專利名稱：格構增強型復合材料夾層結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種格構增強型復合材料夾層結構梁、板、殼結 構件，它普遍應用于航空航天、艦船車輛、橋梁建筑等領域負荷較大 的結構件，如艦船面板、集裝箱底板、機場墊板、橋面板等。
技術背景復合材料夾層結構由三部分組成，最外層是面板，主要承受彎曲 變形引起的正應力，采用高強、高模量的材料制造，如層壓的碳纖維 或玻璃纖維布等；中間是芯材，為夾層結構提供足夠的截面慣性矩， 主要承受剪應力，常用蜂窩、泡沫、輕木等材料。面板和芯材之間是 膠接層，通過樹脂將兩者粘接在一起，常用不飽和聚酯、乙烯基樹脂、 環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等。復合材料夾層結構既充分利用了纖維材料強度高、重量輕的優(yōu)勢， 又巧妙地借助輕質芯材所獲得的截面慣性矩，可以達到理想的結構性 能(如強度、剛度和沖擊韌性等)，由于其具有比強度和比剛度高、可 設計性強等其他材料不可比擬的特點，以及適應于輕質、高速、安全、 抗疲勞、耐腐蝕、隱形等特性的發(fā)展趨勢，復合材料夾層結構的應用 領域越來越廣泛，可涉及軍事設施、國防工程、車輛、艦船、建筑、 橋梁等領域；如發(fā)達國家釆用復合材料夾層結構制造艦船構件、火車 及大型客車的車廂、集裝箱、運料罐車以及化工儲罐等，甚至用于美 國宇航局漫游者號月球登陸車；在橋梁建筑領域，可用于屋面板、建 筑模板、墻體隔板、橋面板、機場臨時墊板、輕便舟橋等。由此可見， 復合材料夾層結構是一種具有廣闊發(fā)展前景的材料與結構形式。在我國，復合材料夾層結構多以蜂窩為芯材，但蜂窩夾層結構的 面板與芯材的接觸面積小，因此其粘結性能相對較弱。另外，我國也 有以聚氨酯等泡沫為芯材的復合材料夾層結構，但由于該泡沫的抗壓
和抗剪能力較低，因此并不能充分利用纖維面板的抗拉能力，從而使得該夾層結構形式不能得以廣泛應用。發(fā)明內容本實用新型的目的則是針對目前泡沫和輕木芯材的抗壓和抗剪能 力較低、芯材與面板的界面構造簡單等技術的不足，提供一種格構增 強型復合材料夾層結構，可顯著提高芯材的抗壓與抗剪能力以及芯材 與面板之間的抗剝離能力。本實用新型的目的可以通過以下措施來達到一種格構增強型復合材料夾層結構，它包括芯材l，纖維面板2， 沿芯材1的厚度方向上剖開，在剖開空隙位置中填充樹脂形成樹脂腹板3，或者在其中填充纖維布，纖維布與樹脂形成復合材料腹板4，在 芯材1的上下表面鋪設有纖維布層，其與樹脂固化形成纖維面板2。其中，所述的樹脂腹板3與復合材料腹板4的尺寸、排列方式均 任意，優(yōu)選為正交布置。所述的芯材1為泡沫、輕木或其他任意材質，它包括聚氨酯泡沫、聚氯乙烯泡沫、碳泡沬、泡桐木、杉木、橡木或膠合板。所述的纖維布為纖維材質，它包括單軸向、雙軸向或多軸向的 碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維或雜交纖維布。所述的樹脂腹板3與復合材料腹板4沿芯材1厚度方向上豎直或傾斜布置。所述的樹脂包括不飽和聚酯、乙烯基樹脂、環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂。所述的纖維面板2布置于芯材1上、下表面的厚度既可以一致也 可以不一致而且纖維布層的鋪設方向與層數可根據需要靈活調整。上述的格構增強型復合材料夾層結構可以采用如下所述方法制備得到a.沿泡沫或輕木芯材1的厚度方向剖開，在芯材1平面方向上， 可單向也可雙向或多向剖開，剖開的位置、尺寸與數量可根據 受力需要任意布置，在芯材1厚度方向上，剖開的形狀可豎直
