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1、(10)申请公布号 CN 102152502 A (43)申请公布日 2011.08.17 CN 102152502 A *CN102152502A* (21)申请号 201010576101.5 (22)申请日 2010.12.07 B32B 3/12(2006.01) B32B 27/04(2006.01) B32B 27/06(2006.01) B32B 27/12(2006.01) (71)申请人 沈阳航空航天大学 地址 110136 辽宁省沈阳市沈北新区道义南 大街 37 号 申请人 大连理工大学 (72)发明人 陆春 陈平 沙桂英 武大伟 秦政琪 (74)专利代理机构 沈阳维特专利。
2、商标事务所 ( 普通合伙 ) 21229 代理人 甄玉荃 (54) 发明名称 一种高强度复合材料网格结构的制备方法 (57) 摘要 本发明涉及一种高强度复合材料网格结构的 制备方法, 属于复合材料的制备和应用技术领域。 该方法包括如下步骤 : (1) 单向纤维预浸料的铺 层设计, 制备复合材料预浸布 ; (2) 采用拉挤成型 工艺或模压成型工艺, 将复合材料预浸布进行固 化成型制备复合材料波纹板 ; (3) 将复合材料波 纹板沿着平行于截面波纹延伸的方向进行切割, 制成复合材料波纹片 ; (4) 将复合材料波纹片的 上下两面涂覆树脂, 将一条波纹片波峰的上表面 和另一条波纹片对应波谷的下表面进。
3、行粘接制成 六边形或矩形的网格结构, 后将该网格结构的波 峰的上表面和第三条波纹片对应波谷的下表面进 行粘接, 依次类推将多条波纹片进行粘接可制备 出高强度复合材料网格结构。 本发明简便可行, 适 用航空、 航天等高技术领域。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 CN 102152502 A1/1 页 2 1. 一种高强度复合材料网格结构的制备方法, 其特征在于包括如下步骤 : (1) 单向纤维预浸料的铺层设计, 制备复合材料预浸布 ; (2) 采用复合材料的拉挤成型工艺或模压成型工艺, 将复合材。
4、料预浸布进行固化成型, 制备出复合材料波纹板 ; (3) 将复合材料波纹板沿着平行于截面波纹延伸的方向进行切割, 制成复合材料波纹 片 ; (4) 将复合材料波纹片的上下两面涂覆树脂, 将一条波纹片波峰的上表面和另一条波 纹片对应波谷的下表面进行粘接制成六边形或矩形的网格结构, 后将该网格结构的波峰的 上表面和第三条波纹片对应波谷的下表面进行粘接, 依次类推将多条波纹片进行粘接可制 备出高强度复合材料网格结构。 2. 如权利要求 1 所述的一种高强度复合材料网格结构的制备方法, 其所述的单向纤维 预浸料为浸渍树脂的单向玻璃纤维或单向碳纤维或单向芳纶纤维, 其中所采用的树脂为环 氧树脂或不饱和聚。
5、酯或乙烯基树脂或双马来酰亚胺树脂或酚醛树脂, 上述树脂中一种。 3. 如权利要求 1 所述的一种高强度复合材料网格结构的制备方法, 其所述的铺层设计 是指, 将单向纤维预浸料按照 0 度、 90 度的方向交错排列, 其中 0 度方向是指垂直于截面为 波纹的方向, 90 度为平行于截面为波纹的方向, 在复合材料预浸布内 0 度与 90 度铺层数之 比为 0-10, 所制备的复合材料预浸布厚度为 0.1-2mm。 4. 如权利要求 1 所述的一种高强度复合材料网格结构的制备方法, 其所述的复合材料 波纹板是指截面的波峰为矩形或梯形的锯齿形波纹板, 其中梯形锯齿波的斜边与上底边的 内角为 90-18。
