数量为8层。
实施例三制备过程与实施例一基本相同，不同之处是制备过程步骤（a），实施例三步骤（a）为：
（a）复合材料格栅结构用层合板制备：采用热压罐成型工艺制备层合板。
实施例四
实施例四为纵向和横向格栅结构不同的双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料，本实施例中，第一格栅结构板1的开槽倾斜角大于45°且第二格栅结构板2的开槽倾斜角为45°，具体请参阅图7-图9，第一格栅结构板1的h1=1212.4mm、t=29.5mm、d1=0.4、a=15mm、d3=0.4mm、d2=60.4mm，数量为31个，第二格栅结构板2的h2=1216.4mm、t=29.5mm、d3=0.4、b=14.5mm、d1=0.4mm、d4=40.4mm，数量为21个；泡沫芯材3的长度、宽度、厚度分别为59.5mm、39.5mm、30mm。
本实施例中，网格结构最小重复单元的结构示意图如图14所示，其纵截面和横截面均为等腰梯形，需要说明的是，该网格结构最小重复单元的形状也是本发明的一个较佳实施例方案。
实施例四所用材料体系与实施例一相同。
实施例四制备过程与实施例一相同。
实施例五
实施例五为纵向和横向格栅结构不同的双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料，本实施例中，第一格栅结构板1的开槽倾斜角大于45°且第二格栅结构板2的开槽倾斜角为45°，具体请参阅图7-图9，第一格栅结构板1的h1=1193.6mm、t=29.5mm、d1=0.4、a/sinθ=21.2mm、d3=0.4mm、d2=40.4mm，数量为31个，第二格栅结构板2的h2=1216.4mm、t=29.5mm、d3=0.4、b/sinθ=20.5mm、d1=0.4mm、d4=40.4mm，数量为24个；泡沫芯材3的厚度为39.5mm，横截面为等腰梯形，其上底、下底、高分别为19.5mm、79.5mm、30mm。
本实施例中，网格结构最小重复单元的结构示意图如图14所示，其纵截面和横截面均为等腰梯形。
实施例五所用材料体系与实施例一相同。
实施例五制备过程与实施例一相同。
综上，本发明通过复合材料互锁式装配和二次成型，首次实现了双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料高质量高效率低成本低风险制备；通过先装配复合材料格栅结构再填充泡沫、铺敷上下面板，然后采用VARI或RTM工艺整体成型，轻松实现工艺放大、显著降低工艺风险；无需借助任何辅助工装，实现复合格栅结构精确装配和泡沫填充，从根本上解决了格栅结构增强泡沫夹芯复合材料成型过程中夹层预成型体尺寸难以精确控制以及产品整体稳定性、质量均一性等问题；通过对复合材料格栅结构开槽方式、开槽尺寸等的设计，可实现不同类型双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料制备；整个工艺流程简单，互锁式装配精度高，显著提高了预成型体制备效率和线型精度，进而大大提高了大尺寸格栅结构增强泡沫夹芯复合材料成型效率和成型质量。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种互锁式双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，复合材料格栅结构用层合板制备，采用成型工艺制备复合材料格栅结构用的层合板；
步骤2，层合板加工，所述复合材料格栅结构为由若干第一格栅结构板和若干第二格栅结构板组合而成的格栅状结构，将步骤1制得的层合板按照第一格栅结构板和第二格栅结构板的构型进行加工，加工完成后开槽；
步骤3，预处理，将第一格栅结构板和第二格栅结构板用酒精或丙酮清洗，晾干备用；
步骤4，复合材料格栅结构装配，将若干第一格栅结构板和若干第二格栅结构板通过开槽相互楔入，形成规则的网格状结构；
步骤5，泡沫芯材加工，制备与复合材料格栅结构相匹配的泡沫芯材；
步骤6，泡沫芯材填充，在复合材料格栅结构上喷洒适量喷胶，将加工好的泡沫芯材依次填入网格中，直至所有网格填满为止；
步骤7，下面板铺敷，根据面板目标厚度和所选增强纤维织物类型，确定需要铺敷的纤维织物层数和铺设方式，纤维织物尺寸比复合材料格栅结构平面尺寸大5mm-50mm，然后裁剪纤维织物并按照铺层设计进行铺敷；
步骤8，上面板铺敷，在填充泡沫芯材的复合材料格栅结构上铺敷上面板，形成预成型体，上面板的铺敷要求与下面板相同；
步骤9，整体成型，采用VARI或RTM成型工艺对预成型体整体成型。
2.根据权利要求1所述的一种互锁式双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料制备方法，其特征在于，步骤1中，采用的成型工艺为VARI、模压、热压罐或OOA成型工艺。
3.根据权利要求1所述的一种互锁式双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料制备方法，其特征在于，步骤3中的晾干时间为10 min 。
4.根据权利要求1所述的一种互锁式双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料制备方法，其特征在于，步骤3在将第一格栅结构板和第二格栅结构板用酒精或丙酮清洗之前，还需要对两者进行倒角处理。
5.根据权利要求1所述的一种互锁式双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料制备方法，其特征在于，步骤4中形成的网格状结构中，所有网格的尺寸相同，并与泡沫芯材的尺寸相匹配。
6.根据权利要求1所述的一种互锁式双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料制备方法，其特征在于，所述复合材料格栅结构制备用纤维织物为由玻璃纤维、碳纤维、碳/玻混杂纤维、石英纤维、Kevlar纤维、超高分子量聚乙烯纤维或PBO纤维制成的干态纤维布/预浸料，其面密度≥100 g/m2；且第一格栅结构板与第二格栅结构板所用的纤维织物类型可以相同也可以不同。
7.根据权利要求1所述的一种互锁式双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料制备方法，其特征在于，所述泡沫芯材由发泡型材料制成，密度≤400 kg/m3。