或傾斜；b.處理完畢的芯材l可根據構件需要，加工成梁、板、殼形狀； C將一層或多層纖維布鋪設于芯材1的上下表面；e. 其中步驟b，C也可由本步驟代替將一層或多層纖維布填充于 芯材1剖開的位置上，然后再將一層或多層纖維布鋪設于芯材1的上 下表面。f. 通過真空袋成型工藝、真空導入成型工藝或RTM成型工藝將樹 脂灌入到真空袋或模具中；g. 待樹脂固化成型后，取出，纖維布層與樹脂固化成纖維面板2， 芯材1剖開的位置填滿樹脂形成樹脂腹板3，而在剖開位置中填充的 纖維材料則與樹脂形成復合材料腹板4。這樣即可獲得一種芯材抗壓與抗剪能力以及面板與芯材之間粘結 能力得以顯著提高的格構增強型復合材料夾層結構。本實用新型具有如下優(yōu)點本實用新型格構增強型復合材料夾層結構與目前的其他產品相 比，其最大的特點是沿芯材厚度方向的樹脂腹板或復合材料腹板可明 顯提高芯材的抗壓和抗剪能力，起到類似于橫隔板的功能，增強復合 材料夾層結構的整體受力性能；同時，腹板的存在增大了面板與芯材 的接觸面積，可增強面板與芯材之間的抗剝離能力。

圖1為格構增強型復合材料夾層結構示意圖之一。 圖2為格構增強型復合材料夾層結構示意圖之二。 圖3為格構增強型復合材料夾層結構示意圖之三。 圖4為沿芯材厚度方向布置的樹脂腹板或復合材料腹板的示意圖。圖5為樹脂腹板或復合材料腹板傾斜設置時的結構示意圖。附圖中l(wèi)為芯材，包括泡沫(聚氨酯、聚氯乙烯、碳泡沫等) 和輕木(泡桐木、杉木、橡木、膠合板等)；2為纖維面板(玻璃纖維 面板、碳纖維面板、芳綸纖維面板、雜交纖維面板等)；3為樹脂腹板(不飽和聚酯、乙烯基樹脂、環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂等)；4為纖維布與 樹脂形成的復合材料腹板。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步地說明 實施例1本實用新型的格構增強型復合材料夾層結構，它包括聚氯乙烯泡 沫材質的芯材l，沿芯材1的厚度方向上剖開，剖開位置為雙向正交、 豎直布置，其中填滿環(huán)氧樹脂后形成樹脂腹板3，在芯材1的上下表 面均鋪設兩層雙軸向碳纖維布層，它與環(huán)氧樹脂固化能形成纖維面板2。實施例2本實用新型的格構增強型復合材料夾層結構，它包括泡桐木材質 的芯材1，沿芯材1的厚度方向上剖開，剖開位置為雙向正交、傾斜 布置，并填有玻璃纖維布，其與乙烯基樹脂固化后形成樹脂腹板4， 在芯材1的上表面鋪設有三層四軸向玻璃纖維布層，在芯材1的下表 面三層四軸向芳綸纖維布層，它們與乙烯基樹脂固化形成纖維面板2。如實施例l所述，但在剖開芯材1時，可根據受力需要，剖開位 置的個數、尺寸和排列方式可靈活控制。實施例3本實用新型的格構增強型復合材料夾層結構，它包括聚氨酯泡沫 材質的芯材1，沿芯材1的厚度方向上剖開，剖開位置為單向、傾斜 布置，并填有碳纖維布，與酚醛樹脂固化后形成樹脂腹板4，在芯材l的上表面鋪設有三層四軸向玻璃纖維布層，下表面鋪設有五層四軸向 玻璃纖維布層，它們與酚醛樹脂固化形成復合材料腹板4。如實施例1、 2所述，但布置于芯材1上下表面的纖維面板2的厚 度可一致，也可不一致。上述格構增強型復合材料夾層結構的制備方法如下a.在泡沫(包括聚氨酯、聚氯乙烯、碳泡沫等)或輕木(包括泡桐木、杉木、橡木、膠合板等)芯材1的厚度方向上剖開，在芯材1平面方向上，可單向也可雙向或多向剖開，剖開的位置、尺寸與數量可根據受力需要任意布置，在芯材1厚度方向上，剖開的形狀可豎直或傾斜，如附圖3、 4;b.