[發(fā)明專利]一種復合材料周期性桁架結(jié)構(gòu)的制備方法

在審

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• 申請日: 2015-07-14
• 公開（公告）號: CN105172160A
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發(fā)明（設計）人: 熊健;馮麗娜;高英;鄭偉;楊金水
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B29C70/54
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊曉輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明具體涉及一種復合材料周期性桁架結(jié)構(gòu)的制備方法。

背景技術(shù)

復合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理或化學的方法，在宏觀或微觀尺度上組成具有新性能的材料。復合材料具有許多其他材料不具備的優(yōu)點，如高比強度、高比模量、可設計性好、制造工藝簡單、熱穩(wěn)定性好和高溫性能好，不同種類的復合材料還具有不同的優(yōu)良性能，例如抗疲勞性、抗沖擊性、透電磁波性、減振阻尼性和耐腐蝕性等。復合材料應用極其廣泛，在航空領(lǐng)域，國內(nèi)外已經(jīng)將復合材料應用于飛機機身、機翼、駕駛艙、螺旋槳、雷達罩、機翼表面整流裝置等。在航天工程中，復合材料也扮演著重要的角色。周期性桁架結(jié)構(gòu)具有高比強、高比剛的特點，將該結(jié)構(gòu)作為承載部件可以大幅減輕結(jié)構(gòu)的重量，但如何將這種復合材料周期性桁架結(jié)構(gòu)制備出來一直是本領(lǐng)域中的難題。

目前制備該結(jié)構(gòu)的有幾種常見的方法已投入生產(chǎn)。第一種方法是用機械加工的方法將復合材料板加工成肋條，然后拼接在一起形成周期性桁架結(jié)構(gòu)。該方法制備出來的結(jié)構(gòu)性能較差，纖維缺乏連續(xù)性，且連接處較弱，易首先發(fā)生破壞；第二種方法是將短切纖維放入一種包含膨脹結(jié)構(gòu)的組合模具中，該方法制備出的結(jié)構(gòu)上表面暴露于空氣中，只有兩側(cè)受到壓力，另一方向在成型過程中沒有受到壓力，因此質(zhì)量較差；第三種方法是較為常見的編織工藝、纏繞工藝，包括加強肋的自由成型法，輕質(zhì)泡沫型芯上的纏繞法以及硅橡膠模具上的纏繞法等。該方法制備出的結(jié)構(gòu)保證了纖維的連續(xù)性，但是在結(jié)構(gòu)肋條相交處出現(xiàn)了纖維重疊，較其它部位纖維更多。因此出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)不同部位纖維體積含量不均勻的現(xiàn)象，嚴重影響結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。此外，該方法成型過程中纖維也是暴露于空氣中直接成型，所受壓力不夠。因此制備出的周期性桁架結(jié)構(gòu)也不甚理想。以上問題目前為止都未能得到良好的解決。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有周期性桁架結(jié)構(gòu)由于其形狀的特殊性使其制備過程無法實現(xiàn)對桿件施加有效壓力的效果，導致桿件成型質(zhì)量差，直接影響周期性桁架結(jié)構(gòu)成型質(zhì)量的問題，進而提供一種復合材料周期性桁架結(jié)構(gòu)的制備方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：

一種復合材料周期性桁架結(jié)構(gòu)的制備方法，所述制備方法是按照以下步驟實現(xiàn)的：

步驟一：將成片的預浸料進行切割加工，形成桁架結(jié)構(gòu)片體；

步驟二：首先，將桁架結(jié)構(gòu)片體鋪設在圓柱形模具的多個內(nèi)側(cè)芯子條外壁的凹槽中，其次，將圓柱形模具中的多個外側(cè)芯子條逐一安裝在多個內(nèi)側(cè)芯子條之間以壓緊桁架結(jié)構(gòu)片體，然后用合模夾具進行合模加壓，最后將帶有桁架結(jié)構(gòu)片體的圓柱形模具放置在熱壓罐中加熱；

步驟三：經(jīng)過熱壓罐加熱后，將桁架結(jié)構(gòu)片體從圓柱形模具中取出再進行打磨處理，即可得到整體的復合材料周期性桁架結(jié)構(gòu)。

一種復合材料周期性桁架結(jié)構(gòu)的制備方法，所述制備方法是按照以下步驟實現(xiàn)的：

步驟一：將成片的預浸料進行切割形成多個條形桿件，每個條形桿件的寬度不大于圓柱形模具中內(nèi)側(cè)芯子條外壁凹槽的槽寬；

步驟二：首先，逐一將多個條形桿件鋪設在內(nèi)側(cè)芯子條外壁的凹槽中，直至多個條形桿件布滿內(nèi)側(cè)芯子條外壁上的凹槽，其次，將圓柱形模具中的多個外側(cè)芯子條逐一安裝在多個內(nèi)側(cè)芯子條之間以壓緊多個條形桿件，然后用合模夾具進行合模加壓，最后將帶有多個條形桿件的圓柱形模具放置在熱壓罐中加熱；

步驟三：經(jīng)過熱壓罐加熱后，多個條形桿件壓制成一體形成的復合材料周期性桁架結(jié)構(gòu)，最后再進行打磨處理即可。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果：

本發(fā)明使用靈活便捷，通過結(jié)合圓柱形模具配合熱壓罐實現(xiàn)其制備過程，使得桁架結(jié)構(gòu)片體或多個條形桿件在圓柱形模具中具有較好的壓力和溫度環(huán)境，使得成型的桿件質(zhì)量佳，制備出來的復合材料周期性桁架結(jié)構(gòu)具有較高的比強度和比模量。方案一保證了纖維的連續(xù)性，在成型過程中受到圓柱形模具均勻的壓力，可以制備出性能優(yōu)良的周期性桁架結(jié)構(gòu)，預浸料可用機器切割，因此可實現(xiàn)批量化生產(chǎn)。方案二中可使條形桿件連續(xù)排列，在成型過程中受到圓柱形模具均勻的壓力，因此其性能得到較好的保證。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中第一種類型模具中芯柱10的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中第二種類型模具中單體用芯柱11拆卸時的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中兩種類型模具的使用狀態(tài)圖；

圖4是本發(fā)明方案一中的桁架結(jié)構(gòu)片體1的主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明方案一中桁架結(jié)構(gòu)片體1鋪設在多個內(nèi)側(cè)芯子條2外壁的凹槽內(nèi)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；