制備折疊芯材的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種制備折疊芯材的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]基于折疊芯材的夾層結(jié)構(gòu)作為一種先進(jìn)復(fù)合材料，具有與蜂窩夾層結(jié)構(gòu)可比擬的綜合性能，同時(shí)又可克服蜂窩夾層結(jié)構(gòu)中常見的因冷凝水在封閉單元中累積而導(dǎo)致性能下降的缺點(diǎn)。因此，折疊芯材夾層結(jié)構(gòu)已作一種高效輕質(zhì)的新型復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域被廣泛研究，例如:歐洲10空中客車公司的VeS Co計(jì)劃就是將折疊芯材夾層結(jié)構(gòu)作為下一代飛機(jī)的機(jī)身主要材料。折疊芯材的制造技術(shù)是這種新型復(fù)合材料在研究階段以及工業(yè)應(yīng)用前必須解決的一個(gè)重要問題。目前，這種芯材的制造技術(shù)主要分為兩種:一種是以俄羅斯的嘻山技術(shù)大學(xué)為代表的變形陣列法(Transformable Matrix), KhaliulinVI, Dvoyeglazov IV.發(fā)表的《Technological problems of fabricat1n of reliefdesigns by isometric transformat1ns of thin sheet》(Trans Nanjing Univ AeronautAstronaut, 18:11-16，2001.),該技術(shù)中每一個(gè)變形陣列是由許多金屬片組成的可按照預(yù)定折疊模式變形的剛性機(jī)構(gòu)，利用上、下一對變形陣列，將夾在中間的平面板材隨著上\下陣列的運(yùn)動(dòng)而折疊到所需的形狀，如圖1所示。利用變形陣列法可以制造出幾何形狀精確的折疊芯材樣品，然而這種方法可制造的最大芯材面積有限，大約為50cmX 50cm,此外，該方法僅適用于折紋較為簡單的折疊芯材制造，對于幾何形狀復(fù)雜的折疊芯材，制作相應(yīng)的變形陣列將變得非常困難。
[0003]另一種是以美國專利文獻(xiàn)號US2007/0273077A1中美國羅格斯大學(xué)為代表的連續(xù)滾壓法。這種方法是利用一系列上下滾軸對，每一對滾軸表面刻有不同折疊階段的波紋形狀，平面板材每一次通過一對滾軸，就經(jīng)歷一次折疊，依次通過一系列滾軸，可實(shí)現(xiàn)由淺入深地形成最終的折疊形狀，如圖2所示。這種制造方法可實(shí)現(xiàn)連續(xù)制造不限長度的折疊芯材，因此適合于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。但是，這種方法所需的設(shè)備復(fù)雜、制造和維護(hù)成本昂貴，而且折疊過程中存在被折材料存在一定面內(nèi)受拉變形，如果采用纖維材料，則有可能導(dǎo)致纖維局部斷裂，由此引入的制造缺陷較多且不可控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種制備折疊芯材的裝置及方法，具有制備簡單、材料變形小、可制造的芯材面積不限、且適用于復(fù)雜折疊形狀的特點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明涉及一種制備折疊芯材的裝置，包括:底板、固定設(shè)置于底板上作為下模具的主模單元以及與主模單元形狀匹配的作為上模具的副模單元。
[0007]所述的主模單元由若干個(gè)主模子單元組成，每個(gè)主模子單元的波紋狀上表面與目標(biāo)折疊芯材中一個(gè)重復(fù)單元的幾何形狀相同，主模具子單元的底部設(shè)有與底板相連通的抽氣口，所述波紋狀上表面具有一系列通過內(nèi)部空腔與抽氣口連通的開孔。
[0008]所述的副模單元由若干個(gè)副模子單元組成，每個(gè)主模子單元的波紋狀下表面與所述波紋狀上表面形狀相匹配。
[0009]所述的主模子單元之間以及副模子單元之間均為活動(dòng)連接。
[0010]所述的波紋狀上表面可以是由四個(gè)上表面組成，每個(gè)上表面上均布若干個(gè)圓形的開孔，該開孔在主模子單元的內(nèi)部通過空腔與抽氣口相連通并進(jìn)一步連通至底板。
[0011]所述的底板為表面設(shè)有通孔陣列的平面、曲面或筒狀結(jié)構(gòu)的板材，該通孔陣列與主模子單元的底部抽氣口相對應(yīng)，從而使得主模單元固定于底板時(shí)開孔能夠與底板下方的抽氣機(jī)相連。
[0012]優(yōu)選地，上述主、副模單元通過三維打印機(jī)打印制成。
[0013]本發(fā)明涉及一種基于上述裝置的折疊芯材制造方法，包括以下步驟:
[0014]步驟一、將一個(gè)主模子單元固定到底板上，并將預(yù)浸料鋪貼于主模子單元的波紋狀上表面；
[0015]步驟二、通過底板下方設(shè)置抽氣機(jī)對主模子單元的抽氣口進(jìn)行抽氣，從而將預(yù)浸料吸附在主模子單元的上表面，從而達(dá)到預(yù)浸料與主模子單元的上表面緊密鋪貼的效果。
[0016]步驟三、將一個(gè)副模子單元按在該主模子單元的上方，從而壓實(shí)并固定預(yù)浸料已折疊部分，即制成一個(gè)重復(fù)單元。
[0017]步驟四、重復(fù)步驟一至步驟三，直至達(dá)到所需的折疊芯材的面積，然后將預(yù)浸料連同主、副模單元一同進(jìn)行固化，固化完成后即得折疊芯材。
[0018]優(yōu)選地，上述預(yù)浸料為碳纖維布、玻璃纖維布、芳綸布；進(jìn)一步優(yōu)選為高強(qiáng)碳纖維布或高強(qiáng)玻璃纖維布。
[0019]所述的固化是指:將預(yù)浸料連同模具置于溫度預(yù)設(shè)好的恒溫箱內(nèi)，使得樹脂材料與固化劑充分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終形成固體聚合物的過程。
[0020]本發(fā)明涉及上述方法制備得到的折疊芯材的應(yīng)用，將其用于制造包括但不限于:飛機(jī)機(jī)翼內(nèi)襯、飛機(jī)艙門、行李箱、機(jī)艙隔板、機(jī)艙甲板等部位的夾層材料，或者作為復(fù)合材料機(jī)身殼體的芯材等。
【附圖說明】
[0021]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中變形陣列法示意圖。
[0022]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中連續(xù)滾壓法示意圖。
[0023]圖3為基于折疊芯材的復(fù)合材料機(jī)身殼體示意圖。
[0024]圖4為主模單元示意圖；
[0025]圖中:(a)為正視圖；(b)為后視圖；
[0026]圖5為副模單元示意圖；
[0027]圖中:(a)為正視圖；(b)為后視圖；
[0028]圖6為底板示意圖；
[0029]圖中:1主模單元、2上表面、3開孔、4側(cè)面、5下表面、6底部突起、7抽氣口、8副模單元、9上表面、10側(cè)面、11下表面、12底板、13通孔。
[0030]圖7為實(shí)施例中制備過程示意圖；
[0031]圖中:a為將第一個(gè)主模單元安裝于底板上；b為將第一個(gè)副模單元固定于主模單元上；c為將第二個(gè)主模