6、0 度 ; 锯齿形波纹板的波长为 5-50mm, 振幅为 5-50mm。 5. 如权利要求 1 所述的一种高强度复合材料网格结构的制备方法, 其所述的复合材料 波纹片的上下两面涂覆的树脂为环氧树脂或不饱和聚酯或双马来酰亚胺树脂或乙烯基树 脂, 上述树脂中的一种。 权 利 要 求 书 CN 102152502 A1/4 页 3 一种高强度复合材料网格结构的制备方法 技术领域 0001 本发明涉及一种高强度复合材料网格结构的制备方法, 属于复合材料的制备和应 用技术领域。 背景技术 0002 复合材料蜂窝结构与其它结构相比, 能以较少的材料获得较高的承载能力, 蜂窝 结构板受到垂直于板面的载荷时,。
7、 其弯曲模量与相同材质、 相同厚度的实心板材相当, 而重 量可降低 70-90, 并且不易变形, 不易开裂, 具有良好的减震、 隔音、 隔热等优点, 在航空、 航天领域得到广泛的应用。 0003 在蜂窝结构的设计领域, 早在 1938 年, 英国人 NORMAN DEBRUYNE 博士发明了六边 形的铝质蜂窝结构, 二战期间该结构成功的应用于飞机夹层结构设计, 使飞机的结构重量 大幅下降, 运载能力得到提高。 1974年, 美国波音公司在其设计的Boeing747飞机上首先使 用非金属的蜂窝复合板作为飞机的地板结构, 开创了蜂窝复合材料应用的新领域。目前蜂 窝结构材料在飞机、 火箭及航天飞机等。
8、飞行器的设计中正得到越来越广泛的使用。 0004 尽管蜂窝结构材料在航空、 航天领域应用正得到越来越广泛的关注, 但在蜂窝的 制造领域, 尤其是复合材料蜂窝的制造领域进展缓慢, 基于此本发明提出了一种高强度复 合材料网格结构的制备方法。 发明内容 0005 本发明要解决的技术问题是提供一种高强度复合材料网格结构的制备方法, 其制 造成本低、 方法简便、 产品质量可靠, 可用于高比强度、 高比模量复合材料网格结构的制造。 本发明所提出的一种高强度复合材料网格结构的制备方法, 其特征包括如下步骤 : 0006 (1) 单向纤维预浸料的铺层设计, 制备复合材料预浸布 ; 0007 (2) 采用拉挤成。
9、型工艺或模压成型工艺, 将复合材料预浸布进行固化成型制备复 合材料波纹板 ; 0008 (3) 将复合材料波纹板沿着平行于截面波纹延伸的方向进行切割, 制成复合材料 波纹片 ; 0009 (4) 将复合材料波纹片的上下两面涂覆树脂, 将一条波纹片波峰的上表面和另一 条波纹片对应波谷的下表面进行粘接制成六边形或矩形的网格结构, 后将该网格结构的波 峰的上表面和第三条波纹片对应波谷的下表面进行粘接, 依次类推将多条波纹片进行粘接 可制备出高强度复合材料网格结构。 0010 本发明所制备的高强度复合材料网格结构的材质为纤维增强树脂基复合材料, 单 向纤维预浸料的铺层设计是将多张浸渍树脂的单向纤维预浸。
10、料, 按照 0 度或 90 度的方向 进行交错排列形成复合材料预浸布, 其中 0 度铺层含量决定复合材料网格结构的抗压缩性 能 ; 90 度铺层含量决定复合材料网格结构的抗弯曲性能。 0011 本发明所制备的高强度复合材料网格的形式根据所采用的波纹片的形式而定, 当 说 明 书 CN 102152502 A2/4 页 4 波纹片锯齿波的斜边与上底边的内角为 90 度时, 网格结构为矩形蜂窝结构 ; 当波纹片锯齿 波的斜边与上底边的内角为 120 度时, 网格结构为六边形蜂窝结构。在复合材料网格结构 制造过程中, 网格结构的强度可根据单向纤维预浸料内不同角度铺层数的比例进行调控, 0 度铺层含量。
