[發明專利]一種基于纖維主導的復合材料纖維層合增韌結構及方法

有效

• 申請號: 201811582564.5
• 申請日: 2018-12-24
• 公開（公告）號: CN109703113B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 張建寶;劉永佼;孫建波;陳亮;耿東兵;易凱;沈登雄;尚呈元
• 申請（專利權）人: 航天材料及工藝研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: B32B3/06
• 分類號: B32B3/06;B32B5/02;B32B5/26;B32B33/00;B32B37/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張麗娜

本發明涉及一種基于纖維主導的復合材料纖維層合增韌結構及方法，該結構改變了現有層合結構層間載荷傳遞僅依靠層間剪切的方式，提出了基于跨鋪層界面的纖維絲束交織單元的強耦合層間力學載荷傳遞模式，實現了復合材料層間韌性改善方法，屬于結構復合材料制造技術領域。通過在不同角度的相鄰或相近鋪層相互之間引入跨層的增韌帶層，形成兩個相鄰或多個相近鋪層中逐級穿插交織結構形式。

技術領域

本發明涉及一種基于纖維主導的復合材料纖維層合增韌結構及方法，該結構改變了現有層合結構層間載荷傳遞僅依靠層間剪切的方式，提出了基于跨鋪層界面的纖維絲束交織單元的強耦合層間力學載荷傳遞模式，實現了復合材料層間韌性改善方法，屬于結構復合材料制造技術領域。

背景技術

復合材料層合結構受到層間性能弱、易于分層、抗沖擊損傷容限低的限制，制約了其在低周期多頻次重復使用和瞬時高過載沖擊載荷的兩種苛刻服役工況下的應用推廣。

現有樹脂基復合材料層合結構增韌技術主要通過兩種途徑：一是通過樹脂基體改性增韌，是目前熱固性樹脂基結構復合材料層間增韌的主要改良手段，即在采用剛韌結構相間分子鏈的半互穿交聯網絡初級增韌、熱塑性樹脂與環氧基體形成雙連續相結構增韌以及引入微米級的特定熱塑性PA粒子(thermoplastic particles)，形成逐級遞進的“三級階梯式增韌”；一是采用縫合、Z-pin等手段進行層間增韌，受制于制造工藝復雜，工程應用受到明顯限制。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提出一種基于纖維主導的復合材料纖維層合增韌結構及方法，該結構和方法通過在兩個或兩個以上鋪層角度的層合結構中，以連續纖維帶、連續纖維織物或連續纖維預浸料等形式將增韌帶層按設定的周期規律階梯植入在相鄰或相近的多個鋪層中，得到一種基于纖維主導的復合材料纖維增韌層合結構鋪層單元組，從而在層合結構中引入跨鋪層界面的纖維強耦合力學載荷傳遞通道，改變了現有層合結構層間載荷傳遞僅依靠層間剪切的方式，該結構將大幅度改善復合材料層合結構的層間性能，對其抗沖擊損傷能力和抗疲勞裂紋擴展能力有利，該方法為基于纖維跨層交織的復合材料層間結構增韌方法，顛覆了傳統層合結構面內僅僅依靠樹脂粘結的模式，通過在相鄰或相近的鋪層間引入增韌帶層的方式，實現兩個相鄰或多個相近鋪層中逐級穿插交織的層合結構模式，達到層合結構在層間凹凸不平互相嵌合的狀態，從而達到層合結構層間增韌的目的。

本發明的技術解決方案是：

一種基于纖維主導的復合材料纖維層合增韌結構，該復合材料纖維層合增韌結構為等厚度結構，包括若干個鋪層單元，若干個鋪層單元分別標記為第一鋪層單元、第二鋪層單元、第三鋪層單元、…、第N鋪層單元，N為自然數，N≥2；

所述的第一鋪層單元中包括若干個角度鋪層，分別為角度a₁₁鋪層、角度a₁₂鋪層、角度a₁₃鋪層、…、角度a_1n鋪層；n為自然數，n≥2；

所述的第二鋪層單元中包括若干個角度鋪層，分別為角度a₂₁鋪層、角度a₂₂鋪層、角度a₂₃鋪層、…、角度a_2n鋪層；

…

所述的第N鋪層單元中包括若干個角度鋪層，分別為角度a_N1鋪層、角度a_N2鋪層、角度a_N3鋪層、…、角度a_Nn鋪層；

第一鋪層單元中的各個角度鋪層中的增韌帶之間間隔設定的寬度；

第二鋪層單元中的各個角度鋪層中的增韌帶之間間隔設定的寬度；

…

第N鋪層單元中的各個角度鋪層中的增韌帶之間間隔設定的寬度；