專(zhuān)利名稱(chēng)：帶有泡沫夾芯梁的金字塔型點(diǎn)陣芯材及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金字塔型點(diǎn)陣芯材及其制備工藝，具體涉及一種帶有泡沫夾芯梁的金字塔型點(diǎn)陣芯材及其制備工藝。
背景技術(shù)：
碳纖維復(fù)合材料點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)由于其輕質(zhì)高強(qiáng)的結(jié)構(gòu)性能和開(kāi)放的結(jié)構(gòu)形式所兼?zhèn)涞亩喙δ軡摿Γ徽J(rèn)為是最有發(fā)展前景的夾芯結(jié)構(gòu)芯材。隨著這類(lèi)復(fù)合材料芯材及其夾芯結(jié)構(gòu)制備技術(shù)的日趨成熟，該類(lèi)點(diǎn)陣夾芯芯材在航空航天、交通、能源等領(lǐng)域顯示出了廣泛的應(yīng)用前景。金字塔點(diǎn)陣是點(diǎn)陣芯材的其中一種拓樸形式，由于其對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)形式和與其它拓樸形式相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)性能而被廣泛研究。復(fù)合材料金字塔點(diǎn)陣作為一類(lèi)先進(jìn)的結(jié)構(gòu)材料，不斷提高其比剛度比強(qiáng)度將會(huì)擴(kuò)大工程應(yīng)用的選材范圍。現(xiàn)有的復(fù)合材料點(diǎn)陣芯材在低密度情況下，容易發(fā)生局部屈曲，大幅度的降低了復(fù)合材料點(diǎn)陣芯材的極限壓縮強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的復(fù)合材料點(diǎn)陣芯材在低密度情況下，容易發(fā)生局部屈曲，大幅度的降低了復(fù)合材料點(diǎn)陣芯材的極限壓縮強(qiáng)度的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種帶有泡沫夾芯梁的金字塔型點(diǎn)陣芯材及其制備工藝。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種帶有泡沫夾芯梁的金字塔型點(diǎn)陣芯材包括多個(gè)等厚度的帶槽夾芯波紋條，多個(gè)帶槽夾芯波紋條相互嵌鎖并固定，組成金字塔點(diǎn)陣芯材，帶槽夾芯波紋條包括波紋狀的泡沫板、多層上纖維預(yù)浸料和多層下纖維預(yù)浸料，波紋狀的泡沫板為等腰梯形波紋狀的泡沫板，多層上纖維預(yù)浸料和多層下纖維預(yù)浸料分別鋪設(shè)在波紋狀的泡沫板的上端面和下端面上，鋪設(shè)后形成纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯波紋板，且在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯波紋板的上底和下底的下端開(kāi)有嵌鎖口，并將帶有嵌鎖口的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯波紋板切割成多個(gè)等厚度的帶槽夾芯波紋條。本發(fā)明還提供一種制備帶有泡沫夾芯梁的金字塔型點(diǎn)陣芯材的制備工藝，所述制備工藝的具體過(guò)程如下步驟一將泡沫板切割成波紋狀的泡沫板，波紋狀的泡沫板為等腰梯形波紋狀的泡沫板；步驟二 將波紋狀的泡沫波紋板的上面鋪放多層上纖維預(yù)浸料，波紋狀的泡沫波紋板的下面鋪放多層下纖維預(yù)浸料，將波紋狀的泡沫波紋板、多層上纖維預(yù)浸料和多層下纖維預(yù)浸料放到熱壓機(jī)下加壓至0. 4MPa-0. 6MPa，然后，在120°C _130°C下保溫2小時(shí)后固化成型，最后，得到纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯波紋板；步驟三在步驟二中的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯波紋板上的上底和下底的下端開(kāi)有嵌鎖口，然后將開(kāi)有嵌鎖口的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯波紋板切割成多個(gè)等厚度的帶槽夾芯波紋條；步驟四將步驟三中的多個(gè)帶槽夾芯波紋條進(jìn)行相互嵌鎖并固定，最后得到帶有復(fù)合材料泡沫夾芯梁的金字塔型點(diǎn)陣芯材。本發(fā)明還提供一種制備帶有泡沫夾芯梁的金字塔型點(diǎn)陣芯材的制備工藝，所述制備工藝的具體過(guò)程如下步驟一將平板泡沫板的上面鋪放多層上纖維預(yù)浸料，平板泡沫板的下面鋪放多層下纖維預(yù)浸料，將平板泡沫板、多層上纖維預(yù)浸料和多層下纖維預(yù)浸料放到熱壓機(jī)下加壓至0. 4MPa-0. 6MPa，然后，在120°C _130°C下保溫2小時(shí)后固化成型，最后，得到纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯板；步驟二 將步驟一中的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯板切割成帶有嵌鎖口的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯波紋條；步驟三將步驟二中的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯波紋條進(jìn)行相互嵌鎖并固定， 最后得到帶有復(fù)合材料泡沫夾芯梁的金字塔型點(diǎn)陣芯材。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果1.本發(fā)明的復(fù)合材料泡沫夾芯金字塔點(diǎn)陣芯材，在低密度情況下的極限壓縮強(qiáng)度比同樣密度的全復(fù)合材料金字塔點(diǎn)陣的高出2 10倍。本發(fā)明為點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)提供了一種新型的結(jié)構(gòu)形式，豐富了點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的材料性能庫(kù)，并且所提供的制備工藝簡(jiǎn)單且快速，無(wú)材料浪費(fèi)，尤其適用于大面積成型和工程應(yīng)用。2.對(duì)本發(fā)明的帶有復(fù)合材料泡沫夾芯梁的金字塔型點(diǎn)陣芯材進(jìn)行選擇性的面外壓縮實(shí)驗(yàn)，選擇密度是23. 2kg/m3的結(jié)構(gòu)芯材，其平壓強(qiáng)度是2. 73MPa，而現(xiàn)有的全復(fù)合材料金字塔型點(diǎn)陣芯材當(dāng)密度為19. 4kg/m3時(shí)，平壓強(qiáng)度是0. 304MPa，有效的證明了帶有復(fù)合材料泡沫夾芯梁的金字塔型點(diǎn)陣芯材在相當(dāng)密度下的結(jié)構(gòu)性能高于現(xiàn)有的全復(fù)合材料金字塔型點(diǎn)陣芯材的結(jié)構(gòu)性能。


