[發(fā)明專利]格柵增強(qiáng)泡沫夾芯復(fù)合材料成型用預(yù)成型體及其成型方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011309934.5
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112677362B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱俊;崔進(jìn);桂林;羅浩
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所
• 主分類號: B29B11/16
• 分類號: B29B11/16;B29B11/06;B29C70/34
• 代理公司: 洛陽公信知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 41120
• 代理人: 時(shí)亞娟

一種格柵增強(qiáng)泡沫夾芯復(fù)合材料成型用預(yù)成型體及其成型方法。該預(yù)成型體能夠方便、快速的完成離散型泡沫芯材與干態(tài)纖維織物的交錯(cuò)式穿插復(fù)合，并能保證成品復(fù)合材料的尺寸精確性、整體穩(wěn)定性和質(zhì)量一致性。成型工藝本身方法簡單，操作方便，且成本較低，能夠?qū)崿F(xiàn)不小于1m*1m級大尺寸格柵增強(qiáng)泡沫夾芯復(fù)合材料整體成型，該新型復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)可部分替代現(xiàn)有復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)，可廣泛應(yīng)用于軌道交通、高速列車、航空航天、船舶與海洋工程等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是格柵增強(qiáng)泡沫夾芯復(fù)合材料成型用預(yù)成型體及其成型方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)泡沫夾芯復(fù)合材料由強(qiáng)度、模量較大的上下復(fù)合材料面板和介于上下面板之間的低密度泡沫夾芯材料復(fù)合而成，具有較高的比強(qiáng)度、比剛度；同時(shí)，低密度泡沫夾芯材料具有防火、隔熱、隔聲、吸能等功能。因此，傳統(tǒng)泡沫夾芯復(fù)合材料成為一種典型結(jié)構(gòu)功能一體化材料，已廣泛應(yīng)用于軌道交通、高速列車、航空航天、船舶與海洋工程等領(lǐng)域。但是，隨著工程應(yīng)用對結(jié)構(gòu)性能要求不斷提高，傳統(tǒng)泡沫夾芯復(fù)合材料已經(jīng)無法滿足需求。因此，現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)嘗試將復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)引入到傳統(tǒng)泡沫夾芯復(fù)合材料的泡沫夾芯材料中，以構(gòu)建一種新型夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料——格柵增強(qiáng)泡沫夾芯復(fù)合材料。這種材料的主體部分為傳統(tǒng)泡沫夾芯復(fù)合材料，增強(qiáng)部分為復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)。格柵增強(qiáng)泡沫夾芯復(fù)合材料集成了傳統(tǒng)泡沫夾芯復(fù)合材料和復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)的各自優(yōu)勢，既保留了傳統(tǒng)泡沫夾芯復(fù)合材料較低密度、較高強(qiáng)度、較高模量等優(yōu)點(diǎn)，又發(fā)揮了復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)出色的力學(xué)性能。即：在整體密度略微增加的前提下，格柵增強(qiáng)泡沫夾芯復(fù)合材料的平壓、側(cè)壓、彎曲、剪切等力學(xué)性能顯著提升，尤其是側(cè)壓性能，成倍數(shù)級增加。

在這種格柵增強(qiáng)泡沫夾芯復(fù)合材料中，由于格柵結(jié)構(gòu)的引入，原本作為一個(gè)整體的泡沫芯材板被分割成了一個(gè)個(gè)離散的泡沫芯材條。在制備夾層預(yù)成型體時(shí)，干態(tài)纖維織物（經(jīng)樹脂浸潤成型后即為復(fù)合材料格柵結(jié)構(gòu)）與泡沫芯材條交替鋪放，干態(tài)纖維織物呈波浪形穿插于離散的泡沫芯材條之間，泡沫芯材條被干態(tài)纖維織物“半包覆”。為了盡可能提高相鄰泡沫芯材條之間以及泡沫芯材條與干態(tài)纖維織物之間貼合度，并盡可能減少干態(tài)纖維織物的局部皺褶，需要對干態(tài)纖維織物施加一定張力。但由于泡沫芯材密度較低（≤400kg/m³），帶有一定張力的波浪形干態(tài)纖維織物會使緊貼于其上的泡沫芯材條崩出。此外，即使按照上述操作交替鋪放泡沫芯材條和干態(tài)纖維織物，松開干態(tài)纖維織物上施加的張力后，原本貼合較好的預(yù)成型體也會再次發(fā)生“松弛”，導(dǎo)致制備的夾層預(yù)成型體排列不整齊、整體厚度不均勻、格柵結(jié)構(gòu)厚度不均一等情況，進(jìn)而影響格柵增強(qiáng)泡沫夾芯復(fù)合材料外觀尺寸及質(zhì)量一致性。

格柵增強(qiáng)泡沫夾芯復(fù)合材料是一種新型復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)，目前尚無公開的、完備的制備模具和成型工藝解決方案。從公開報(bào)道看，國外的英國金斯頓大學(xué)（KingstonUniversity）、伊朗塔比阿特莫達(dá)勒斯大學(xué)（Tarbiat Modares University）等采用VARTM（vacuum assisted resin transfer molding,真空輔助樹脂傳遞模塑）成型工藝成功制備出不同形狀格柵結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的泡沫夾芯復(fù)合材料，但其公開報(bào)道中有關(guān)成型過程闡述極其簡單，模具設(shè)計(jì)、工藝方案等技術(shù)細(xì)節(jié)尚未披露；此外，基于VARTM成型工藝的復(fù)合材料，尤其是大尺寸復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的制造成本相對較高，并不適宜于工業(yè)應(yīng)用。

格柵增強(qiáng)泡沫夾芯復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——泡沫芯材完全離散且干態(tài)纖維織物反對稱穿插于其中，導(dǎo)致成型過程中最大難點(diǎn)是夾層預(yù)成型體尺寸精確和整體穩(wěn)定性控制以及夾層預(yù)成型體整體制備，解決上述難點(diǎn)的關(guān)鍵在于泡沫芯材位置、格柵結(jié)構(gòu)厚度和形狀精確控制。

因此，設(shè)計(jì)并制造一種操作方便、成型難度較低的平板型輔助模具，并設(shè)計(jì)一種成本相對較低的成型工藝，來進(jìn)行大尺寸格柵增強(qiáng)泡沫夾芯復(fù)合材料的制備對實(shí)際生產(chǎn)來說實(shí)為必要。

發(fā)明內(nèi)容