11、增加则复合材料网格结构的抗压缩性能提高 ; 90 度铺层含量增加则复合材料 网格结构的抗弯曲性能提高。 0012 本发明所述的步骤 (2)、 (3)、 (4) 可连续生产也可间歇生产, 连续生产的步骤为 : 铺层设计好的预浸料通过拉挤成型设备的口模进入固化炉, 预浸料在固化炉中运动的过程 完成固化, 经切割装置切割将波纹板切割成为指定宽度的波纹片 ( 波纹片的宽度根据所制 备的复合材料网格结构的厚度而定 ), 在波纹片波峰的上表面和波谷的下表面涂覆树脂, 将一条波纹片波峰的上表面和另一条波纹片对应波谷的下表面进行粘接制成六边形或矩 形的网格结构, 后将该网格结构的波峰的上表面和第三条波纹片对应。
12、波谷的下表面进行粘 接, 依次类推将多条波纹片进行粘接可制备出高强度复合材料网格结构。 0013 间歇生产的步骤为 : 采用模压成型工艺, 将铺层设计好的预浸料在一定的温度、 压 力条件下制造出复合材料波纹板, 后将波纹板切割成一定宽度的波纹片 ( 波纹片的宽度根 据所需高强度复合材料网格结构的厚度而定 ), 在波纹片波峰的上表面和波谷的下表面涂 覆树脂, 将一条波纹片波峰的上表面和另一条波纹片对应波谷的下表面进行粘接制成六边 形或矩形的网格结构, 后将该网格结构的波峰的上表面和第三条波纹片对应波谷的下表面 进行粘接, 依次类推将多条波纹片进行粘接可制备出高强度复合材料网格结构。 0014 本。
13、发明各工艺步骤的说明 0015 (1) 单向纤维预浸料的铺层设计, 是将多张浸渍树脂的单向纤维预浸料, 按照 0 度 或90度的方向进行交错排列形成复合材料预浸布, 其中0度铺层含量决定复合材料网格结 构的抗压缩性能 ; 90 度铺层含量决定复合材料网格结构的抗弯曲性能, 各铺层的含量根据 复合材料网格结构的使用情况而定。 0016 (2) 在复合材料波纹板的制备过程中可采用复合材料的拉挤成型工艺或模压成型 工艺, 其中拉挤成型工艺对应于连续生产工艺, 而模压成型工艺则对应间歇成型工艺。 在拉 挤成型工艺中复合材料预浸布的最外层的排列方向须为 0 度方向, 以保证复合材料预浸布 可顺利的通过拉。
14、挤成型设备的口模。 拉挤成型工艺的口模或模压成型工艺的模具截面的波 形为矩形或梯形的锯齿形波纹板, 其中梯形锯齿波的斜边与上底边的内角为 90-180 度 ; 锯 齿形波纹板的波长为 5-50mm, 振幅为 5-50mm。 0017 (3) 在将复合材料波纹板进行切割制成复合材料波纹片时, 波纹片的厚度可为 0.1-10mm。 0018 (4) 在复合材料波纹片的波峰的上表面和波谷的下表面涂覆环氧树脂或不饱和聚 酯或双马来酰亚胺树脂或乙烯基树脂。 将一条波纹片波峰的上表面和另一条波纹片对应波 谷的下表面进行粘接制成六边形或矩形的网格结构, 后将该网格结构的波峰的上表面和第 三条波纹片对应波谷的。
15、下表面进行粘接, 依次类推将多条波纹片进行粘接可制备出高强度 复合材料网格结构, 各波纹片的粘接过程可分别进行也可同时进行。所获得的高强度复合 材料网格结构的长度由波纹片沿着波纹延伸方向的距离决定, 复合材料网格结构的宽度由 所粘接波纹片数量决定。 0019 本发明的优点 说 明 书 CN 102152502 A3/4 页 5 0020 本发明简便可行, 具有较强的可操作性, 所制备的复合材料网格结构具有力学性 能可靠、 可设计性强的特点, 为高性能复合材料网格结构在众多高技术领域的应用奠定了 良好的基础。 附图说明 0021 图 1 为复合材料波纹片示意图 ; 0022 图 2 为高性能复合。
16、材料网格结构示意图。 0023 图中 : 1、 波峰 ; 2、 波谷 ; 3、 波峰上表面 ; 4、 波谷下表面 ; 5、 斜边 ; 6、 斜边与上底边 的内角 ; 7、 粘接区域。 具体实施方式 0024 以下实施例用以说明本发明。 0025 实施例 1 0026 将 0.15mm 厚的单向碳纤维 / 环氧树脂预浸料按照, 第一层 0 度 / 第二层 90 度 / 第三层 0 度 / 第四层 90 度 / 第五层 0 度 ( 共 5 层 ) 的方式排列制成碳纤维 / 环氧树脂预 浸布。采用模压成型工艺 ( 所采用的模具截面波形为梯形, 梯形的斜边与上底边的夹角为 120度, 截面波长为20m。
