一種準三維增強的復(fù)合材料點陣夾層結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，涉及復(fù)合材料點陣夾層板構(gòu)件性能增強技術(shù)，具體為一種準三維增強的復(fù)合材料點陣夾層結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]以纖維增強樹脂基復(fù)合材料為代表的先進復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高強、高模量、耐疲勞、抗腐蝕、結(jié)構(gòu)功能一體化和設(shè)計制造一體化、易于成型大型構(gòu)件等突出優(yōu)點，已在航空、航天等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。但纖維增強樹脂基復(fù)合材料夾層板面芯結(jié)合性能較弱，在一定程度上限制了其應(yīng)用。
[0003]復(fù)合材料點陣夾層板的芯材在點陣夾層結(jié)構(gòu)中所起到的作用主要有:第一，支撐作用，支撐上、下面板，使結(jié)構(gòu)的抗彎剛度提高;第二，傳遞載荷的作用，點陣芯子將某一塊面板或某一個局部區(qū)域受到的載荷傳遞給另外一塊面板或其他區(qū)域，使結(jié)構(gòu)載荷分布均勻，盡量避免應(yīng)力集中現(xiàn)象;第三，減輕重量的作用，點陣芯子較高的孔隙率可以降低結(jié)構(gòu)的重量。因此，需要芯子具有一定的連續(xù)性，同時由于面板和芯子之間存在傳力界面，要求具有較高的面芯結(jié)合強度。研究者們對多種點陣芯子和泡沫夾芯材料進行了研究，如復(fù)合材料蜂窩、PMI或PVC泡沫、多種不同形狀的格柵結(jié)構(gòu)，以及三維點陣芯子等。普遍存在的問題有:面芯間膠層的粘接強度較低，易出現(xiàn)面芯脫粘;蜂窩夾層結(jié)構(gòu)維護修理的要求較高，面板服役中出現(xiàn)的裂隙會使水或水汽進入蜂窩中，在低溫下結(jié)冰膨脹會破壞蜂窩孔格的粘接，降低了夾層結(jié)構(gòu)的性能;格柵結(jié)構(gòu)制作工藝復(fù)雜，制作成本高昂；部分格柵結(jié)構(gòu)在厚度方向上的不對稱性會引起結(jié)構(gòu)的翹曲變形，影響使用。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的技術(shù)目的是針對現(xiàn)有的纖維增強樹脂基復(fù)合材料點陣夾層結(jié)構(gòu)面芯粘接強度較弱的問題，提供了一種準三維增強的復(fù)合材料點陣夾層結(jié)構(gòu)及制作方法。
[0005]為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實用新型提供的技術(shù)方案為:
[0006]—種準三維增強的復(fù)合材料點陣夾層結(jié)構(gòu)，其由纖維布與編織點陣芯子構(gòu)成，編織點陣芯子由纖維布條帶按正交方式縱橫穿插編織而成，纖維布條帶之間有立方體泡沫作為芯子，所述準三維增強的復(fù)合材料點陣夾層結(jié)構(gòu)的長度為[ml+xt(m-l)]，所述結(jié)構(gòu)寬度為[nl+xt(n-l)]，所述結(jié)構(gòu)高度為[2t(x+y)+l]，其中:m、n分別為橫向、縱向立方體泡沫數(shù)，I為立方體泡沫邊長，x、y分別為點陣芯子和面板鋪層數(shù)，t為單層纖維布厚度。
[0007]所述纖維布的纖維為玻璃纖維或碳纖維。
[0008]—種準三維增強的復(fù)合材料點陣夾層結(jié)構(gòu)，其由預(yù)浸料與編織點陣芯子構(gòu)成，編織點陣芯子由預(yù)浸料條帶按正交方式縱橫穿插編織而成，預(yù)浸料條帶之間有立方體泡沫作為芯子，所述結(jié)構(gòu)的長度為[ml+xt(m-l)]，所述結(jié)構(gòu)寬度為[nl+xt(n-l)]，所述結(jié)構(gòu)高度為[2t(x+y)+l]，其中:m、n分別為橫向、縱向立方體泡沫數(shù)，I為立方體泡沫邊長，x、y分別為點陣芯子和面板鋪層數(shù)，t為單層預(yù)浸料厚度。
[0009]所述預(yù)浸料為玻璃纖維增強樹脂基預(yù)浸料或碳纖維增強樹脂基預(yù)浸料。
[0010]一種準三維增強的復(fù)合材料點陣夾層結(jié)構(gòu)制作方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0011]I)確定點陣夾層結(jié)構(gòu)由m行、η列立方體泡沫芯子及纖維布條帶和上、下面板纖維布組成，m、n為非O自然數(shù)，芯子鋪層數(shù)為X層，面板鋪層數(shù)為y層;單層纖維布厚度為t，立方體泡沫芯子邊長為I，目標點陣夾層結(jié)構(gòu)的總長度為[ml+xt(m-l)]，總寬度為[nl+xt(n-1)]，高度為[2t(x+y)+l];
