[發(fā)明專利]一種負(fù)泊松比紡織復(fù)合材料成型模具和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711251580.1
• 申請(qǐng)日: 2017-12-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108000758B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜趙群;顧龍?chǎng)?/a>;何玲娥;馬明英;仵玉芝;龔占江;張明月;邵青青;李涵;余衛(wèi)東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號(hào): B29C33/00
• 分類號(hào): B29C33/00;B29C70/88;B29C70/34;B29C70/36;B29C70/30
• 代理公司: 上海泰能知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31233
• 代理人: 宋纓;錢文斌

本發(fā)明涉及一種負(fù)泊松比紡織復(fù)合材料成型模具，包括陰模和陽(yáng)模，所述陰模包括成型槽和加熱板，所述的成型槽包括具有負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)槽和第一引流槽；所述加熱板位于成型槽背面，用于基質(zhì)的加熱熔融；所述陽(yáng)模包括擠壓模，所述擠壓模包括凸槽和第二引流槽，所述凸槽的尺寸形狀與所述結(jié)構(gòu)槽的相互吻合，使得凸槽和結(jié)構(gòu)槽能夠相互耦合；所述第一引流槽和第二引流槽用于控制粘性液體的流入和流出所述結(jié)構(gòu)槽。本發(fā)明還涉及上述成型模具的使用方法。本發(fā)明可以方便快捷地制成具有負(fù)泊松比效應(yīng)的二維紡織復(fù)合材料或三維紡織復(fù)合材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及紡織材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種負(fù)泊松比紡織復(fù)合材料成型模具。

背景技術(shù)

自然界已發(fā)現(xiàn)多種具有負(fù)泊松比效應(yīng)的物質(zhì)，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)具有負(fù)泊松比效應(yīng)的材料擁有傳統(tǒng)材料所沒(méi)有的特殊性能，且其剪切剛度、斷裂韌性、抗壓能力、同向曲率、能量吸收能力、滲透性等比之傳統(tǒng)材料都有所提高。這些優(yōu)良的力學(xué)性能使負(fù)泊松比材料在汽車工業(yè)、人體防護(hù)、航空航天、生物醫(yī)學(xué)及國(guó)防等領(lǐng)域有潛在應(yīng)用。

Lakes于1993年提出了具有一定鋪層的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)具有負(fù)泊松比的性質(zhì)。這也是除了使用負(fù)泊松比纖維制備復(fù)合材料結(jié)構(gòu)以外的另一種制備負(fù)泊松比復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的方法。但是這種制備負(fù)泊松比復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的方法對(duì)材料要求比較高，要求每個(gè)鋪層材料具有高度各向異性，因此這種方式的可行性比較低，對(duì)其進(jìn)行的研究工作也比較少。

Miller在2009年研究發(fā)現(xiàn)，DHY(Dual Helical Yarns)可以顯示出負(fù)泊松比效應(yīng)，泊松比-2.1；DHY的織物可以很容易得到，但要想具有負(fù)泊松比效應(yīng)，需要環(huán)境約束；單層織物復(fù)合材料可能是因?yàn)楣柘鹉z不足以抵擋面外變形，使面外拉脹效應(yīng)弱化，復(fù)合材料不表現(xiàn)負(fù)泊松比效應(yīng)；雙層織物復(fù)合材料的負(fù)泊松比效應(yīng)表明，多層織物亦可顯示拉脹效應(yīng)，雙層織物的復(fù)合材料泊松比達(dá)到-0.1。DHY紗線和織物的制備方法簡(jiǎn)單，且通過(guò)傳統(tǒng)設(shè)備就可以制得。復(fù)合材料的拉脹效應(yīng)很有可能是多層DHY織物相互間的限制作用，即多層復(fù)合材料更利于拉脹效應(yīng)產(chǎn)生，這是首次采用拉脹紗線制備拉脹復(fù)合材料，并采用的是傳統(tǒng)設(shè)備(不需要發(fā)明新設(shè)備)。2012年，Miller等學(xué)者應(yīng)用拉脹紗線原理設(shè)計(jì)具有拉脹效應(yīng)的單向復(fù)合材料，此復(fù)合材料兼具拉脹效應(yīng)和高剛度。這是首次采用碳纖維制作結(jié)構(gòu)拉脹復(fù)合材料，且整個(gè)制作過(guò)程采用的是標(biāo)準(zhǔn)的制作設(shè)備并沒(méi)有設(shè)計(jì)特殊設(shè)備，因此在各種工程應(yīng)用中有很大潛在前景。文中對(duì)紗線含量、紗線的包纏角度等決定了復(fù)合材料負(fù)泊松比的大小，目前其泊松比在纖維體積分?jǐn)?shù)達(dá)到30％時(shí)可達(dá)-6.8。

胡紅教授在2016年的研究中，采用先前開(kāi)發(fā)的一個(gè)三維(3D)拉脹紡織品結(jié)構(gòu)用作增強(qiáng)材料與常規(guī)聚氨酯(PU)泡沫制作拉脹復(fù)合材料。對(duì)拉脹復(fù)合材料在壓縮力作用下的變形行為和機(jī)械性能進(jìn)行了分析，并與相同的材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)，但具有不同的紗線排列的純的聚氨酯泡沫塑料和非拉脹復(fù)合材料進(jìn)行比較。結(jié)果表明，當(dāng)3D織物結(jié)構(gòu)中紗線排列合適，復(fù)合材料的變形顯示出拉脹效應(yīng)。該結(jié)果還表明，因?yàn)樵?D紡織結(jié)構(gòu)中紗線的排列不同，拉脹復(fù)合材料和非拉脹復(fù)合材料具有不同的機(jī)械行為。非拉脹復(fù)合材料更像具有更高的壓縮應(yīng)力的剛性材料，而拉脹復(fù)合材料更像具有較低壓縮應(yīng)力的阻尼材料。據(jù)預(yù)計(jì)，本研究可以為不同的潛在的應(yīng)用鋪平道路，如防沖擊保護(hù)的創(chuàng)新的3D拉脹紡織復(fù)合材料。

總之，目前負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)材料的研究多集中在泡沫和聚合物材料中，紡織材料報(bào)道較少，雖有相關(guān)的二維負(fù)泊松結(jié)構(gòu)紡織材料的編織和針織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，具有較好的平面拉脹效應(yīng)，但制作繁瑣，生產(chǎn)效率低，且需要專門改進(jìn)的針織設(shè)備，成本較高，難以滿足市場(chǎng)上的大量需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種負(fù)泊松比紡織復(fù)合材料成型模具和方法，可以方便快捷地制成具有負(fù)泊松比效應(yīng)的二維紡織復(fù)合材料或三維紡織復(fù)合材料。