[發(fā)明專利]夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410596432.3
• 申請日: 2014-10-30
• 公開（公告）號: CN104401011B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾竟成;劉鈞;肖加余;彭超義
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: B29C70/02
• 分類號: B29C70/02;B29C70/36
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙)43008
• 代理人: 趙洪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料及其加工領(lǐng)域，涉及一種夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料及其制備方法，尤其涉及以單向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中空矩形管為夾芯的樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件。

背景技術(shù)

夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料自二十世紀(jì)四十年代出現(xiàn)以來，受到越來越多的關(guān)注，其主要特點(diǎn)是抗彎剛度大，結(jié)構(gòu)重量輕，即夾芯結(jié)構(gòu)具有高的比強(qiáng)度和比模量，而且耐疲勞、抗振動性能好，隔音、隔熱等性能優(yōu)異，一直是工程應(yīng)用中重要的結(jié)構(gòu)材料。但是，傳統(tǒng)夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料多采用泡沫、蜂窩等夾芯材料，側(cè)壓性能嚴(yán)重不足，限制了其在某些主承力結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。

隨著列車運(yùn)行的高速化和新型軌道交通方式的發(fā)展，列車部件復(fù)合材料輕量化趨勢越來越明顯。為減輕車體重量，可采用復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制備車底架構(gòu)件。

車底架構(gòu)件承受橫向載荷和縱向載荷。其中，橫向載荷主要包括車輛正常運(yùn)行狀態(tài)下車體重量載荷，底架下面板掛載設(shè)備的重量載荷，均布在底架上面板上的乘客與行李重量載荷；縱向載荷主要是車輛走行時的牽引載荷，緊急制動下車廂間碰撞的壓縮載荷、沖擊載荷等，其中，車端壓縮載荷是設(shè)計(jì)者需要關(guān)注的重點(diǎn)。

車底架承受的橫向載荷對應(yīng)夾芯結(jié)構(gòu)的彎曲載荷，縱向載荷對應(yīng)夾芯結(jié)構(gòu)的側(cè)向載荷。傳統(tǒng)夾芯結(jié)構(gòu)平壓性能好，抗彎剛度高，能很好地滿足車底架橫向載荷的要求，但其側(cè)壓性能嚴(yán)重不足，無法滿足車底架縱向壓縮載荷的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠在滿足輕量化目標(biāo)的同時，大幅提高材料抗側(cè)壓性能的夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，并相應(yīng)提供一種操作簡單、成本低廉的夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，所述夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料包括上面板、下面板和芯層，所述芯層位于上面板和下面板之間，所述芯層包括至少2根中空矩形管，所述中空矩形管以并列平行的方式排布于所述芯層中，相鄰的所述中空矩形管之間設(shè)有管間插層。

上述的夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中，優(yōu)選的，所述中空矩形管是由單向纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料構(gòu)成，所述單向纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維中的一種或多種，所述單向纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料中的樹脂基體包括聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂中的一種或多種。

上述的夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中，優(yōu)選的，所述管間插層是由纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料構(gòu)成，所述纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料中的纖維增強(qiáng)材料包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維中的一種或多種，所述纖維增強(qiáng)材料的形式包括多軸向織物或氈，所述纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料中的樹脂基體包括聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂中的一種或多種。

上述的夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中，優(yōu)選的，所述上面板和下面板均是由多軸向織物增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料構(gòu)成，所述多軸向織物包括玻璃纖維多軸向織物、碳纖維多軸向織物、芳綸纖維多軸向織物中的一種或多種，所述樹脂基體包括聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂中的一種或多種。

上述的夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中，優(yōu)選的，所述中空矩形管橫截面的外邊長為5mm～150mm。

上述的夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中，優(yōu)選的，所述中空矩形管的管壁厚度為1mm～10mm。

上述的夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中，優(yōu)選的，所述管間插層的厚度（即相鄰的所述中空矩形管之間的管間距）為0.5mm～5.0mm。

上述的夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中，優(yōu)選的，所述上面板的厚度為0.2mm～20mm；所述下面板的厚度為0.2mm～20mm。

作為一個總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種上述的夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）準(zhǔn)備中空矩形管：采用拉擠成型工藝制備預(yù)設(shè)尺寸的中空矩形管；

（2）準(zhǔn)備預(yù)成型體：在一剛性模具上依次鋪放夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料所需的下面板增強(qiáng)材料、中空矩形管、管間插層增強(qiáng)材料和上面板增強(qiáng)材料，得到預(yù)成型體；

（3）組裝VIMP成型系統(tǒng)：在所述預(yù)成型體上依次鋪放脫模布和導(dǎo)流網(wǎng)，并設(shè)置好注膠咀和溢膠咀，然后在所述剛性模具外圍包覆真空袋膜形成一模腔，將所述預(yù)成型體、脫模布、導(dǎo)流網(wǎng)、注膠咀、溢膠咀均密封于模腔中，再將所述注膠咀、溢膠咀分別連接至VIMP工藝用注膠系統(tǒng)和抽真空系統(tǒng)，得到VIMP成型系統(tǒng)；

（4）真空注膠：檢查所述VIMP成型系統(tǒng)的氣密性后，準(zhǔn)備樹脂體系，通過抽真空方式向VIMP成型系統(tǒng)的模腔中注入所述樹脂體系，直至樹脂充填完畢，停止注入；

（5）共固化成型：按照預(yù)設(shè)的固化制度進(jìn)行共固化成型；