本發(fā)明涉及一種夾芯板復(fù)合材料及其制備方法，尤其是一種采用變密度網(wǎng)格狀樹脂芯增強(qiáng)的輕質(zhì)復(fù)合材料及其成型方法。

背景技術(shù)：

在各種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中，夾芯結(jié)構(gòu)的應(yīng)用歷史最悠久，應(yīng)用范圍非常廣泛。低密度夾芯結(jié)構(gòu)(如泡沫、輕木等)與普通單一材料相比不僅具有比強(qiáng)度高，比剛度大等特點(diǎn)，一般還具有隔音、隔熱和減振等功能特性。但是低密度芯材的材料學(xué)性能相對(duì)較低，為了改善芯材的力學(xué)性能，提高夾芯結(jié)構(gòu)面板和芯材的界面性能，進(jìn)而提高夾芯結(jié)構(gòu)的整體力學(xué)性能，國(guó)外研究人員首先提出了若干種夾芯沿厚度方向的增強(qiáng)技術(shù)，以提高夾芯結(jié)構(gòu)的平壓性能、剪切性能和面芯界面的粘接性能，如z-pin技術(shù)、縫紉技術(shù)等。z-pin技術(shù)是在已經(jīng)制備好的夾芯結(jié)構(gòu)上打入細(xì)長(zhǎng)的支柱，通常是鋼釘或者纖維柱，甚至是鈦桿，從而可以提高夾芯結(jié)構(gòu)面板的層間性能和橫向抗壓性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，滿足不同部位力學(xué)性能要求，提供一種變密度網(wǎng)格增強(qiáng)芯復(fù)合材料。

本發(fā)明的另一目的是提供一種變密度網(wǎng)格增強(qiáng)芯復(fù)合材料的制備方法。

技術(shù)方案：為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種變密度網(wǎng)格增強(qiáng)芯復(fù)合材料，包括外蒙皮、內(nèi)蒙皮和芯材，所述芯材位于外蒙皮和內(nèi)蒙皮之間，所述芯材包括多個(gè)網(wǎng)格，不同區(qū)域的網(wǎng)格密度不同。

進(jìn)一步的，所述芯材包括標(biāo)準(zhǔn)區(qū)、過渡區(qū)和增強(qiáng)區(qū)，所述過渡區(qū)位于標(biāo)準(zhǔn)區(qū)與增強(qiáng)區(qū)之間，標(biāo)準(zhǔn)區(qū)網(wǎng)格芯密度小于過渡區(qū)網(wǎng)格芯密度，過渡區(qū)網(wǎng)格芯密度小于增強(qiáng)區(qū)網(wǎng)格芯密度。

進(jìn)一步的，所述網(wǎng)格為縱橫交錯(cuò)的網(wǎng)格或不規(guī)則網(wǎng)格。

進(jìn)一步的，芯材為pvc泡沫或輕木材料。

進(jìn)一步的，所述芯材為添加有石墨烯的復(fù)合材料，其中石墨烯含量(質(zhì)量比)為0.05％～0.1％。

進(jìn)一步的，所述外蒙皮和內(nèi)蒙皮采用碳纖維、kevlar纖維、超高分子量聚乙烯纖維、pbo纖維中的一種或多種，外蒙皮和內(nèi)蒙皮的最表層為碳纖維。

進(jìn)一步的，所述外蒙皮和內(nèi)蒙皮為對(duì)稱的鋪層結(jié)構(gòu)，由多層纖維布交叉鋪設(shè)，從外層至里層分別為0°纖維布、-45°纖維布、90°纖維布、+45°纖維布布紋方向，纖維布鋪層厚度為0.5～3mm。

一種變密度網(wǎng)格增強(qiáng)芯復(fù)合材料的制備方法，芯材的網(wǎng)格是通過設(shè)置溝槽、溝槽內(nèi)導(dǎo)入樹脂來實(shí)現(xiàn)的，溝槽采用刀切或鋸切，溝槽的寬度為0.5～3mm，深度為芯材厚度的60％～80％。

