專利名稱：齒槽式復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)梁、板、殼結(jié)構(gòu)件，具體地說為一種齒槽式復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)，它普遍應(yīng)用于車輛、建筑等領(lǐng)域，如屋面板、建筑模板、墻體材料、車輛隔板、底板等。
背景技術(shù)：
復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)梁、板、殼等結(jié)構(gòu)件由三部分組成，最外層是面板，主要承受彎曲變形引起的正應(yīng)力，采用高強、高模量的材料制造，如層壓的碳纖維、玻璃纖維布或金屬面板等；中間是芯材，為夾層結(jié)構(gòu)提供足夠的截面慣性矩，主要承受剪應(yīng)力，常用蜂窩、泡沫、輕木等材料。面板和芯材之間是膠接層，通過樹脂將兩者粘接在一起，常用不飽和聚酯、乙烯基樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等。
復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)既充分利用了纖維材料強度高、重量輕的優(yōu)勢，又巧妙地借助輕質(zhì)芯材所獲得的截面慣性矩，可以達到理想的結(jié)構(gòu)性能(如強度、剛度和沖擊韌性等)，目前其已經(jīng)在飛機、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、宇宙飛船和航天飛機上得到了廣泛應(yīng)用，如飛機地板等。同時，由于其具有比強度和比剛度高、可設(shè)計性強等其他材料不可比擬的特點，以及適應(yīng)于輕質(zhì)、高速、安全、抗疲勞、耐腐蝕、隱形等特性的發(fā)展趨勢，復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，可涉及軍事設(shè)施、國防工程、車輛、艦船、建筑、橋梁等領(lǐng)域；如發(fā)達國家采用復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)制造艦船構(gòu)件、火車及大型客車的車廂、集裝箱、運料罐車以及化工儲罐等，甚至用于美國宇航局漫游者號月球登陸車；在橋梁建筑領(lǐng)域，可用于屋面板、建筑模板、墻體隔板、橋面板、機場臨時墊板、輕便舟橋等。由此可見，復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)是一種具有廣闊發(fā)展前景的材料與結(jié)構(gòu)形式。
在我國，復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)多以蜂窩為芯材，但蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的面板與芯材的接觸面積小，因此其粘結(jié)性能相對較弱，從而導(dǎo)致夾層結(jié)構(gòu)的抗剝離、抗疲勞等性能較低，另外若面板受損后，蜂窩芯材容易進水且不易排出，從而導(dǎo)致面板脫膠剝離等嚴重后果。而在以泡沫和輕木為芯材的夾層結(jié)構(gòu)中，芯材與面板的界面構(gòu)造簡單，在使用過程中，芯材與面板容易發(fā)生剝離，從而使得該夾層結(jié)構(gòu)形式不能得以廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的則是針對目前泡沫和輕木芯材與面板的界面構(gòu)造簡單等技術(shù)的不足，提供一種齒槽式復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)，可顯著提高芯材與面板之間的抗剝離能力。
本發(fā)明的目的可以通過以下措施來達到一種齒槽式復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)，它包括芯材1，在芯材1的上下表面開有網(wǎng)格狀的凹槽3，在芯材1的上下表面通過樹脂鋪設(shè)有面板2。
其中，所述的凹槽3可跟據(jù)具體受力情況進行任意合理布置，所述的凹槽3優(yōu)選為平行或相交布置；所述的凹槽3進一步優(yōu)選為正交布置。
所述的凹槽3可以為尖形、矩形、開口三角形或其他任意形狀。
所述的芯材1為泡沫、輕木或其他任意材質(zhì)，它包括聚氨酯泡沫、聚氯乙烯泡沫、碳泡沫、Balsa木、泡桐木、杉木、橡木或膠合板。
所述的面板2為纖維、金屬或其他任意材質(zhì)，它包括單軸向、雙軸向或多軸向的碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、雜交纖維布、鋁板或鋼板。
所述的樹脂包括不飽和聚酯、乙烯基樹脂、環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂。
所述的面板2布置于芯材1上、下表面的厚度既可以一致也可以不一致而且纖維布層的鋪設(shè)方向與層數(shù)可根據(jù)需要靈活調(diào)整。
上述的齒槽式復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)可以采用如下所述方法制備得到
a.在泡沫和輕木芯材1的上下表面開網(wǎng)格狀布置的凹槽3；b.處理完畢的芯材1可根據(jù)構(gòu)件需要，加工成梁、板、殼形狀；c.將一層或多層纖維布鋪設(shè)于芯材1的上下表面，通過真空袋成型工藝、真空導(dǎo)入成型工藝或RTM成型工藝將樹脂灌入到真空袋或模具中；d.待樹脂固化成型后，取出，纖維布層與樹脂固化成纖維面板，凹槽3即填滿樹脂；f.其中，步驟c，d也可由本步驟代替將已成型的纖維板或金屬板通過手糊工藝或真空袋工藝成型，通過樹脂將面板2與芯材1相粘接即可獲得一種面板與芯材之間粘結(jié)能力得以顯著提高的齒槽式復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點用本發(fā)明齒槽式復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)梁、板、殼等的結(jié)構(gòu)件與其他產(chǎn)品相比，其最大的特點是填滿樹脂的凹槽可明顯增強面板與芯材之間的抗剝離能力，使復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)的整體受力性能得到明顯的改善。


圖1為齒槽式復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)梁、板、殼結(jié)構(gòu)件示意圖之一。
圖2為齒槽式復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)梁、板、殼結(jié)構(gòu)件示意圖之二。
圖3為在泡沫和輕木芯材的上下表面開尖形凹槽的示意圖。