處理完畢的芯材l可根據構件需要加工成梁、板、殼形狀； C將一層或多層纖維布(包括單軸向、雙軸向或多軸向的碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維或雜交纖維布等)鋪設于芯材1的上下表面； d其中步驟a，b，C也可由本步驟代替先將一層或多層纖維布填充于芯材1剖開的位置上，然后再將一層或多層纖維布鋪設于芯材1的上下表面；e通過真空袋成型工藝、真空導入成型工藝或RTM成型工藝將樹脂(包括不飽和聚酯、乙烯基樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等)灌入 到真空袋或模具中；f待樹脂固化成型后，取出，纖維布層與樹脂固化成纖維面板2， 芯材1剖開的位置填充樹脂形成樹脂腹板3，而填有纖維布的芯材1 的剖開位置則與樹脂形成復合材料腹板4。如此即可獲得一種芯材抗壓與抗剪能力以及面板與芯材之間粘結 能力得以顯著提高的格構增強型復合材料夾層結構。
權利要求1、一種格構增強型復合材料夾層結構，它包括芯材(1)，纖維面板(2)，其特征在于沿芯材(1)厚度方向剖開，在剖開空隙位置中填充樹脂后形成樹脂腹板(3)或者在其中填充纖維布，纖維布與樹脂形成復合材料腹板(4)，在芯材(1)的上下表面鋪設有纖維布層，其與樹脂固化形成纖維面板(2)。
2、 根據權利要求l所述的格構增強型復合材料夾層結構，其特征 在于所述的樹脂腹板(3)或復合材料腹板(4)在芯材(1)平面方向 上呈單向、雙向或多向布置。
3、 根據權利要求1或2所述的格構增強型復合材料夾層結構，其 特征在于所述的樹脂腹板(3)或復合材料腹板(4)沿芯材(1)厚度 方向上垂直或傾斜布置。
4、 根據權利要求l所述的格構增強型復合材料夾層結構，其特征 在于所述的用于填充芯材(1)剖開空隙位置的纖維布采用單軸向、雙 軸向或多軸向的碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維以及雜交纖維布。
5、 根據權利要求l所述的格構增強型復合材料夾層結構，其特征 在于所述的芯材(1)的材質采用聚氨酯泡沫、聚氯乙烯泡沬、碳泡沫、 泡桐木、杉木、橡木或膠合板。
6、 根據權利要求1所述的格構增強型復合材料夾層結構，其特征 在于所述的纖維布層采用單軸向、雙軸向或多軸向的碳纖維、玻璃纖 維、芳綸纖維或雜交纖維布。
7、 根據權利要求l所述的格構增強型復合材料夾層結構，其特征 在于所述的樹脂采用不飽和聚酯、乙烯基樹脂、環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂。
專利摘要本實用新型涉及一種格構增強型復合材料夾層結構，它包括芯材(1)，纖維面板(2)，其特征在于沿芯材(1)厚度方向剖開，在剖開空隙位置中填充樹脂后形成樹脂腹板(3)或者在其中填充纖維布，纖維布與樹脂形成復合材料腹板(4)，在芯材(1)的上下表面鋪設有纖維布層，其與樹脂固化形成纖維面板(2)。本實用新型與目前的其他產品相比，其最大的特點是其樹脂腹板或復合材料腹板可明顯提高芯材的抗壓和抗剪能力，增強面板與芯材之間的抗剝離能力，使復合材料夾層結構的整體受力性能得到明顯的改善，普遍應用于負荷較大的結構件，如艦船面板、集裝箱底板、機場墊板、橋面板、建筑面板等。
文檔編號B32B3/22GK201052677SQ20072003610
公開日2008年4月30日 申請日期2007年4月10日 優(yōu)先權日2007年4月10日
發(fā)明者里 萬, 劉偉慶, 海 方 申請人:南京工業(yè)大學