進(jìn)一步的，所述外蒙皮、內(nèi)蒙皮和芯材通過真空導(dǎo)入樹脂成型。

進(jìn)一步的，根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變分布圖設(shè)置芯材的不規(guī)則網(wǎng)格。

本發(fā)明的有益效果在于：(1)、芯材為一種變密度網(wǎng)格增強(qiáng)芯，不同部位的網(wǎng)格密度不同，可根據(jù)需要設(shè)置不同區(qū)域的網(wǎng)格密度，滿足不同部位的力學(xué)性能要求；(2)、將復(fù)合材料面板、芯層和增強(qiáng)構(gòu)件一體成型，極大地簡(jiǎn)化了材料制備流程、提高了材料生產(chǎn)效率，更重要的是這種一體成型提高了面板、芯材和增強(qiáng)構(gòu)件各個(gè)結(jié)構(gòu)之間的連接性能；(3)、本發(fā)明采用高強(qiáng)度纖維材料，通過多層纖維布交叉鋪設(shè)，能大大提高蒙皮強(qiáng)度；(4)、本發(fā)明的復(fù)合材料重量輕、強(qiáng)度高，具有良好的可設(shè)計(jì)性，適用于制作各個(gè)部位力學(xué)性能要求不同的產(chǎn)品，如車廂體、設(shè)備箱組等。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體示意圖；

圖2為變密度網(wǎng)格增強(qiáng)芯結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為蒙皮材料鋪層結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的進(jìn)一步擴(kuò)展方案示意圖。

圖中：1-外蒙皮、2-內(nèi)蒙皮、3-變密度網(wǎng)格增強(qiáng)芯、101-0°纖維布、102--45°纖維布、103-90°纖維布、104-+45°纖維布、a區(qū)-標(biāo)準(zhǔn)區(qū)、b區(qū)-過渡區(qū)、c區(qū)-增強(qiáng)區(qū)、31-標(biāo)準(zhǔn)區(qū)網(wǎng)格芯、32-過渡區(qū)網(wǎng)格芯、33-增強(qiáng)區(qū)網(wǎng)格芯、301-a\b區(qū)界線、302-b\c區(qū)界線。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。

如圖1至4所示，變密度網(wǎng)格增強(qiáng)芯復(fù)合材料包括外蒙皮1、內(nèi)蒙皮2和芯材3，所述芯材3位于外蒙皮1和內(nèi)蒙皮2之間，所述芯材3包括多個(gè)網(wǎng)格，不同區(qū)域的網(wǎng)格密度不同，其中芯材為一種可根據(jù)需要設(shè)置的變密度網(wǎng)格增強(qiáng)芯3，滿足不同部位的力學(xué)性能要求。

通常情況下，為工藝實(shí)施的方便性，所述的變密度網(wǎng)格增強(qiáng)芯3可劃分為標(biāo)準(zhǔn)區(qū)(a)、過渡區(qū)(b)和增強(qiáng)區(qū)(c)三個(gè)區(qū)域，標(biāo)準(zhǔn)區(qū)(a)網(wǎng)格芯31、過渡區(qū)(b)網(wǎng)格芯32和增強(qiáng)區(qū)(c)網(wǎng)格芯33，標(biāo)準(zhǔn)區(qū)(a)和過渡區(qū)(b)分界線301，過渡區(qū)(b)和增強(qiáng)區(qū)(c)分界線302，圖中的分界線301和302是為了方便區(qū)分不同區(qū)域示意出來的分界線，實(shí)際上并不存在。本實(shí)施例僅采用縱橫交錯(cuò)的網(wǎng)格劃分方法。所述過渡區(qū)位于標(biāo)準(zhǔn)區(qū)與增強(qiáng)區(qū)之間，標(biāo)準(zhǔn)區(qū)網(wǎng)格芯31密度小于過渡區(qū)網(wǎng)格芯32密度，過渡區(qū)網(wǎng)格芯32密度小于增強(qiáng)區(qū)網(wǎng)格芯33密度。如有必要，也可以根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變分布圖來設(shè)置復(fù)雜的不規(guī)則網(wǎng)格，如圖4所示。

