四面體型纖維增強複合材料點陣夾芯板的製備方法
2023-06-04 17:59:41
專利名稱：四面體型纖維增強複合材料點陣夾芯板的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種四面體型點陣夾芯板的製備方法。
背景技術：
纖維增強複合材料與金屬材料相比，具有更高的比強度和比剛度。現有的點陣夾 芯板結構使用的材料絕大多數都是金屬材料，其製備方法有網系疊層點焊方法、衝壓摺疊 工藝和擠出工藝。纖維增強複合材料點陣夾芯板與傳統金屬點陣夾芯板相比較具有更高的 比強度、比剛度，且具有更強的可設計性。四面體型纖維增強複合材料點陣夾芯板就是一類 新型的點陣夾芯結構，以往的成型辦法使用的是矽橡膠軟膜成型，利用該成型辦法製備該 類點陣夾芯板矽橡膠模具的精度很難保證，從而使得芯子中的杆件橫截面形狀與預想差異 很大；且軟膜成型過程中由於矽橡膠的熱膨脹沒有外在的約束，無法對芯子中的杆件施加 成型所需的壓力，這些缺點都降低了四面體型纖維增強複合材料點陣夾芯板的力學性能。
發明內容
本發明的目的是為解決採用矽橡膠軟膜成型製備四面體型纖維增強複合材料點 陣夾芯板存在力學性能差的問題，進而提供一種四面體型纖維增強複合材料點陣夾芯板的 製備方法。本發明為解決上述技術問題採取的技術方案是本發明的四面體型纖維增強複合 材料點陣夾芯板的製備方法由以下步驟完成步驟一製備剛性模具；剛性模具由多個單體和兩個邊板構成，每個單體的橫截 面形狀為梯形，每個邊板的橫截面形狀為直角梯形；在每個單體的一個斜面上加工多對沿 該斜面寬度方向貫通的第一半圓形通孔，每對第一半圓形通孔呈八字形設置，在每個單體 的另一個斜面上位於每對第一半圓形通孔的中間位置上加工一個沿該斜面寬度方向貫通 的第二半圓形通孔，第二半圓形通孔與該斜面的底邊垂直，將多個單體一正一倒相間平鋪 設置構成平板狀，相鄰兩個單體上的相對應的多對第一半圓形通孔一一對應並組合構成多 對第一圓形通孔，呈平板狀設置的多個單體的兩側各設置有一個邊板，在每個邊板的斜面 上與其相鄰單體的多個第二半圓形通孔相對應位置處加工多個第三半圓形通孔，由邊板上 的多個第三半圓形通孔與相鄰單體上的多個第二半圓形通孔一一對應組合構成多個第二 圓形通孔，第一圓形通孔與第二圓形通孔的孔徑相等，邊板上的斜面與相鄰單體上的斜面 相吻合，多個單體和兩個邊板可拆卸連接；步驟二、模具處理模具由剛性模具和多個熱膨脹芯膜套構成，用丙酮溶液清洗模 具表面，然後用脫模劑處理模具外表面；步驟三、固定剛性模具用夾具將剛性模具固定；步驟四、卷制多個纖維柱；用纖維預浸料卷制多個纖維柱，纖維柱的卷制方向垂直 於其軸向方向，且纖維柱的數量與熱膨脹芯膜套的數量相等，纖維柱的橫截面形狀與熱膨 脹芯膜套內腔的橫截面形狀相同，將卷製成的纖維柱塞進熱膨脹芯膜套的內腔中，且纖維柱的外側壁與熱膨脹芯膜套的內腔側壁緊密配合；步驟五、製備組合模具在剛性模具的每個第一圓形通孔和第二圓形通孔內插入 包有纖維柱的熱膨脹芯膜套，並使包有纖維柱的熱膨脹芯膜套的外徑與剛性模具的第一圓 形通孔和第二圓形通孔的孔徑相匹配，將多個纖維柱的兩端外露在剛性模具的外面；步驟六、鋪放面板在組合模具的上下表面鋪放單向纖維預浸料，在鋪設過程中將 露在剛性模具外面的多個纖維柱的兩端沿纖維柱的軸向劈開，並將其預埋在組合模具上下 表面的預浸料之中；步驟七、組合模具固化將鋪放好纖維預浸料的組合模具放在液壓機上加溫加壓 固化，固化溫度為100-120°c、固化時間為1. 