[發明專利]一種新型點陣結構復合材料

無效

• 申請號: 201310034914.5
• 申請日: 2013-01-30
• 公開（公告）號: CN103963310A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 曹海建;錢坤;王怡潔;王俊;柯尊重;王宣慶;殷佩澄
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: B29C70/22
• 分類號: B29C70/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及一種新型點陣結構復合材料，屬于三維結構復合材料設計技術領域。

背景技術：

21世紀初，哈佛大學的Evans、劍橋大學的Ashby、MIT的Gibson等學者率先提出一種空間點陣結構材料。近年來，輕質、高強點陣結構材料已成為研究熱點之一，許多國家在對各種輕質、低密度、高性能材料的研究過程中，提出了工程化應用的要求。劍橋大學、哈佛大學的研究結果表明，在同等重量下點陣結構比無序微結構金屬泡沫有更好的力學性能，且結構可按要求進行力學優化設計，是一種理想的輕質結構材料。

利用特種立體紡織成型技術，以連續長纖維束作為桁架結構的增強骨架部分，所制備出的織物具有點陣結構的特點，織物經過樹脂復合后可形成輕質、高強的復合材料。這類點陣結構復合材料的開發，一方面滿足了承載需要的高比強度、比剛度的要求；另一方面可以實現隔熱、保溫、吸能、降噪等多功能要求。

發明內容：

本發明開發了一種新型點陣結構復合材料，不但解決了中空織物芯部的結點固結問題，而且賦予了材料結構與功能方面更多的應用。其具有輕質、高強、高模、隔熱、保溫、吸能、降噪、抗沖擊、耐腐蝕等特點，市場應用前景廣闊。本發明具體的技術解決方案是：

1.點陣結構的設計。包括：芯材紗線的走向(芯材紗線有三類，兩兩之間的紗線夾角均呈90°且在空間內無交點；三類紗線與上下兩個表面的夾角均為45°)；芯材紗線的密度(同類紗線的相鄰兩個點之間的距離為2cm)；芯材的高度(按照應用領域不同，芯材高度可設計范圍為1mm～50mm之間)。

2.原料選擇。點陣復合材料具有較強的結構可設計性，同時，其原料選用范圍也很廣，包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維、高強滌綸纖維等。本發明選用玻璃纖維為增強體、環氧樹脂為主要基體，主要考慮到玻璃纖維織物與環氧樹脂基體良好的復合性能。

3.復合材料預制件(織物)的制備。①上下表面織物的制備。選用線密度為1500tex的玻璃纖維為原料，在全自動劍桿織樣機上制織平紋結構的織物，備用；②點陣復合材料織物的制備。選用大號縫針及鉤紗器，將芯材紗線按點陣結構的規律縫編到上下表面。為了保證點陣織物的穩定性，在上下織物表面分別描繪出各體系點的分布，同時在上下表面之間嵌夾一層泡沫以固定芯材高度。

4.點陣復合材料的制備。采用手糊成型方法，將配制好的環氧樹脂體系與點陣復合材料織物進行復合成型。復合工藝：由于織物中間有泡沫，首先，在織物上表面涂覆環氧樹脂，并用刷子刷勻、壓實樹脂；其次，靜置一會后，將織物翻轉過來，在下表面涂覆環氧樹脂，并用刷子刷勻、壓實樹脂；再次，將剩余的樹脂涂在織物上，并將涂好樹脂的點陣復合材料織物放置于電熱鼓風干燥箱，烘干固化后取出；最后，將固化好的點陣復合材料去除芯層中的泡沫，即為點陣復合材料。

附圖說明：

圖1為點陣結構復合材料上、下面板對應系統點；

圖2為點陣結構復合材料示意圖；

圖3為點陣結構復合材料實物圖。

具體實施方式：

下面結合附圖對新型點陣結構復合材料的具體實施方式進行說明。

結合附圖1，點陣結構復合材料上、下面板各系統紗線的分布如下：

①第一個方向的紗線(系統點1和1”連接線方向的紗線)與上、下表面的交點有如下規律：平面內點的連線分別為水平方向和垂直于水平方向，點與點之間的距離為2cm；

②第二個方向的紗線(系統點2和2”連接線方向的紗線)與上、下表面的交點有如下規律：平面內點的連線分別為與水平方向呈30°夾角和垂直于水平方向，點與點之間的距離為2cm；

③第三個方向的紗線(系統點3和3”連接線方向的紗線)與上、下表面的交點有如下規律：平面內點的連線分別于水平方向呈20°夾角和垂直于水平方向，點與點之間的距離為2cm.織物的高度為2cm。

結合附圖2，按照附圖1所述方法縫制的點陣結構復合材料示意圖如圖2所示。上下面板對應系統點的如圖1所示，最后成形的圖如2所示。

結合附圖3，點陣結構復合材料的制備工藝：首先，在織物上表面涂覆環氧樹脂，并用刷子刷勻、壓實樹脂；其次，靜置一會后，將織物翻轉過來，在下表面涂覆環氧樹脂，并用刷子刷勻、壓實樹脂；再次，將剩余的樹脂涂在織物上，并將涂好樹脂的點陣復合材料織物放置于電熱鼓風干燥箱，烘干固化后取出；最后，將固化好的點陣復合材料去除芯層中的泡沫，即為點陣復合材料。