圖1是復(fù)合材料泡沫夾芯波紋板的示意圖；圖2是帶槽的波紋狀長(zhǎng)條的示意圖； 圖3是帶槽夾芯波紋條相互嵌鎖的示意圖；圖4是平板泡沫板6的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是由平板切割而得的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯波紋條的示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式

一結(jié)合圖1至圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的一種帶有泡沫夾芯梁的金字塔型點(diǎn)陣芯材包括多個(gè)等厚度的帶槽夾芯波紋條，多個(gè)帶槽夾芯波紋條相互嵌鎖并固定，組成金字塔點(diǎn)陣芯材，帶槽夾芯波紋條包括波紋狀的泡沫板1、多層上纖維預(yù)浸料2和多層下纖維預(yù)浸料3，波紋狀的泡沫板1為等腰梯形波紋狀的泡沫板1，多層上纖維預(yù)浸料2和多層下纖維預(yù)浸料3分別鋪設(shè)在波紋狀的泡沫板1的上端面和下端面上，鋪設(shè)后形成纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯波紋板4，且在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯波紋板4的上底和下底的下端開(kāi)有嵌鎖口 4-1，并將帶有嵌鎖口 4-1的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯波紋板4切割成多個(gè)等厚度的帶槽夾芯波紋條。等腰梯形的上底的長(zhǎng)度可隨意設(shè)計(jì)，以便提高這類(lèi)芯材所得到的夾芯結(jié)構(gòu)的剪切性能。具體實(shí)施方式

二結(jié)合圖1至圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的一種制備帶有泡沫夾芯梁的金字塔型點(diǎn)陣芯材的制備工藝的具體過(guò)程如下
步驟一將泡沫板切割成波紋狀的泡沫板1，波紋狀的泡沫板1為等腰梯形波紋狀的泡沫板1 ；步驟二 將波紋狀的泡沫波紋板1的上面鋪放多層上纖維預(yù)浸料2，波紋狀的泡沫波紋板1的下面鋪放多層下纖維預(yù)浸料3，將波紋狀的泡沫波紋板1、多層上纖維預(yù)浸料2 和多層下纖維預(yù)浸料3放到熱壓機(jī)下加壓至0. 4MPa-0. 6MPa，然后，在120°C _130°C下保溫 2小時(shí)后固化成型，最后，得到纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯波紋板4 ；步驟三在步驟二中的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯波紋板4上的上底和下底的下端開(kāi)有嵌鎖口 4-1，然后將開(kāi)有嵌鎖口 4-1的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯波紋板4切割成多個(gè)等厚度的帶槽夾芯波紋條5;步驟四將步驟三中的多個(gè)帶槽夾芯波紋條5進(jìn)行相互嵌鎖并固定，最后得到帶有復(fù)合材料泡沫夾芯梁的金字塔型點(diǎn)陣芯材。具體實(shí)施方式