5-2h、縱向加壓壓力為0. 5_lMPa，纖維柱6承受 的橫向壓力為0. 5-lMpa ；步驟八、脫模分別將剛性模具中的兩個邊板和多個單體拆卸下，再將多個熱膨脹 芯膜套用刀片劃開後去掉，即製得四面體型纖維增強複合材料點陣夾芯板。本發明的有益效果是本發明的製備方法採用剛性模具和熱膨脹芯膜套以及纖維 柱組合的方式一體化成型四面體型纖維增強複合材料點陣夾芯板，製備過程中可對芯子中 的杆件(即纖維柱)施加成型所需壓力，因此可以大大提高該四面體型纖維增強複合材料 點陣夾芯板的力學性能(與現有技術相比，結構強度至少提高2倍)。
圖1是製備本發明的四面體型纖維增強複合材料點陣夾芯板的剛性模具的立體 圖，圖2是單體1的立體圖，圖3是邊板2的立體圖，圖4是將卷製成的纖維柱6塞進熱膨 脹芯膜套5內的立體圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結合圖1-圖4說明，本實施方式的四面體型纖維增強複合材料 點陣夾芯板的製備方法由以下步驟完成步驟一製備剛性模具；剛性模具由多個單體1和兩個邊板2構成，每個單體1的 橫截面形狀為梯形，每個邊板2的橫截面形狀為直角梯形；在每個單體1的一個斜面上加工 多對沿該斜面寬度方向貫通的第一半圓形通孔1-1，每對第一半圓形通孔1-1呈八字形設 置，在每個單體1的另一個斜面上位於每對第一半圓形通孔1-1的中間位置上加工一個沿 該斜面寬度方向貫通的第二半圓形通孔1-2，第二半圓形通孔1-2與該斜面的底邊垂直，將 多個單體1 一正一倒相間平鋪設置構成平板狀，相鄰兩個單體1上的相對應的多對第一半 圓形通孔1-1 一一對應並組合構成多對第一圓形通孔3，呈平板狀設置的多個單體1的兩側 各設置有一個邊板2，在每個邊板2的斜面上與其相鄰單體1的多個第二半圓形通孔1-2相 對應位置處加工多個第三半圓形通孔2-1，由邊板2上的多個第三半圓形通孔2-1與相鄰單 體1上的多個第二半圓形通孔1-2 —一對應組合構成多個第二圓形通孔4，第一圓形通孔3 與第二圓形通孔4的孔徑相等，邊板2上的斜面與相鄰單體1上的斜面相吻合，多個單體1 和兩個邊板2可拆卸連接(所製備的模具精度高)；步驟二、模具處理模具由剛性模具和多個熱膨脹芯膜套5構成，用丙酮溶液清洗 模具表面，然後用脫模劑處理模具外表面；
步驟三、固定剛性模具用夾具將剛性模具固定；步驟四、卷制多個纖維柱6;用纖維預浸料卷制多個纖維柱6，纖維柱6的卷制方向 垂直於其軸向方向，且纖維柱6的數量與熱膨脹芯膜套5的數量相等，纖維柱6的橫截面形 狀與熱膨脹芯膜套5內腔的橫截面形狀相同，將卷製成的纖維柱6塞進熱膨脹芯膜套5的 內腔中，且纖維柱6的外側壁與熱膨脹芯膜套5的內腔側壁緊密配合；步驟五、製備組合模具在剛性模具的每個第一圓形通孔3和第二圓形通孔4內插 入包有纖維柱6的熱膨脹芯膜套5，並使包有纖維柱6的熱膨脹芯膜套5的外徑與剛性模具 