所述的復(fù)合材料外蒙皮1、內(nèi)蒙皮2和芯材3通過真空導(dǎo)入樹脂成型；外蒙皮1和內(nèi)蒙皮2采用對(duì)稱的鋪層結(jié)構(gòu)，芯材3為pvc泡沫或輕木等輕質(zhì)材料。

所述芯材3的網(wǎng)格是通過設(shè)置溝槽、溝槽內(nèi)導(dǎo)入樹脂來實(shí)現(xiàn)的，溝槽可采用刀切或鋸切，溝槽的寬度和深度可根據(jù)結(jié)構(gòu)要求確定，一般寬度為0.5～3mm，深度為芯材3厚度的60％～80％。

所述的芯材3樹脂材料還可以為一種添加有石墨烯的復(fù)合材料，其中石墨烯含量(質(zhì)量比)為0.05％～0.1％。該復(fù)合材料重量輕、強(qiáng)度高，具有良好的可設(shè)計(jì)性，適用于制作各個(gè)部位力學(xué)性能要求不同的產(chǎn)品，如車廂體、設(shè)備箱組等。

所述外蒙皮1和內(nèi)蒙皮2采用纖維材料鋪層結(jié)構(gòu)，纖維材料為碳纖維、kevlar纖維、超高分子量聚乙烯纖維或pbo纖維，可根據(jù)需要選用其中的一種或多種，外蒙皮1和內(nèi)蒙皮2的最表層一般為碳纖維。

所述外蒙皮1和內(nèi)蒙皮2由多層纖維布交叉鋪設(shè)，從外層至里層分別為0°纖維布101、-45°纖維布102、90°纖維布103、+45°纖維布104布紋方向，纖維布鋪層厚度為0.5～3mm。采用高強(qiáng)度纖維材料，通過多層纖維布交叉鋪設(shè)，能大大提高蒙皮強(qiáng)度。

本專利與現(xiàn)有的z-pin技術(shù)不同，增強(qiáng)構(gòu)件并不是在制備好的夾芯結(jié)構(gòu)上打入進(jìn)去的，而是在材料制備過程中，將復(fù)合材料面板、芯層和增強(qiáng)構(gòu)件一體成型，極大地簡(jiǎn)化了材料制備流程、提高了材料生產(chǎn)效率，更重要的是這種一體成型提高了面板、芯材和增強(qiáng)構(gòu)件各個(gè)結(jié)構(gòu)之間的連接性能。同時(shí)還可以根據(jù)需要設(shè)置不同部位的增強(qiáng)網(wǎng)格密度，滿足不同部位的力學(xué)性能要求。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種變密度網(wǎng)格增強(qiáng)芯復(fù)合材料及其制備方法，包括外蒙皮、內(nèi)蒙皮和芯材，所述芯材位于外蒙皮和內(nèi)蒙皮之間，所述芯材包括多個(gè)網(wǎng)格，不同區(qū)域的網(wǎng)格密度不同。其中芯材為一種可根據(jù)需要設(shè)置的變密度網(wǎng)格增強(qiáng)芯，滿足不同部位的力學(xué)性能要求。本發(fā)明將復(fù)合材料面板、芯層和增強(qiáng)構(gòu)件一體成型，簡(jiǎn)化了材料制備流程、提高了材料生產(chǎn)效率，提高了面板、芯材和增強(qiáng)構(gòu)件各個(gè)結(jié)構(gòu)之間的連接性能；可根據(jù)需要設(shè)置不同區(qū)域的網(wǎng)格密度，滿足不同部位的力學(xué)性能要求；通過多層高強(qiáng)度纖維布交叉鋪設(shè)，能大大提高蒙皮強(qiáng)度；芯材所采用的復(fù)合材料重量輕、強(qiáng)度高，具有良好的可設(shè)計(jì)性，適用于制作各個(gè)部位力學(xué)性能要求不同的產(chǎn)品。

技術(shù)研發(fā)人員：樊啟要;石小富;闞劍平;朱正柱;金文麗;汪國(guó)棟;許自力;張偉梁;周遠(yuǎn)遠(yuǎn);毛勤儉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所
技術(shù)研發(fā)日：2017.02.10
技術(shù)公布日：2017.07.07