專利名稱：一種纖維增強(qiáng)三維夾芯復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種纖維增強(qiáng)三維夾芯復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
自二十世紀(jì)四十年代開始，低密度三維夾芯層料復(fù)合材料就被廣泛地應(yīng)用于航空航天、船舶、交通、建筑、能源等領(lǐng)域。三維夾芯復(fù)合材料可提高彎曲強(qiáng)度、降低重量，具有相同負(fù)荷能力的夾層結(jié)構(gòu)要比實(shí)體層狀結(jié)構(gòu)輕好幾倍。三維夾芯復(fù)合材料能夠降低單位體積的成本、削弱噪音與震動(dòng)、增加耐熱、抗疲勞和防火性能等。三維夾芯復(fù)合材料的作用機(jī)理是將剪切力從表皮層傳向內(nèi)層，使兩個(gè)表皮層在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)載荷下都能保持穩(wěn)定，并且吸收沖擊能來提供抗破壞性能。目前市場上的三維夾芯復(fù)合材料通常是采用厚度較小、強(qiáng)度高、剛度大的材料作為面層，采用密度小、厚度較大、能承受一定剪切力的材料作為芯層，再用膠接的方法將面層和芯層連接起來。這種三維夾芯復(fù)合材料的主要特點(diǎn)是抗彎剛度大，可在結(jié)構(gòu)質(zhì)量較小的情況下承受較大的彎曲載荷，具有較高的抗彎剛度和質(zhì)量比。但是，當(dāng)其受到?jīng)_擊時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致面層與芯層之間發(fā)生脫落、面層損傷、芯層塌陷、整體貫穿；或者當(dāng)面層破壞后導(dǎo)致水或其他物質(zhì)滲入芯層，從而使芯層結(jié)構(gòu)失效。另外，這種三維夾芯復(fù)合材料的受損修復(fù)也比較困難，而且即使修復(fù)后其功能也不能完全恢復(fù)。為了提高三維夾芯復(fù)合材料的整體性能，采用穿刺、縫合等工藝在面層與芯層之間引入Z向纖維。這種制作工藝雖然提高了三維夾芯復(fù)合材料的剪切、彎曲、抗沖擊等強(qiáng)度，但由于其加工復(fù)雜、效率較低，無法進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)。近年來出現(xiàn)的三維整體夾芯織物增強(qiáng)復(fù)合材料，所采用的三維預(yù)制件，其上增強(qiáng)層和下增強(qiáng)層在芯層填充之前即已連接。這就使得后期芯層的填充工藝變得相當(dāng)復(fù)雜且困難。同時(shí)，該復(fù)合材料的三維預(yù)制體由于受織造工藝的限制，其總體高度、面層厚度與層數(shù)有限，從而也限制了該類結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的三維夾芯復(fù)合材料整體性能強(qiáng)的成本高、 制作過程復(fù)雜且難度高，成本低、容易制作的三維夾芯復(fù)合材料，整體性能差。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種纖維增強(qiáng)三維夾芯復(fù)合材料，包括至少兩層的纖維增強(qiáng)層，以及至少一層的芯層，所述芯層位于兩相鄰纖維增強(qiáng)層之間；前述纖維增強(qiáng)層與芯層的接觸面上均設(shè)有經(jīng)樹脂浸潤后的毛圈，所述毛圈嵌入芯層的基體內(nèi)。將帶毛圈的纖維增強(qiáng)層放入樹脂中浸潤后，毛圈與纖維增強(qiáng)層的表面基本垂直， 使毛圈可以深入到中間芯層的基體中，從而使各連接層間的剪切強(qiáng)度、抗沖擊性能和壓縮性能都得到了很大的提高；前述毛圈一般通過梳理纖維增強(qiáng)層表面得到，即毛圈與纖維增強(qiáng)層材質(zhì)一樣。為進(jìn)一步加強(qiáng)復(fù)合材料的整體性能，所述毛圈均勻設(shè)置在纖維增強(qiáng)層與芯層的接觸面上，其高度為2 40mm，平面密度為I 200根/cm2。[0012]作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，所述芯層為發(fā)泡材料或蜂窩材料。所述芯層采用發(fā)泡材料時(shí)，芯層厚度為5 100mm。所述芯層采用蜂窩材料時(shí),芯層厚度為5 40mm。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、制作工藝簡單、成本低、面層與芯層不易分離，且 產(chǎn)品的力學(xué)性能好。
圖I纖維增強(qiáng)層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I的A向視圖；圖3為實(shí)施例I結(jié)構(gòu)I的示意圖；圖4為圖3的A向視圖；圖5為實(shí)施例I結(jié)構(gòu)2的示意圖；圖6為圖5的A向視圖；圖7為蜂窩材料的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為圖7的A向視圖；圖9為實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為圖9的A向視圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。實(shí)施例I (芯層采用泡沫材料)如圖1-4所示，本實(shí)用新型包括兩層經(jīng)樹脂浸潤和固化的纖維增強(qiáng)層I、一層芯層 3，所述芯層3位于兩纖維增強(qiáng)層I之間；纖維增強(qiáng)層I與芯層3的接觸面上設(shè)有毛圈2，毛 圈2嵌入到發(fā)泡芯層3的基體中，這樣，兩層纖維增強(qiáng)層I通過其表面的毛圈2與芯層3相 連接。