空心圓管金字塔型全複合材料點陣夾芯板的製備方法
2023-05-29 11:59:26 1
專利名稱：空心圓管金字塔型全複合材料點陣夾芯板的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種金字塔型點陣夾芯板的製備方法。
背景技術：
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，對於以往的金字塔型 點陣結構，不論是金屬材料體系還是複合材料體系，當點陣結構密度較低時，杆件易發生屈 曲而使結構的強度迅速下降，而相同密度的空心杆件其轉動慣量更大，所以抵抗屈曲變形 的能力比實心高出很多。金屬材料體系下，空心圓管金字塔型點陣夾芯結構採用的是衝壓 摺疊製備工藝，空心圓管金字塔型夾芯是一種新構型，現在沒有空心圓管的金字塔構型復 合材料點陣夾芯板的製備方法。
發明內容
本發明的目的是為了解決目前製備的金字塔型全複合材料點陣夾芯板在低密度 時力學性能差的問題，提出了一種空心圓管金字塔型全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 斜面上與每對第一半圓形通孔相對應位置處加工多對沿該斜面寬度方向貫通的第二半圓 形通孔，每對第二半圓形通孔呈八字形設置，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 體的多對第二半圓形通孔相對應位置處加工多對第三半圓形通孔，每對第三半圓形通孔呈 八字形設置，由邊板上的多對第三半圓形通孔與相鄰單體上的多對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、處理模具模具由剛性模具和多個熱膨脹芯膜構成，用丙酮溶液清洗剛性 組合模具和多個熱膨脹芯模表面，然後用脫模劑處理模具的外表面；步驟三、固定剛性組合模具用夾具將剛性組合模具固定；步驟四、複合材料空心圓管預成型用預浸料或浸過樹脂的纖維束包裹熱膨脹芯 模並卷製成預浸料或纏繞纖維柱，且纖維柱的數量與熱膨脹芯膜的數量相等，纖維柱的橫 截面形狀與熱膨脹芯膜內腔的橫截面形狀相同；步驟五、製備空心圓管結構將製作好的帶熱膨脹芯模的纖維柱塞進剛性組合模 具的第一圓形通孔和第二圓形通孔內，纖維柱的外徑與剛性模具的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、鋪放面板在剛性組合模具的上下表面按照0 90°C鋪放單向纖維預浸料，在鋪設過程中將露在鋼性模具的外側的纖維柱沿其軸向逐漸劈開，並將其預埋於模具 上下表面的預浸料之中；步驟七、產品固化將經步驟六形成的剛性組合模具和熱膨脹芯模的結構件放在 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 2小時，縱向加壓壓力 為0. 5-lMPa，纖維柱承受的橫向壓力為0. 5-lMPa。步驟八、脫模拆下夾具，分別將剛性模具中的兩個邊板和多個單體拆卸下，再將 熱膨脹芯模擠出；步驟九、與面板粘接將步驟八所得空心圓管結構與已經製備好的複合材料面板 粘接，即製得空心圓管金字塔型全複合材料點陣夾芯板。本發明具有以下有益效果本發明提供了一種基於混合模具製備空心圓管金字塔 構型複合材料點陣夾芯板的製備方法，該方法不僅可以製備出新穎的帶空心圓管的複合材 料金字塔型夾芯板結構，還能對纖維柱施加壓力，這類複合材料夾芯板結構在低密度區域 的力學性能將大大提高，結構強度較以往成型方法所製備的夾芯板至少提高2倍。本方法 製造出來的纖維柱不易發生屈曲從而可保證結構的強度，且相同密度的空心纖維柱其轉動 慣量更大，所以抵抗屈曲變形的能力比實心纖維柱高出很多。
圖1是製備本發明的空心圓管金字塔型全複合材料點陣夾芯板的剛性模具的立 體圖，圖2是剛性模具的單體1的立體圖，圖3是剛性模具的邊板2的立體圖，圖4是將包 裹熱膨脹芯模卷製成預浸料或纏繞纖維柱的立體圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結合圖1說明本實施方式，本實施方式的空心圓管金字塔型全 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的另一個斜面上與每對第一半 圓形通孔1-1相對應位置處加工多對沿該斜面寬度方向貫通的第二半圓形通孔1-2，每對 第二半圓形通孔1-2呈八字形設置，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的多對第二半圓形通孔1-2相對應位置處加工多對第三半圓形通孔2-1，每對第三半 圓形通孔2-1呈八字形設置，由邊板2上的多對第三半圓形通孔2-1與相鄰單體1上的多 對第二半圓形通孔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；步驟二、處理模具模具由剛性模具和多個熱膨脹芯膜5構成，用丙酮溶液清洗剛 性組合模具和多個熱膨脹芯模5表面，然後用脫模劑處理模具的外表面；步驟三、固定剛性組合模具用夾具將剛性組合模具固定；