圖4為芯材上開有矩形凹槽的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為芯材上開有開口三角形凹槽的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖中1為芯材，包括泡沫(聚氨酯、聚氯乙烯、碳泡沫等)和輕木(Balsa木、泡桐木、杉木、橡木、膠合板等)；2為面板，包括纖維面板(玻璃纖維面板、碳纖維面板等)和金屬面板(鋁質(zhì)、鋼質(zhì)等)；3為凹槽，根據(jù)需要可設(shè)置成尖形、矩形凹槽或開口三角形。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步地說明實施例1如圖1、2、3所示，本發(fā)明的齒槽式復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)，它包括聚氯乙烯泡沫材質(zhì)的芯材1，在芯材1的上下表面開有正交布置的尖形凹槽3，凹槽3內(nèi)灌有環(huán)氧樹脂，在芯材1的上下表面均鋪設(shè)有兩層雙軸向碳纖維布層，與環(huán)氧樹脂形成碳纖維的面板2。
實施例2本發(fā)明的齒槽式復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)，它包括聚氨酯泡沫材質(zhì)的芯材1，在芯材1的上下表面開有相互平行的橫向矩形凹槽3和相互平行的縱向矩形凹槽3，但橫向矩形凹槽3和縱向矩形凹槽3呈銳角相交，凹槽3內(nèi)灌有乙烯基樹脂，在芯材1的上表面鋪設(shè)有三層四軸向玻璃纖維布層，在芯材1的下表面兩層芳綸纖維布層，纖維布層與乙烯基樹脂固化成面板2。
如實施例1所述，但在開凹槽3時，可根據(jù)受力需要，凹槽3的數(shù)目與排列方式可靈活控制。
實施例3本發(fā)明的齒槽式復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)，它包括泡桐木材質(zhì)的芯材1，在芯材1的上下表面開正交的開口三角形凹槽3，凹槽3內(nèi)灌有酚醛樹脂，在芯材1的上、下表面均鋪設(shè)有鋁質(zhì)的面板2。
如實施例1、2所述，但布置于芯材1上下表面的面板2的厚度可一致，也可不一致。
上述齒槽式復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)的制備方法如下a.在泡沫(包括聚氨酯、聚氯乙烯、碳泡沫等)和輕木(包括Balsa木、泡桐木、杉木、橡木、膠合板等)芯材1的上下表面開正交布置的凹槽3(槽的形狀可包括尖形、矩形、開口三角形等)；b.處理完畢的芯材1可根據(jù)構(gòu)件需要加工成梁、板、殼形狀；c.將一層或多層纖維布(包括單軸向、雙軸向或多軸向的碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維以及雜交纖維布等)即面板2鋪設(shè)于芯材1的上下表面，并整體置于真空袋或模具中；d.通過真空袋成型工藝、真空導(dǎo)入成型工藝或RTM成型工藝將樹脂(包括不飽和聚酯、乙烯基樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等)灌入到真空袋或模具中，根據(jù)需要，可在常溫常壓或高溫高壓情況下將樹脂固化，待樹脂固化成型后，取出構(gòu)件；e.其中，步驟c，d也可由本步驟代替將已成型的纖維板(包括玻璃纖維板、碳纖維板、芳綸纖維板等)或金屬板(包括鋁板、鋼板等)通過手糊工藝或真空袋工藝成型，通過樹脂等膠粘劑將面板2與芯材1相粘接。
此時，填滿樹脂的凹槽3可明顯增強面板2與芯材1之間的抗剝離能力，即可獲得新型的齒槽式復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)。
其中芯材1的種類與高度、凹槽3的形狀、尺寸、布置位置與排列方式、面板2的種類與厚度，纖維布的鋪設(shè)方向與層數(shù)、樹脂的種類均可根據(jù)需要靈活調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種齒槽式復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)，它包括芯材(1)、面板(2)，其特征在于在芯材(1)的上下表面開有網(wǎng)格狀的凹槽(3)，在芯材(1)的上下表面通過樹脂鋪設(shè)有面板(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒槽式復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的凹槽(3)為平行或相交布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的齒槽式復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的凹槽(3)為正交布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的齒槽式復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的凹槽(3)為尖形、矩形或開口三角形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒槽式復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的芯材(1)的材質(zhì)采用聚氨酯泡沫、聚氯乙烯泡沫、碳泡沫、Balsa木、泡桐木、杉木、橡木或膠合板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒槽式復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的面板(2)為纖維面板或金屬面板。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的齒槽式復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的纖維面板為單軸向、雙軸向或多軸向的碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維以及雜交纖維布；金屬面板為鋁板或鋼板。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒槽式復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的樹脂包括不飽和聚酯、乙烯基樹脂、環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種齒槽式復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)，它包括芯材(1)、面板(2)，其特征在于在芯材(1)的上下表面開有網(wǎng)格狀的凹槽(3)，在芯材(1)的上下表面通過樹脂鋪設(shè)有面板(2)。本發(fā)明與其他產(chǎn)品相比，其最大的特點是填滿樹脂的凹槽可明顯增強面板與芯材之間的抗剝離能力，使復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)的整體受力性能與使用效果得到明顯改善，它普遍應(yīng)用于航空航天、艦船車輛等結(jié)構(gòu)，也可應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，如屋面板、建筑模板、墻體材料等。
文檔編號E04C2/00GK101041278SQ200710021398
公開日2007年9月26日 申請日期2007年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月10日
發(fā)明者劉偉慶, 方海, 萬里 申請人:南京工業(yè)大學(xué)