[0012]2)根據(jù)目標結(jié)構(gòu)尺寸將纖維布原材料裁切成寬度為I的矩形條帶，縱向纖維布條帶長度大于(2m-l) I，橫向條帶長度大于(2n-l) I，將X層裁切好的矩形條帶整齊疊放在一起;將泡沫板裁切成(m*n)個邊長為I的正方體，作為目標結(jié)構(gòu)中間夾芯的支撐芯子，準備一塊與目標結(jié)構(gòu)同尺寸的帶孔鋼板，鋼板上縱向、橫向孔間距為20mm，孔徑為3mm;
[0013]3)將裁切并疊放整齊的m條纖維矩形條帶分別繞過m行的η個立方體泡沫芯子，并相互固定，纖維布條帶呈連續(xù)的“弓”字形，形成m個纖維布條帶與立方體泡沫芯子的組合體；
[0014]4)將步驟3)中制作完成的m個纖維條帶與芯子的組合體正反交錯排列，將η條橫向排列整齊的矩形纖維布條帶的一端固定，從第一排纖維芯子組合體的“弓”字形開口處穿過并抽緊，使纖維與泡沫芯子緊密貼合并固定后，將其穿過第二排反面排列的纖維芯子組合體的“弓”字形開口處，抽緊纖維并固定，如此依次編織其后各列，直至縱向與橫向纖維與泡沫芯子相對固定并緊密貼合無空隙，即形成所述目標結(jié)構(gòu)的中間夾芯；
[0015]5)按照VARI工藝要求，在玻璃平板上按順序鋪設(shè)脫模布、下面板纖維布、中間夾芯、上面板纖維布、脫模布、隔離膜、導(dǎo)流網(wǎng)，鋪放完成后在導(dǎo)流網(wǎng)上方放置帶孔鋼板，并鋪放第二層導(dǎo)流網(wǎng)，連接好真空栗抽氣口和注膠口后，鋪放真空袋膜并密封，抽氣達到一定真空度并保壓一段時間后進行注膠固化。
[0016]一種準三維增強的復(fù)合材料點陣夾層結(jié)構(gòu)制作方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0017]I)確定點陣夾層結(jié)構(gòu)由m行、η列立方體泡沫芯子及預(yù)浸料條帶和上、下面板預(yù)浸料組成，m、n為非O自然數(shù)，芯子鋪層數(shù)為X層，面板鋪層數(shù)為y層;單層預(yù)浸料厚度為t，立方體泡沫芯子邊長為I，目標點陣夾層結(jié)構(gòu)的總長度為[ml+xt(m-l)]，總寬度為[nl+xt(n-1)]，高度為[2t(x+y)+l];
[0018]2)根據(jù)目標結(jié)構(gòu)尺寸將預(yù)浸料原材料裁切成寬度為I的矩形條帶，縱向預(yù)浸料條帶長度大于(2m-l) I，橫向條帶長度大于(2n-l) I，將X層裁切好的矩形條帶整齊疊放在一起;將泡沫板裁切成(m*n)個邊長為I的正方體，作為目標結(jié)構(gòu)中間夾芯的支撐芯子，準備一塊與目標結(jié)構(gòu)同尺寸的帶孔鋼板，鋼板上縱向、橫向孔間距為20mm，孔徑為3mm;
[0019]3)將裁切并疊放整齊的m條預(yù)浸料矩形條帶分別繞過m行的η個立方體泡沫芯子，并相互固定，預(yù)浸料條帶呈連續(xù)的“弓”字形，形成m個預(yù)浸料條帶與立方體泡沫芯子的組合體；
[0020]4)將步驟3)中制作完成的m個預(yù)浸料條帶與芯子的組合體正反交錯排列，將η條橫向排列整齊的矩形預(yù)浸料條帶的一端固定，從第一排預(yù)浸料芯子組合體的“弓”字形開口處穿過并抽緊，使預(yù)浸料與泡沫芯子緊密貼合并固定后，將其穿過第二排反面排列的預(yù)浸料芯子組合體的“弓”字形開口處，抽緊預(yù)浸料并固定，如此依次編織其后各列，直至縱向與橫向預(yù)浸料與泡沫芯子相對固定并緊密貼合無空隙，即形成所述目標結(jié)構(gòu)的中間夾芯；
[0021]5)按照VARI工藝要求，在玻璃平板上按順序鋪設(shè)脫模布、下面板預(yù)浸料、中間夾芯、上面板預(yù)浸料、脫模布，鋪放真空袋膜，密封并抽真空后直接固化。
[0022]本實用新型方案中，所述“縱”、“橫”、“正”、“反”僅為相對參照，并非對絕對方位的限定，會隨著參照物的選取而變化。
[0023]本實用新型一種準三維增強的復(fù)合材料點陣夾層結(jié)構(gòu)巧妙地利用了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的可設(shè)計性，采用新的交錯鋪層方式進行合理的鋪層設(shè)計，設(shè)計出一種新的準三維點陣夾芯結(jié)構(gòu)。相比于一般的夾層結(jié)構(gòu)、格柵結(jié)構(gòu)，具有以下優(yōu)點:
[0024]I)—種準三維增強的復(fù)合材料點陣夾層結(jié)構(gòu)在制作中一次固化成型，面板與鋪層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)間的粘接強度比使用膠膜粘接的夾層結(jié)構(gòu)的粘接強度更高；
[0025]2)相比于一般的夾層結(jié)構(gòu)和格柵結(jié)構(gòu)，一種準三維增強的復(fù)合材料點陣夾層結(jié)構(gòu)的面板和芯材之間的粘接面積更大，粘接面積等于面板面積，面芯粘接強度更高；
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