的第一圓形通孔3和第二圓形通孔4的孔徑相匹配，將多個纖維柱6的兩端外露在剛性模 具的外面；步驟六、鋪放面板在組合模具的上下表面鋪放單向纖維預浸料(按照預定的鋪 設角度和鋪層順序鋪放)，在鋪設過程中將露在剛性模具外面的多個纖維柱6的兩端沿纖 維柱6的軸向劈開，並將其預埋在組合模具上下表面的預浸料之中；步驟七、組合模具固化將鋪放好纖維預浸料的組合模具放在液壓機上加溫加壓 固化，固化溫度為100-120°C、固化時間為1. 5-2h、縱向加壓壓力為0. 5_lMPa，纖維柱6承受 的橫向壓力為0. 5-lMPa(熱膨脹芯膜套5受熱膨脹，對纖維柱6施加橫向壓力)；步驟八、脫模分別將剛性模具中的兩個邊板2和多個單體1拆卸下，再將多個熱 膨脹芯膜套5用刀片劃開後去掉，即製得四面體型纖維增強複合材料點陣夾芯板。本實施方式的步驟二中採用的脫模劑型號為XTEND818。
具體實施方式
二 本實施方式的製備方法中所採用的熱膨脹芯膜套5由矽橡膠或 聚甲基丙烯醯亞胺泡沫製成。其它方法步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式的步驟四中卷製成的纖維柱6的橫截面形狀為圓形 或方形。帶方形與圓形截面纖維柱的複合材料點陣夾芯結構在承受不同載荷時的結構效率 不同，相同質量時帶方形截面纖維柱的複合材料點陣夾芯結構承載效率比帶圓形截面纖維 柱的複合材料點陣夾芯結構最大高出3%。其它方法步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式的步驟七中的固化溫度為120°C，固化時間為2h，縱 向加壓壓力為IMPa，纖維柱6承受的橫向壓力為IMPa。面板和纖維柱都可以施加上壓力， 這樣纖維柱承載時不易劈裂，可使這類夾芯結構的力學性能得到提高，結構強度至少提高2 倍。其它方法步驟與具體實施方式
一、二或三相同。
權利要求
一種四面體型纖維增強複合材料點陣夾芯板的製備方法，其特徵在於所述製備方法由以下步驟完成步驟一製備剛性模具；剛性模具由多個單體(1)和兩個邊板(2)構成，每個單體(1)的橫截面形狀為梯形，每個邊板(2)的橫截面形狀為直角梯形；在每個單體(1)的一個斜面上加工多對沿該斜面寬度方向貫通的第一半圓形通孔(1 1)，每對第一半圓形通孔(1 1)呈八字形設置，在每個單體(1)的另一個斜面上位於每對第一半圓形通孔(1 1)的中間位置上加工一個沿該斜面寬度方向貫通的第二半圓形通孔(1 2)，第二半圓形通孔(1 2)與該斜面的底邊垂直，將多個單體(1)一正一倒相間平鋪設置構成平板狀，相鄰兩個單體(1)上的相對應的多對第一半圓形通孔(1 1)一一對應並組合構成多對第一圓形通孔(3)，呈平板狀設置的多個單體(1)的兩側各設置有一個邊板(2)，在每個邊板(2)的斜面上與其相鄰單體(1)的多個第二半圓形通孔(1 2)相對應位置處加工多個第三半圓形通孔(2 1)，由邊板(2)上的多個第三半圓形通孔(2 1)與相鄰單體(1)上的多個第二半圓形通孔(1 