[發明專利]一種基于層級特性的超輕仿生復合材料管的制備方法

有效

• 申請號: 201811581702.8
• 申請日: 2018-12-24
• 公開（公告）號: CN109501332B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 徐嚴謹;蔡思雨;萬雄;韓寶帥;侯紅亮
• 申請（專利權）人: 中國航空制造技術研究院
• 主分類號: B29D23/00
• 分類號: B29D23/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種基于層級特性的超輕仿生復合材料管及其制備方法。它涉及一種仿生復合材料管及其制備方法。一種基于層級特性的超輕仿生復合材料管由多級合金管件、纖維、環氧樹脂和泡沫樹脂制備而成。制備方法包括：一、合金管件的表面清洗；二、制備纖維與合金管復合預制件；三、多級結構的裝配；四、填充泡沫樹脂。本發明基于對鳥羽、腿骨多尺度多層級嵌套及多孔結構的復制、還原及強化單元的提取和簡化，制備的基于層級特性的超輕仿生復合材料管具有強度高，剛度高，斷裂韌性高，密度低，疲勞性能好等優點，適用于航空、航天等領域。

技術領域

本發明涉及一種基于層級特性的超輕仿生復合材料管的制備方法。

背景技術

當代科技的不斷發展使工業制造領域尤其是航空航天等高精尖領域對材料的性能提出了更多更高的要求，單一成分及結構的材料已經難以滿足當前航空航天技術背景所要求的材料特殊或綜合性能。當前，航空航天領域要求先進結構材料具有高強度、高韌性、輕量化、穩定性好等特點。對鳥羽、腿骨架的研究表明，其典型的類俄羅斯套娃多尺度多層級嵌套微觀結構及多孔宏觀結構，使其在具備高拉伸強度、彎曲強度、剛度和韌性的同時具備低密度。因此，鳥羽、腿骨架特殊的多尺度多層級嵌套結構可作為航空航天輕質高強高韌結構件設計的參考。

多級結構復合材料管體現了一種全新的材料結構設計思想，是由預制的多級尺寸復合材料單管經裝配、灌裝泡沫樹脂填充固定制備而成的多層級復合管件結構。多級結構復合材料管不僅繼承了復合材料的高強度、剛度，還具有仿自然生物體的高韌、輕質特點，因此，可應用于航空、航天、兵器等領域的承力結構材料，且具有大跨度下結構穩定性高的優勢，特別適用于對重量要求苛刻的飛行器大跨度結構。

鋁合金具有密度小、高比強度、高延展性，優良的導電性、導熱性和抗蝕性等良好的綜合性能及較低的成本等優點；鈦合金強度高、耐蝕性好、耐熱性高；基于上述優勢，鋁合金及鈦合金在各個工業領域均開辟了廣闊的應用前景。碳纖維復合材料的比強度和模量高，抗蠕變性能較優，耐疲勞性能優良，摩擦系數和磨損率低，導熱、導電性能良好，熱膨脹系數小，耐蝕性優良。芳綸纖維復合材料具有超高強度、高模量和耐高溫、耐酸耐堿、重量輕、絕緣、抗老化、生命周期長等優良性能；超高模量聚乙烯纖維復合材料具有高比強度，高比模量，纖維密度低，斷裂伸長低、斷裂功大，具有很強的吸收能量的能力，具有突出的抗沖擊性和抗切割性，抗紫外線輻射，防中子和γ射線，比能量吸收高、介電常數低、電磁波透射率高，耐化學腐蝕、耐磨性、有較長的撓曲壽命。因此被廣泛應用于航空、航天等領域。對鳥羽骨架的研究表明，其微觀結構是典型的類俄羅斯套娃層級結構，從宏觀上講鳥羽骨架是一種多孔結構，這是由于這種結構使得鳥羽骨架在滿足剛度、強度和韌性的同時保持超輕量化。因此，鳥羽骨架的多級結構可作為航空航天輕質高強高韌結構件設計的參考。

發明內容

本發明提供了一種基于層級特性的超輕仿生復合材料管的制備方法，采用多級合金管件、纖維和樹脂按以下步驟制備：

一、合金管件的表面清洗：

對多級合金管件的表面進行清洗，得到清洗后的多級合金管件；

進一步地，所述對多級合金管件的表面進行清洗是按以下步驟完成的：

①、首先使用砂紙對多級合金管件進行打磨，去除多級合金管件表面的污垢；然后使用丙酮或無水乙醇對打磨后的多級合金管件清洗1次～3次，再將多級合金管件浸入到堿水或酸中5min～10min，最后使用清水沖洗去除多級合金管件表面的堿水或酸；

步驟①中所述堿水為濃度為20g/L～40g/L的氫氧化鈉溶液；

步驟①中所述酸為濃度為50g/L的鹽酸；

②、以清水為清洗劑，利用超聲波清洗機對多級合金管件超聲清洗30min～60min，再將多級合金管件浸入無水乙醇中30min～60min，最后取出；

③、用潔凈的壓縮空氣對多級合金管件進行吹干，得到清洗后的多級合金管件；