[發明專利]一種層合復合材料蜂窩的成型制備方法

有效

• 申請號: 202011018291.9
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112223804B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 吳林志;陳曉健;于國財;林壯;初子祺
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: B29D99/00
• 分類號: B29D99/00;B29C70/34;B29C70/44;B29C55/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

一種層合復合材料蜂窩的成型制備方法，它涉及材料領域，本發明要解決目前層合復合材料蜂窩成型質量不高，結構尺寸可設計性不強，無法脫離人工操作的問題，本發明采用高性能單向復合材料預浸料和延展性良好的金屬箔材料合理結合共固化，然后拉伸成型。該方法制備出的復合材料蜂窩成型質量較高，結構尺寸可設計性強，制備方法簡單易行，可脫離人工操作，機器獨立完成制備，具備完全自動化生產條件。本發明應用于復合材料蜂窩結構制備領域。

技術領域

本發明涉及材料領域，具體涉及一種層合復合材料蜂窩的成型制備方法。

背景技術

受到自然蜂巢結構的啟發，人類制造出了蜂窩結構。蜂窩結構在拓撲構型方面，具有非常大的優勢，內部空間大，承載結構占比率低等，是一種輕質高承載結構。但是蜂窩結構面內以及彎曲力學性能較差，為了改善這一方面性能，通常把蜂窩和面板結合起來，做成蜂窩夾芯結構。在保持原來軸向承載能力不變的基礎上，整體結構的面內壓縮、抗彎、抗扭、抗剪等力學性能獲得了極大的提升。

隨著材料技術的不斷發展，新材料特別是復合材料的出現，大幅提升了蜂窩結構的力學性能。傳統金屬材料做成的蜂窩結構主要有鋁蜂窩、不銹鋼蜂窩、銅蜂窩、鎳合金蜂窩等。復合材料蜂窩結構主要有芳綸蜂窩、玻璃纖維蜂窩和碳纖維蜂窩等，其中芳綸蜂窩因具有輕質、易成型、成本低等優點，已在航空航天器領域得到了廣泛應用，但其力學性能不強；碳纖維等高性能復合材料蜂窩結構因具有輕質、高強度和高剛度等優異力學性能，有望可以應用在更多的領域，發揮更大的作用。并且相比于由編織復合材料制備而成的蜂窩結構，層合復合材料由于其壓縮性能更加優異，材料更薄，所以制備而成的蜂窩結構單胞壁更薄，結構密度更低，同時面外壓縮強度更高，力學性能更加優異。但是礙于現有的制備工藝限制，碳纖維等高性能層合復合材料蜂窩結構存在生產效率不高以及成品質量不佳等問題，限制了其在工程中的應用。

目前蜂窩結構批量化的制備方法主要有以下三種：

(1)針對于低密度并且蜂窩母材具有一定韌性的蜂窩結構，例如：低密度的鋁蜂窩結構，一般是在金屬箔表面涂抹粘接劑，把許多裁剪好的金屬箔疊加放置，待粘接劑固化完成以后，在兩段插入數個銷子，最后使用機器拉伸銷子，直接制備出蜂窩結構。優點是制備效率高，缺點是只可以制備出低密度的蜂窩結構，并且每個單胞的形狀難以保證，質量不統一。

(2)針對于高密度并且蜂窩母材具有一定韌性的蜂窩結構，例如：高密度的鋁蜂窩結構，一般是采用先沖壓，后粘接的方法成型:先使用機器把金屬折疊成波紋板形狀，一般是沖壓方法，然后在把波紋板表面涂抹粘接劑，最后把波紋板對扣形成蜂窩構型。優點是可以制備高密度的蜂窩結構，產品質量較高，缺點是效率比較慢，整個制備周期較長，成本較高。

(3)針對于韌性較差的蜂窩母材，例如芳綸蜂窩，其母材韌性較差并且難以沖壓成型，一般是先把未浸潤樹脂的纖維材料裁剪成需要的尺寸，然后在材料表面涂抹粘接劑，待固化后使用機器拉伸預成型，最后放入樹脂浸潤、固化，最后定型。優點是可以使韌性較差的復合材料制備出蜂窩結構，缺點是效率較慢，整個制備周期較長，并且制備工藝比較復雜，帶來成本的上升。

通過闡述，我們可以得知以上工業制備蜂窩結構的方法均不適用新型層合復合材料的批量制造，首先層合復合材料不具有韌性，直接拉伸或者沖壓成型很容易導致復合材料破裂，失去承載能力，其次先拉伸再浸潤樹脂的方法，對復合材料的整體性能會產生很大影響，通過后期浸潤樹脂且無壓力固化的方法很難充分發揮層合復合材料的力學性能。

復合材料蜂窩結構的制備工藝還有：3D打印法，樹脂傳遞模塑成型法，嵌鎖制備工藝等，但是這些方法因為制備成本較高，都不適合在工程中大批量生產以及使用。因此，目前的層合復合材料蜂窩結構亟需一種新的技術成熟、質量可靠、可批量制造且成本較低的制備方法。

發明內容