三結(jié)合圖1至圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的步驟二中在波紋狀的泡沫波紋板1上鋪設(shè)多層上纖維預(yù)浸料2和多層下纖維預(yù)浸料3時(shí)，上纖維預(yù)浸料2 和下纖維預(yù)浸料3上的纖維鋪設(shè)方向以波紋狀的泡沫波紋板1為中心向外對(duì)稱(chēng)鋪設(shè)，且每層纖維預(yù)浸料的纖維鋪設(shè)角度均不同。如此設(shè)置，在低密度情況下的極限壓縮強(qiáng)度比同樣密度的復(fù)合材料金字塔點(diǎn)陣的高出2 10倍。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式

三相同。具體實(shí)施方式

四結(jié)合圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的步驟四中多個(gè)帶槽夾芯波紋條5之間的固定采用環(huán)氧樹(shù)脂膠進(jìn)行膠結(jié)。如此設(shè)置，有效的提高了抗壓力。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式

二、三或四相同。本發(fā)明的通過(guò)夾芯結(jié)構(gòu)來(lái)局部強(qiáng)化材料的方式同樣適用于桿件截面為圓形的金字塔點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。具體實(shí)施方式

五結(jié)合圖4至圖5說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的一種制備帶有泡沫夾芯梁的金字塔型點(diǎn)陣芯材的制備工藝，所述制備工藝的具體過(guò)程如下步驟一將平板泡沫板6的上面鋪放多層上纖維預(yù)浸料2，平板泡沫板6的下面鋪放多層下纖維預(yù)浸料3，將平板泡沫板6、多層上纖維預(yù)浸料2和多層下纖維預(yù)浸料3放到熱壓機(jī)下加壓至0. 4MPa-0. 6MPa，然后，在120°C _130°C下保溫2小時(shí)后固化成型，最后，得到纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯板7 ；步驟二 將步驟一中的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯板7切割成帶有嵌鎖口 7-1的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯波紋條8 ；步驟三將步驟二中的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯波紋條8進(jìn)行相互嵌鎖并固定，最后得到帶有復(fù)合材料泡沫夾芯梁的金字塔型點(diǎn)陣芯材。具體實(shí)施方式

六結(jié)合圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的步驟一中，在平板泡沫板6上鋪設(shè)多層上纖維預(yù)浸料2和多層下纖維預(yù)浸料3時(shí)，上纖維預(yù)浸料2和下纖維預(yù)浸料3上的纖維鋪設(shè)方向以平板泡沫板6為中心向外對(duì)稱(chēng)鋪設(shè)，且每層纖維預(yù)浸料的纖維鋪設(shè)角度均不同。如此設(shè)置，在低密度情況下的極限壓縮強(qiáng)度比同樣密度的復(fù)合材料金字塔點(diǎn)陣的高出2 10倍。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式

五相同。具體實(shí)施方式

七結(jié)合圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的步驟三中，步驟三中， 多個(gè)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯波紋條8之間的固定采用環(huán)氧樹(shù)脂膠進(jìn)行膠結(jié)。如此設(shè)置，有效的提高了抗壓強(qiáng)度。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式