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步驟四、複合材料空心圓管預成型用預浸料或浸過樹脂的纖維束包裹熱膨脹芯 模5並卷製成預浸料或纏繞纖維柱6，且纖維柱6的數量與熱膨脹芯膜的數量相等，纖維柱 6的橫截面形狀與熱膨脹芯膜5內腔的橫截面形狀相同；步驟五、製備空心圓管結構將製作好的帶熱膨脹芯模的纖維柱6塞進剛性組合 模具的第一圓形通孔3和第二圓形通孔4內，纖維柱6的外徑與剛性模具的圓形通孔的孔 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、鋪放面板在剛性組合模具的上下表面按照0 90°C鋪放單向纖維預浸 料，在鋪設過程中將露在鋼性模具的外側的纖維柱6沿其軸向逐漸劈開，並將其預埋於模 具上下表面的預浸料之中；步驟七、產品固化將經步驟六形成的剛性組合模具和熱膨脹芯模5的結構件放 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 2小時，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、脫模拆下夾具，分別將剛性模具中的兩個邊板2和多個單體1拆卸下，再 將熱膨脹芯模5擠出；步驟九、與面板粘接將步驟八所得空心圓管結構與已經製備好的複合材料面板 粘接，即製得空心圓管金字塔型全複合材料點陣夾芯板；本實施方式可以通過改變熱膨脹芯模5的外徑，來製備不同壁厚的空心圓管，從 而改變結構的相對密度，步驟二中使用的脫模劑型號為XTEND818。
具體實施方式
二 結合圖1說明本實施方式，本實施方式的步驟一中熱膨脹芯膜5 由矽橡膠或聚甲基丙烯醯亞胺泡沫製成。其他組成與具體實施方式
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
一或二相同。
權利要求
一種空心圓管金字塔型全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)的另一個斜面上與每對第一半圓形通孔(1 1)相對應位置處加工多對沿該斜面寬度方向貫通的第二半圓形通孔(1 2)，每對第二半圓形通孔(1 2)呈八字形設置，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)的多對第二半圓形通孔(1 2)相對應位置處加工多對第三半圓形通孔(2 1)，每對第三半圓形通孔(2 1)呈八字形設置，由邊板(2)上的多對第三半圓形通孔(2 1)與相鄰單體(1)上的多對第二半圓形通孔(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、處理模具模具由剛性模具和多個熱膨脹芯膜(5)構成，用丙酮溶液清洗剛性組合模具和多個熱膨脹芯模(5)表面，然後用脫模劑處理模具的外表面；步驟三、固定剛性組合模具用夾具將剛性組合模具固定；步驟四、複合材料空心圓管預成型用預浸料或浸過樹脂的纖維束包裹熱膨脹芯模(5)並卷製成預浸料或纏繞纖維柱(6)，且纖維柱(6)的數量與熱膨脹芯膜(5)的數量相等，纖維柱(6)的橫截面形狀與熱膨脹芯膜(5)內腔的橫截面形狀相同；步驟五、製備空心圓管結構將製作好的帶熱膨脹芯模的纖維柱(6)塞進剛性組合模具的第一圓形通孔(3)和第二圓形通孔(4)內，纖維柱(6)的外徑與剛性模具的圓形通孔的孔徑相匹配，將多個纖維柱(6)的兩端外露在剛性模具的外面；步驟六、鋪放面板在剛性組合模具的上下表面按照0～90℃鋪放單向纖維預浸料，在鋪設過程中將露在鋼性模具的外側的纖維柱(6)沿其軸向逐漸劈開，並將其預埋於模具上下表面的預浸料之中；步驟七、產品固化將經步驟六形成的剛性組合模具和熱膨脹芯模(5)的結構件放在液壓機上加溫加壓固化，固化溫度為100～120℃，固化時間為1.5～2小時，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、脫模拆下夾具，分別將剛性模具中的兩個邊板(2)和多個單體(1)拆卸下，再將熱膨脹芯模(5)擠出；步驟九、與面板粘接將步驟八所得空心圓管結構與已經製備好的複合材料面板粘接，即製得空心圓管金字塔型全複合材料點陣夾芯板。
2.根據權利要求1所述空心圓管金字塔型全複合材料點陣夾芯板的製備方法，其特徵 在於所述步驟一中熱膨脹芯膜(5)由矽橡膠或聚甲基丙烯醯亞胺泡沫製成。
3.根據權利要求1或2所述空心圓管金字塔型全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2小時，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
空心圓管金字塔型全複合材料點陣夾芯板的製備方法，它涉及一種金字塔型點陣夾芯板的製備方法。本發明的目的是為了解決目前製備的金字塔型全複合材料點陣夾芯板低密度時力學性能差的問題。技術要點製備剛性模具；處理模具；固定剛性模具；用預浸料或浸過樹脂的纖維束包裹熱膨脹芯模製成預浸料或纏繞纖維柱；製備空心圓管結構將製作好的帶熱膨脹芯模的纖維柱塞進第一圓形通孔和第二圓形通孔內，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。本發明用於製備空心圓管金字塔型全複合材料點陣夾芯板。
文檔編號B29C33/00GK101890814SQ20101022114
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