2)一一對應組合構成多個第二圓形通孔(4)，第一圓形通孔(3)與第二圓形通孔(4)的孔徑相等，邊板(2)上的斜面與相鄰單體(1)上的斜面相吻合，多個單體(1)和兩個邊板(2)可拆卸連接；步驟二、模具處理模具由剛性模具和多個熱膨脹芯膜套(5)構成，用丙酮溶液清洗模具表面，然後用脫模劑處理模具外表面；步驟三、固定剛性模具用夾具將剛性模具固定；步驟四、卷制多個纖維柱(6)；用纖維預浸料卷制多個纖維柱(6)，纖維柱(6)的卷制方向垂直於其軸向方向，且纖維柱(6)的數量與熱膨脹芯膜套(5)的數量相等，纖維柱(6)的橫截面形狀與熱膨脹芯膜套(5)內腔的橫截面形狀相同，將卷製成的纖維柱(6)塞進熱膨脹芯膜套(5)的內腔中，且纖維柱(6)的外側壁與熱膨脹芯膜套(5)的內腔側壁緊密配合；步驟五、製備組合模具在剛性模具的每個第一圓形通孔(3)和第二圓形通孔(4)內插入包有纖維柱(6)的熱膨脹芯膜套(5)，並使包有纖維柱(6)的熱膨脹芯膜套(5)的外徑與剛性模具的第一圓形通孔(3)和第二圓形通孔(4)的孔徑相匹配，將多個纖維柱(6)的兩端外露在剛性模具的外面；步驟六、鋪放面板在組合模具的上下表面鋪放單向纖維預浸料，在鋪設過程中將露在剛性模具外面的多個纖維柱(6)的兩端沿纖維柱(6)的軸向劈開，並將其預埋在組合模具上下表面的預浸料之中；步驟七、組合模具固化將鋪放好纖維預浸料的組合模具放在液壓機上加溫加壓固化，固化溫度為100 120℃、固化時間為1.5 2h、縱向加壓壓力為0.5 1MPa，纖維柱(6)承受的橫向壓力為0.5 1MPa；步驟八、脫模分別將剛性模具中的兩個邊板(2)和多個單體(1)拆卸下，再將多個熱膨脹芯膜套(5)用刀片劃開後去掉，即製得四面體型纖維增強複合材料點陣夾芯板。
2.根據權利要求1所述的四面體型纖維增強複合材料點陣夾芯板的製備方法，其特 徵在於所述製備方法中所採用的熱膨脹芯膜套(5)由矽橡膠或聚甲基丙烯醯亞胺泡沫制 成。
3.根據權利要求1所述的四面體型纖維增強複合材料點陣夾芯板的製備方法，其特徵 在於步驟四中卷製成的纖維柱(6)的橫截面形狀為圓形或方形。2
4.根據權利要求1、2或3所述的四面體型纖維增強複合材料點陣夾芯板的製備方法， 其特徵在於步驟七中的固化溫度為120°C，固化時間為2h，縱向加壓壓力為IMPa，纖維柱 (6)承受的橫向壓力為IMPa。
全文摘要
四面體型纖維增強複合材料點陣夾芯板的製備方法，它涉及一種四面體型點陣夾芯板的製備方法。以解決採用矽橡膠軟膜成型製成四面體型纖維增強複合材料點陣夾芯板存在力學性能差的問題。技術要點製備剛性模具；用丙酮溶液清洗模具表面，用脫模劑處理模具外表面；固定剛性模具；卷制多個纖維柱，並將其塞進熱膨脹芯膜套內；製備組合模具，即在剛性模具的每個第一、二圓形通孔內插入包有纖維柱的熱膨脹芯膜套，將多個纖維柱的兩端外露在剛性模具的外面；在組合模具的上下表面鋪放單向纖維預浸料，並將露在剛性模具外面的纖維柱的兩端沿纖維柱的軸向劈開預埋在上下表面的預浸料中；固化；脫模。本發明用於製備四面體型纖維增強複合材料點陣夾芯板。
文檔編號B29C70/34GK101890815SQ20101022116
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月8日 優先權日2010年7月8日
發明者吳林志, 殷莎, 馬力 申請人:哈爾濱工業大學