生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)，首先，將兩層設(shè)有毛圈2的纖維增強(qiáng)層I浸入酚醛樹脂中浸潤，浸潤 完畢后取出，然后，在兩層纖維增強(qiáng)層I之間填充酚醛泡沫材料，形成芯層3 ;在纖維增強(qiáng)層 I和芯層3固化后，纖維增強(qiáng)層I表面的毛圈2即嵌入到發(fā)泡芯層3膨脹的基體中，芯層膨 脹后的厚度為100mm,毛圈嵌入芯層中的厚度為40mm,毛圈的平面密度為80根/cm2。如圖5-6所示，本實(shí)用新型包括三層經(jīng)樹脂浸潤和固化的纖維增強(qiáng)層I、兩層芯層 3，每兩層纖維增強(qiáng)層I之間夾有一層芯層3 ;纖維增強(qiáng)層I與芯層3的接觸面上設(shè)有毛圈 2，毛圈2嵌入到發(fā)泡芯層3的基體中，達(dá)到纖維增強(qiáng)層I與芯層3連接的目的。生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)，首先，將三層設(shè)有毛圈2的纖維增強(qiáng)層I浸入酚醛樹脂中浸潤，浸潤 完畢后取出，然后，在各相鄰兩層纖維增強(qiáng)層I之間填充酚醛泡沫材料，形成兩層芯層3 ;在 纖維增強(qiáng)層I和芯層3固化后，三層纖維增強(qiáng)層I表面的毛圈2即嵌入到發(fā)泡芯層3膨脹 的基體中，芯層膨脹后的厚度為80mm，第一層和第三層纖維增強(qiáng)層表面的毛圈嵌入芯層中 的厚度為30mm，第二層纖維增強(qiáng)層表面的毛圈嵌入芯層中的厚度為20mm，毛圈的平面密度 為 80 根/cm2。上述復(fù)合材料還可包括四層及四層以上經(jīng)樹脂浸潤和固化的纖維增強(qiáng)層。實(shí)施例2 (芯層采用蜂窩材料)如圖7-10所示，一種纖維增強(qiáng)三維夾芯復(fù)合材料，該復(fù)合材料包括兩層經(jīng)樹脂浸潤和固化的纖維增強(qiáng)層I和夾在纖維增強(qiáng)層I之間的芯層3 ;纖維增強(qiáng)層I與芯層3的接觸面上設(shè)有毛圈2，毛圈2嵌入到蜂窩芯層3的基體中，這樣，兩層纖維增強(qiáng)層I通過其表面的毛圈2與芯層3相連接。生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)，將兩層設(shè)有毛圈2的纖維增強(qiáng)層I浸入環(huán)氧樹脂中浸潤；選擇厚度為 40mm的鋁蜂窩作為芯層3，并在其上下兩個(gè)層面各涂覆一層環(huán)氧樹脂膠衣；將兩層纖維增強(qiáng)層I貼覆在芯層3的上下兩面，待纖維增強(qiáng)層I固化后，纖維增強(qiáng)層I表面的毛圈2即嵌入到蜂窩芯層3的基體中，毛圈2嵌入芯層3基體中的厚度為10mm，毛圈的平面密度為100 根 /cm2。上述復(fù)合材料還可包括三層及三層以上經(jīng)樹脂浸潤和固化的纖維增強(qiáng)層。
權(quán)利要求1.一種纖維增強(qiáng)三維夾芯復(fù)合材料，包括至少兩層的纖維增強(qiáng)層(1)，以及至少一層的芯層(3)，所述芯層(3)位于兩相鄰纖維增強(qiáng)層(I)之間；其特征在于，前述纖維增強(qiáng)層(I)與芯層(3)的接觸面上均設(shè)有經(jīng)樹脂浸潤后的毛圈(2)，所述毛圈(2)嵌入芯層(3)的基體內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種纖維增強(qiáng)三維夾芯復(fù)合材料，其特征在于，所述毛圈(3) 均勻設(shè)置在纖維增強(qiáng)層(I)與芯層(3)的接觸面上，其高度為2 40mm，平面密度為I 200 根 /cm2。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種纖維增強(qiáng)三維夾芯復(fù)合材料，其特征在于，所述芯層(3)為發(fā)泡材料或蜂窩材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種纖維增強(qiáng)三維夾芯復(fù)合材料，其特征在于，所述芯層(3) 采用發(fā)泡材料時(shí)，芯層(3)厚度為5 100mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種纖維增強(qiáng)三維夾芯復(fù)合材料，其特征在于，所述芯層(3) 采用蜂窩材料時(shí)，芯層(3)厚度為5 40mm。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種纖維增強(qiáng)三維夾芯復(fù)合材料，包括至少兩層的纖維增強(qiáng)層，以及至少一層的芯層，所述芯層位于兩相鄰纖維增強(qiáng)層之間；前述纖維增強(qiáng)層與芯層的接觸面上均設(shè)有經(jīng)樹脂浸潤后的毛圈，所述毛圈嵌入芯層的基體內(nèi)。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、制作工藝簡單、成本低、面層與芯層不易分離，且產(chǎn)品的力學(xué)性能好。
文檔編號(hào)B32B27/12GK202344963SQ201120429248
公開日2012年7月25日 申請日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月3日
發(fā)明者匡寧, 張艷紅, 王曉文, 鄭云, 馬健 申請人:中材科技股份有限公司