[發明專利]制備折疊芯材的裝置及方法

有效

• 申請號: 201310611487.2
• 申請日: 2013-11-26
• 公開（公告）號: CN104669644B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發明（設計）人: 周翔;Y·衷;汪海
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B29C70/46
• 分類號: B29C70/46
• 代理公司: 上海交達專利事務所31201
• 代理人: 王毓理,王錫麟

技術領域

本發明涉及的是一種復合材料技術領域的方法，具體是一種制備折疊芯材的裝置及方法。

背景技術

基于折疊芯材的夾層結構作為一種先進復合材料，具有與蜂窩夾層結構可比擬的綜合性能，同時又可克服蜂窩夾層結構中常見的因冷凝水在封閉單元中累積而導致性能下降的缺點。因此，折疊芯材夾層結構已作一種高效輕質的新型復合材料在航空航天領域被廣泛研究，例如：歐洲10空中客車公司的VeS?Co計劃就是將折疊芯材夾層結構作為下一代飛機的機身主要材料。折疊芯材的制造技術是這種新型復合材料在研究階段以及工業應用前必須解決的一個重要問題。目前，這種芯材的制造技術主要分為兩種：一種是以俄羅斯的喀山技術大學為代表的變形陣列法（Transformable?Matrix），Khaliulin?VI,Dvoyeglazov?IV.發表的《Technological?problems?of?fabrication?of?relief?designs?by?isometric?transformations?of?thin?sheet》（Trans?Nanjing?Univ?Aeronaut?Astronaut,18:11-16,2001.），該技術中每一個變形陣列是由許多金屬片組成的可按照預定折疊模式變形的剛性機構，利用上、下一對變形陣列，將夾在中間的平面板材隨著上/下陣列的運動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50cm×50cm，此外，該方法僅適用于折紋較為簡單的折疊芯材制造，對于幾何形狀復雜的折疊芯材，制作相應的變形陣列將變得非常困難。

另一種是以美國專利文獻號US2007/0273077A1中美國羅格斯大學為代表的連續滾壓法。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，就經歷一次折疊，依次通過一系列滾軸，可實現由淺入深地形成最終的折疊形狀，如圖2所示。這種制造方法可實現連續制造不限長度的折疊芯材，因此適合于工業化大規模生產。但是，這種方法所需的設備復雜、制造和維護成本昂貴，而且折疊過程中存在被折材料存在一定面內受拉變形，如果采用纖維材料，則有可能導致纖維局部斷裂，由此引入的制造缺陷較多且不可控。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，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、且適用于復雜折疊形狀的特點。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種制備折疊芯材的裝置，包括：底板、固定設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。

所述的主模單元由若干個主模子單元組成，每個主模子單元的波紋狀上表面與目標折疊芯材中一個重復單元的幾何形狀相同，主模具子單元的底部設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部空腔與抽氣口連通的開孔。

所述的副模單元由若干個副模子單元組成，每個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。

所述的主模子單元之間以及副模子單元之間均為活動連接。

所述的波紋狀上表面可以是由四個上表面組成，每個上表面上均布若干個圓形的開孔，該開孔在主模子單元的內部通過空腔與抽氣口相連通并進一步連通至底板。

所述的底板為表面設有通孔陣列的平面、曲面或筒狀結構的板材，該通孔陣列與主模子單元的底部抽氣口相對應，從而使得主模單元固定于底板時開孔能夠與底板下方的抽氣機相連。

優選地，上述主、副模單元通過三維打印機打印制成。

本發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：

步驟一、將一個主模子單元固定到底板上，并將預浸料鋪貼于主模子單元的波紋狀上表面；

步驟二、通過底板下方設置抽氣機對主模子單元的抽氣口進行抽氣，從而將預浸料吸附在主模子單元的上表面，從而達到預浸料與主模子單元的上表面緊密鋪貼的效果。

步驟三、將一個副模子單元按在該主模子單元的上方，從而壓實并固定預浸料已折疊部分，即制成一個重復單元。

步驟四、重復步驟一至步驟三，直至達到所需的折疊芯材的面積，然后將預浸料連同主、副模單元一同進行固化，固化完成后即得折疊芯材。

優選地，上述預浸料為碳纖維布、玻璃纖維布、芳綸布；進一步優選為高強碳纖維布或高強玻璃纖維布。