五或六相同。
權(quán)利要求
1.一種帶有泡沫夾芯梁的金字塔型點(diǎn)陣芯材，它包括多個(gè)等厚度的帶槽夾芯波紋條， 多個(gè)帶槽夾芯波紋條相互嵌鎖并固定，組成金字塔點(diǎn)陣芯材，其特征在于帶槽夾芯波紋條包括波紋狀的泡沫板(1)、多層上纖維預(yù)浸料( 和多層下纖維預(yù)浸料(3)，波紋狀的泡沫板(1)為等腰梯形波紋狀的泡沫板(1)，多層上纖維預(yù)浸料( 和多層下纖維預(yù)浸料(3)分別鋪設(shè)在波紋狀的泡沫板(1)的上端面和下端面上，鋪設(shè)后形成纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯波紋板G)，且在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯波紋板(4)的上底和下底的下端開(kāi)有嵌鎖口 G-1)，并將帶有嵌鎖口(4-1)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯波紋板(4)切割成多個(gè)等厚度的帶槽夾芯波紋條。
2.一種制備帶有泡沫夾芯梁的金字塔型點(diǎn)陣芯材的制備工藝，其特征在于所述制備工藝的具體過(guò)程如下步驟一將泡沫板切割成波紋狀的泡沫板(1)，波紋狀的泡沫板(1)為等腰梯形波紋狀的泡沫板⑴；步驟二將波紋狀的泡沫波紋板(1)的上面鋪放多層上纖維預(yù)浸料O)，波紋狀的泡沫波紋板(1)的下面鋪放多層下纖維預(yù)浸料(3)，將波紋狀的泡沫波紋板(1)、多層上纖維預(yù)浸料( 和多層下纖維預(yù)浸料C3)放到熱壓機(jī)下加壓至0.4MPa-0.6MPa，然后，在120°C -130°C下保溫2小時(shí)后固化成型，最后，得到纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯波紋板 ⑷；步驟三在步驟二中的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯波紋板(4)上的上底和下底的下端開(kāi)有嵌鎖口 G-1)，然后將開(kāi)有嵌鎖口(4-1)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯波紋板(4)切割成多個(gè)等厚度的帶槽夾芯波紋條(5)；步驟四將步驟三中的多個(gè)帶槽夾芯波紋條( 進(jìn)行相互嵌鎖并固定，最后得到帶有復(fù)合材料泡沫夾芯梁的金字塔型點(diǎn)陣芯材。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備帶有泡沫夾芯梁的金字塔型點(diǎn)陣芯材的制備工藝， 其特征在于步驟二中，在波紋狀的泡沫波紋板(1)上鋪設(shè)多層上纖維預(yù)浸料( 和多層下纖維預(yù)浸料(3)時(shí)，上纖維預(yù)浸料( 和下纖維預(yù)浸料C3)上的纖維鋪設(shè)方向以波紋狀的泡沫波紋板(1)為中心向外對(duì)稱(chēng)鋪設(shè)，且每層纖維預(yù)浸料的纖維鋪設(shè)角度均不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種制備帶有泡沫夾芯梁的金字塔型點(diǎn)陣芯材的制備工藝，其特征在于步驟四中，多個(gè)帶槽夾芯波紋條( 之間的固定采用環(huán)氧樹(shù)脂膠進(jìn)行膠結(jié)。
5.一種制備帶有泡沫夾芯梁的金字塔型點(diǎn)陣芯材的制備工藝，其特征在于所述制備工藝的具體過(guò)程如下步驟一將平板泡沫板(6)的上面鋪放多層上纖維預(yù)浸料O)，平板泡沫板(6)的下面鋪放多層下纖維預(yù)浸料(3)，將平板泡沫板(6)、多層上纖維預(yù)浸料( 和多層下纖維預(yù)浸料(3)放到熱壓機(jī)下加壓至0. 4MPa-0. 6MPa，然后，在120°C _130°C下保溫2小時(shí)后固化成型，最后，得到纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯板(7)；步驟二 將步驟一中的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯板(7)切割成帶有嵌鎖口(7-1)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯波紋條(8)；步驟三將步驟二中的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯波紋條(8)進(jìn)行相互嵌鎖并固定， 最后得到帶有復(fù)合材料泡沫夾芯梁的金字塔型點(diǎn)陣芯材。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種制備帶有泡沫夾芯梁的金字塔型點(diǎn)陣芯材的制備工藝， 其特征在于步驟一中，在平板泡沫板(6)上鋪設(shè)多層上纖維預(yù)浸料( 和多層下纖維預(yù)浸料(3)時(shí)，上纖維預(yù)浸料( 和下纖維預(yù)浸料C3)上的纖維鋪設(shè)方向以平板泡沫板(6)為中心向外對(duì)稱(chēng)鋪設(shè)，且每層纖維預(yù)浸料的纖維鋪設(shè)角度均不同。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種制備帶有泡沫夾芯梁的金字塔型點(diǎn)陣芯材的制備工藝，其特征在于步驟三中，多個(gè)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料泡沫夾芯波紋條(8)之間的固定采用環(huán)氧樹(shù)脂膠進(jìn)行膠結(jié)。
全文摘要
帶有泡沫夾芯梁的金字塔型點(diǎn)陣芯材及其制備工藝，它涉及一種金字塔型點(diǎn)陣芯材及其制備工藝。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的復(fù)合材料點(diǎn)陣芯材在低密度情況下，易發(fā)生局部屈曲，降低了復(fù)合材料點(diǎn)陣芯材極限壓縮強(qiáng)度的問(wèn)題。本發(fā)明的多個(gè)帶槽夾芯波紋條相互嵌鎖并固定，組成金字塔型點(diǎn)陣芯材，制備該芯材的工藝為將泡沫板切割成波紋狀的泡沫板；在泡沫波紋板的上面和下面分別鋪放多層上纖維預(yù)浸料和多層下纖維預(yù)浸料，然后將其放到熱壓機(jī)下加壓、保溫后固化成型；成型后將其割成多個(gè)等厚度的帶槽夾芯波紋條；將多個(gè)帶槽夾芯波紋條相互嵌鎖并固定，得到金字塔型點(diǎn)陣芯材。本發(fā)明尤其適用于大面積成型和工程應(yīng)用。
文檔編號(hào)B32B5/18GK102416716SQ2011102926
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者吳林志, 殷莎 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)