專利名稱：三維正交機(jī)織泡沫夾層復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維正交機(jī)織泡沫夾層復(fù)合材料的制備方法，屬于夾層復(fù)合材料的設(shè)計(jì)與制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
夾層結(jié)構(gòu)自20世紀(jì)40年代誕生以來，由于它具有高的比強(qiáng)度和高的比模量，耐疲勞，抗震動性能好，并能有效地吸收沖擊載荷，同時(shí)又能通過適當(dāng)?shù)拿姘?，芯材和膠黏劑，滿足各種使用條件下的要求，因此一直是航空和航天工程中的結(jié)構(gòu)“材料”。近來年，由于夾層結(jié)構(gòu)的材料成本不斷下降，成型工藝日趨成熟，這種昔日的“高價(jià)”產(chǎn)品已逐步進(jìn)入了國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。目前夾層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用已遍及航空，航天，交通運(yùn)輸，建筑，電子工業(yè)以及體育和娛樂界。目前泡沫夾層復(fù)合材料的制備研究方法很多。申請?zhí)?009100458 . 0的專利是以樹脂基纖維三維增強(qiáng)中空復(fù)合材料為基體，采用真空輔助加料及層壓發(fā)泡技術(shù)、在復(fù)合材料中空位置處充填發(fā)泡型酚醛樹脂制得泡沫夾層復(fù)合材料。有研究將碳纖維層壓板作為夾層結(jié)構(gòu)的上下面板，用ζ向縫紉紗將上下面板和芯材縫合為一整體，來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的整體性。夾層結(jié)構(gòu)在力學(xué)上的特點(diǎn)是表層為主要承載層，而芯材的作用是把兩塊表層板撐開和表層牢固地粘合在一起并承受剪切力，其中芯材和面層的粘結(jié)結(jié)合是關(guān)鍵技術(shù)之一， 只有兩者有效結(jié)合，才能實(shí)現(xiàn)夾層結(jié)構(gòu)的良好性能。對于主承力的面板，傳統(tǒng)的層合板有易分層的缺陷，而本發(fā)明中的三維正交面板層在Z向有增強(qiáng)紗參與織造，使其力學(xué)性能在Z向有了很大改善，固有不易分層的優(yōu)勢。另一方面，泡沫芯材和上下面板的傳統(tǒng)膠黏方式不易實(shí)現(xiàn)很好的效果，芯材和上下面板也存在脫離現(xiàn)象，成為受力弱點(diǎn)。本發(fā)明中采用三維正交機(jī)織來制造面層和整個(gè)夾層結(jié)構(gòu)，不僅三維正交面板層與傳統(tǒng)的層合面層相比，有不易分層的特點(diǎn)，同時(shí)用Z向紗將泡沫長條和上下面板用織造的方式結(jié)合在一起，使夾層結(jié)構(gòu)的整體性更好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有較好的力學(xué)性能的三維正交機(jī)織泡沫夾層復(fù)合材料的制備方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種三維正交機(jī)織泡沫夾層復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，具體步驟為
第一步織造三維正交織物作為上面板和下面板，把至少兩塊泡沫平行排列在上面板和下面板之間，用捆綁紗將每塊泡沫捆綁固定在上面板和下面板之間得到輕質(zhì)三維正交機(jī)織泡沫夾層織物；
第二步將第一步得到的輕質(zhì)三維正交機(jī)織泡沫夾層織物浸潤在樹脂中，加熱使樹脂固化，得到三維正交機(jī)織泡沫夾層復(fù)合材料。