17、m, 振幅10mm), 将复合材料预浸布进行固化成型制成碳纤维/环氧波 纹板。将碳纤维 / 环氧波纹板沿着平行于截面波纹延伸的方向进行切割, 制成宽度为 15mm 的碳纤维 / 环氧波纹片 ( 如图 1 所示 )。将碳纤维 / 环氧波纹片的上下两面涂覆环氧树脂, 将一块波纹片波谷的下表面 ( 如图 2 标号 4 所示 ) 与另一块复合材料波纹片波峰的上表面 (如图2标号3所示)进行粘接, 将得到的板材下表面与其他复合材料波纹片波峰的上表面 进行粘接, 依次类推可获得高强度碳纤维 / 环氧网格结构, 该网格结构具有较高的弯曲强 度, 可作为建筑结构补强材料。 0027 实施例 2 0028 将 。
18、0.18mm 厚的单向玻璃纤维 / 不饱和聚酯树脂预浸料按照, 第一层 0 度 / 第二层 90 度 / 第三层 0 度 / 第四层 90 度 / 第五层 0 度 / 第六层 90 度 / 第七层 0 度 ( 共 7 层 ) 的 方式排列制成玻璃纤维 / 不饱和聚酯树脂预浸布。采用拉挤成型工艺 ( 拉挤成型过程所采 用的口模的截面为矩形, 即斜边与上底边的夹角为 90 度, 截面波长为 25mm, 振幅 10mm), 将 复合材料预浸布进行固化成型制成玻璃纤维 / 不饱和聚酯波纹板。将玻璃纤维 / 不饱和聚 酯波纹板沿着平行于截面波纹延伸的方向进行切割, 制成宽度为10mm的玻璃纤维/不饱和 。
19、聚酯波纹片 ( 如图 1 所示 )。将一块玻璃纤维 / 不饱和聚酯波纹片波谷的下表面 ( 如图 2 标号 4 所示 ) 与另一块玻璃纤维 / 不饱和聚酯波纹片波峰的上表面 ( 如图 2 标号 3 所示 ) 进行粘接, 将得到的板材下表面与其他玻璃纤维 / 不饱和聚酯波纹片波峰的上表面进行粘 接, 依次类推可获得高强度玻璃纤维 / 不饱和聚酯网格结构, 该网格结构具有较高的抗压 缩性能且成本低廉, 可作为通路地板增强材料。 0029 实施例 3 0030 将 0.15mm 厚的单向碳纤维 / 双马来酰亚胺树脂预浸料按照, 第一层 0 度 / 第二层 90 度 / 第三层 0 度 / 第四层 0 。
20、度 / 第五层 0 度 / 第六层 90 度 / 第七层 0 度 ( 共 7 层 ) 的 方式排列制成碳纤维 / 双马来酰亚胺树脂预浸布。采用拉挤成型工艺 ( 拉挤成型过程所采 说 明 书 CN 102152502 A4/4 页 6 用的口模的截面波形为梯形, 梯形的斜边与上底边的夹角为 120 度, 截面波长为 20mm, 振幅 12mm), 将复合材料预浸布进行固化成型制成碳纤维 / 双马来酰亚胺波纹板。将碳纤维 / 双 马来酰亚胺波纹板沿着平行于截面波纹延伸的方向进行切割, 制成宽度为 10mm 的碳纤维 / 双马来酰亚胺波纹片 ( 如图 1 所示 )。将碳纤维 / 双马来酰亚胺波纹板波纹片的上下两面 涂覆环氧树脂, 将一块碳纤维 / 双马来酰亚胺波纹片波谷的下表面 ( 如图 2 标号 4 所示 ) 与另一块碳纤维 / 双马来酰亚胺波纹片波峰的上表面 ( 如图 2 标号 3 所示 ) 进行粘接, 将 得到的板材下表面与其他碳纤维 / 双马来酰亚胺波纹片波峰的上表面进行粘接, 依次类推 可获得高强度碳纤维 / 双马来酰亚胺网格结构, 该网格结构具有较高的抗压缩性能, 及优 异的耐热性能, 可作为耐高温结构材料。 说 明 书 CN 102152502 A1/1 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 。