8.根据权利要求1所述的一种互锁式双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料制备方法，其特征在于，所述下面板/上面板为玻璃纤维、碳纤维、碳/玻混杂纤维、石英纤维、Kevlar纤维、超高分子量聚乙烯纤维或PBO纤维中的一种或多种，面密度≥100 g/m2，且下面板/上面板的厚度、铺层方式以及所用纤维织物类型可以相同，也可以不同。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117141012A (zh) * | 2023-10-31 | 2023-12-01 | 廊坊市飞泽复合材料科技有限公司 | 一种泡沫材料增强方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5157892A (en) * | 1990-07-27 | 1992-10-27 | Ryther Ronald R | Structural interlocking joint system |
| US5309690A (en) * | 1992-04-22 | 1994-05-10 | Plascon Technologies (Proprietary) Limited | Composite panel |
| WO2000030845A1 (en) * | 1998-11-19 | 2000-06-02 | G.O.R. Applicazioni Special S.P.A. | Multilayer panel and use thereof as a formwork |
| US20060269720A1 (en) * | 2005-05-27 | 2006-11-30 | Gerald Guanci | Hollow core board |
| GB0823731D0 (en) * | 2008-01-22 | 2009-03-25 | Smyth Matthew | High Structural Strength Sandwich Panel |
| CN101954761A (zh) * | 2010-08-03 | 2011-01-26 | 南京工业大学 | 一种空间纤维腹板增强型复合材料夹层结构件 |
| CN108819358A (zh) * | 2018-04-12 | 2018-11-16 | 哈尔滨工程大学 | 一种单向碳纤维复合材料多级蜂窝结构及其制备方法 |
| CN109130336A (zh) * | 2018-07-19 | 2019-01-04 | 上海复合材料科技有限公司 | 一种高精度高稳定复合材料天线反射面及其制备方法 |
| CN114131954A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-03-04 | 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 | 基于二次成型的格栅结构增强泡沫夹芯复合材料制备方法 |
-
2022
- 2022-03-09 CN CN202210221049.4A patent/CN114801259A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5157892A (en) * | 1990-07-27 | 1992-10-27 | Ryther Ronald R | Structural interlocking joint system |
| US5309690A (en) * | 1992-04-22 | 1994-05-10 | Plascon Technologies (Proprietary) Limited | Composite panel |
| WO2000030845A1 (en) * | 1998-11-19 | 2000-06-02 | G.O.R. Applicazioni Special S.P.A. | Multilayer panel and use thereof as a formwork |
| US20060269720A1 (en) * | 2005-05-27 | 2006-11-30 | Gerald Guanci | Hollow core board |
| GB0823731D0 (en) * | 2008-01-22 | 2009-03-25 | Smyth Matthew | High Structural Strength Sandwich Panel |
| CN101954761A (zh) * | 2010-08-03 | 2011-01-26 | 南京工业大学 | 一种空间纤维腹板增强型复合材料夹层结构件 |
| CN108819358A (zh) * | 2018-04-12 | 2018-11-16 | 哈尔滨工程大学 | 一种单向碳纤维复合材料多级蜂窝结构及其制备方法 |
| CN109130336A (zh) * | 2018-07-19 | 2019-01-04 | 上海复合材料科技有限公司 | 一种高精度高稳定复合材料天线反射面及其制备方法 |
| CN114131954A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-03-04 | 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 | 基于二次成型的格栅结构增强泡沫夹芯复合材料制备方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117141012A (zh) * | 2023-10-31 | 2023-12-01 | 廊坊市飞泽复合材料科技有限公司 | 一种泡沫材料增强方法 |
| CN117141012B (zh) * | 2023-10-31 | 2024-05-24 | 廊坊市飞泽复合材料科技有限公司 | 一种泡沫材料增强方法 |
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