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進(jìn)一步地，所述的捆綁紗穿過上面板和下面板并沿垂直于上面板和下面板的方向纏繞每塊泡沫。第一步中所述的捆綁紗由芳綸纖維、玻璃纖維或玄武巖纖維制成。捆綁紗的細(xì)度為 450-3300 Dtex0第一步中所述的泡沫為酚醛泡沫或聚苯乙烯泡沫。第二步中所述的樹脂為酚醛樹脂。泡沫的厚度為2mm-40mm。第二步所得的輕質(zhì)三維正交機(jī)織泡沫夾層復(fù)合材料的厚度為4mm-50mm。本發(fā)明中采用三維正交機(jī)織來制造面層和整個(gè)夾層結(jié)構(gòu)，其三維正交面板層與傳統(tǒng)的層合面層相比，有不易分層的特點(diǎn)。增強(qiáng)紗使上下面板的Z向力學(xué)性能得到改善，捆綁紗將泡沫長條和上下面板用織造的方式結(jié)合在一起，使其整體性更好。本發(fā)明中采用真空輔助樹脂轉(zhuǎn)移法制備復(fù)合材料板，同時(shí)也可以用手糊和模型結(jié)合的成型方法。本發(fā)明的有益效果如下制備方法比較簡單，成本較低，性能穩(wěn)定，可以很好地滿足應(yīng)用要求；采用三維正交機(jī)織的制造方法，有效改善了面板本身性能以及泡沫和面板間的結(jié)合性能；除具有夾層復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)外，還因所選材料的性能使最后的夾層復(fù)合材料具有很好的阻燃性能；具有很強(qiáng)的設(shè)計(jì)性，可以根據(jù)具體應(yīng)用要求來改變相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸和材料選擇。


圖1為面板剖面圖2為經(jīng)紗方向泡沫排列方式圖； 圖3為三維正交機(jī)織泡沫夾層復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為織造方法示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例來具體說明本發(fā)明。實(shí)施例1
一種三維正交機(jī)織泡沫夾層阻燃耐火復(fù)合材料，如圖3所示，為三維正交機(jī)織泡沫夾層復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖，所述包括上面板1、下面板3以及通過捆綁紗4固定在上面板 1和下面板3之間的平行排列的泡沫2。捆綁紗4穿過上面板1和下面板3并沿垂直于上面板1和下面板3的方向纏繞每塊泡沫2。如圖2所示，為經(jīng)紗方向泡沫排列方式圖，上面板1、下面板3以及捆綁紗4選用芳綸纖維作為材料，泡沫2為酚醛泡沫。捆綁紗4細(xì)度為 450Dtex，泡沫2的厚度為25mm，三維正交機(jī)織泡沫夾層復(fù)合材料的厚度為30mm。根據(jù)材料和結(jié)構(gòu)的不同設(shè)計(jì)，其夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的彎曲模量可在IOGpa-SOGPii,彎曲強(qiáng)度可在 50-150MPa.
如圖1所示，為面板剖面圖，上面板1和下面板3的經(jīng)紗6和緯紗7分別垂直交織排列，沿三維織物的厚度方向即Z向，分別有Z向的增強(qiáng)紗5和Z向的捆綁紗4。增強(qiáng)紗5使上面板1和下面板3在厚度方向上的力學(xué)性能有所改善，同時(shí)克服了層合板易分層的缺點(diǎn)。 泡沫2是以一定設(shè)計(jì)尺寸的長方體形式在捆綁紗4的捆綁作用下織造于夾層結(jié)構(gòu)中，捆綁紗4以一定的織造循環(huán)周期來實(shí)現(xiàn)泡沫的捆綁密度，從而使泡沫2與上面板1、下面板3更好的結(jié)合在一起，使夾層結(jié)構(gòu)有很好的整體性。如圖4所示，為織造方法示意圖，以面板為 2層經(jīng)紗和3層緯紗交織為例，上面板1和下面板3分別都由2層經(jīng)紗6，3層緯紗7和增強(qiáng)紗5交織而成。在織造過程中，正如常規(guī)三維機(jī)織一樣，增強(qiáng)紗5和捆綁紗4都由綜框控制，在綜框的作用下實(shí)現(xiàn)上下交織。捆綁紗4的交織循環(huán)由采用泡沫尺寸(寬度)和面板的緯密來決定。當(dāng)放入泡沫2時(shí)捆綁紗4實(shí)現(xiàn)一次交織來實(shí)現(xiàn)對泡沫2的捆綁作用，捆綁紗 4浮線長度理論上等于泡沫2的寬度。經(jīng)紗密度4-8根/cm，緯紗密度4_8根/cm。采用真空輔助樹脂轉(zhuǎn)移成型法，將織成的三維泡沫夾層織物干燥稱重，然后放在涂有脫模劑的玻璃模板上，用真空袋包覆密封，注意注射口和出口處的密封完好。模具密封完好后，啟動真空泵確認(rèn)無空氣泄露。所用壓力為-40到-80KPa。抽真空達(dá)到一定真空度后開始注入酚醛樹脂，樹脂浸潤均勻充分后于70°C的烘箱中熱處理》1，使其受熱固化。固化后切除毛邊即可。實(shí)施例2
一種三維正交機(jī)織泡沫夾層隔熱保溫復(fù)合材料，如圖3所示，為三維正交機(jī)織泡沫夾層復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖，所述包括上面板1、下面板3以及通過捆綁紗4固定在上面板1和下面板3之間的平行排列的泡沫2。捆綁紗4穿過上面板1和下面板3并沿垂直于上面板 1和下面板3的方向纏繞每塊泡沫2。如圖2所示，為經(jīng)紗方向泡沫排列方式圖，上面板1、 下面板3以及捆綁紗4選用玻璃纖維作為材料，泡沫2為聚苯乙烯泡沫。捆綁紗4細(xì)度為 3300 Dtex，泡沫2的厚度為40mm，三維正交機(jī)織泡沫夾層復(fù)合材料的厚度為50mm。如圖1所示，為面板剖面圖，上面板1和下面板3的經(jīng)紗6和緯紗7分別垂直交織排列，沿三維織物的厚度方向即ζ向，分別有Z向的增強(qiáng)紗5和Z向的捆綁紗4。增強(qiáng)紗5 使上面板1和下面板3在厚度方向上的力學(xué)性能有所改善，同時(shí)克服了層合板易分層的缺點(diǎn)。泡沫2是以一定設(shè)計(jì)尺寸的長方體形式在捆綁紗4的捆綁作用下織造于夾層結(jié)構(gòu)中， 捆綁紗4以一定的織造循環(huán)周期來實(shí)現(xiàn)泡沫的捆綁密度，從而使泡沫2與上面板1、下面板 3更好的結(jié)合在一起，使夾層結(jié)構(gòu)有很好的整體性。如圖4所示，為織造方法示意圖，以面板為2層經(jīng)紗和3層緯紗交織為例，上面板1和下面板3分別都由2層經(jīng)紗6，3層緯紗7和增強(qiáng)紗5交織而成。在織造過程中，正如常規(guī)三維機(jī)織一樣，增強(qiáng)紗5和捆綁紗4都由綜框控制，在綜框的作用下實(shí)現(xiàn)上下交織。捆綁紗4的交織循環(huán)由采用泡沫尺寸(寬度)和面板的緯密來決定。當(dāng)放入泡沫2時(shí)捆綁紗4實(shí)現(xiàn)一次交織來實(shí)現(xiàn)對泡沫2的捆綁作用，捆綁紗4浮線長度理論上等于泡沫2的寬度。經(jīng)紗密度4-8根/cm，緯紗密度4_8根/cm。采用真空輔助樹脂轉(zhuǎn)移成型法，將織成的三維泡沫夾層織物干燥稱重，然后放在涂有脫模劑的玻璃模板上，用真空袋包覆密封，注意注射口和出口處的密封完好。模具密封完好后，啟動真空泵確認(rèn)無空氣泄露。所用壓力為-40到-80KPa。抽真空達(dá)到一定真空度后開始注入酚醛樹脂，樹脂浸潤均勻充分后于70°C的烘箱中熱處理》1，使其受熱固化。固化后切除毛邊即可。實(shí)施例3
一種用于船艦等部件材料的輕質(zhì)的三維正交機(jī)織泡沫夾層復(fù)合材料，如圖3所示，為三維正交機(jī)織泡沫夾層復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖，所述包括上面板1、下面板3以及通過捆綁紗 4固定在上面板1和下面板3之間的平行排列的泡沫2。捆綁紗4穿過上面板1和下面板
53并沿垂直于上面板1和下面板3的方向纏繞每塊泡沫2。如圖2所示，為經(jīng)紗方向泡沫排列方式圖，上面板1、下面板3以及捆綁紗4選用玄武巖纖維作為材料，泡沫2為酚醛泡沫。 捆綁紗4細(xì)度為2000 Dtex,泡沫2的厚度為20mm，三維正交機(jī)織泡沫夾層復(fù)合材料的厚度為 30mm。如圖1所示，為面板結(jié)構(gòu)示意圖，上面板1和下面板3的經(jīng)紗6和緯紗67分別垂直交織排列，沿三維織物的厚度方向即ζ向，分別有Z向的增強(qiáng)紗5和Z向的捆綁紗4。增強(qiáng)紗5使上面板1和下面板3在厚度方向上的力學(xué)性能有所改善，同時(shí)克服了層合板易分層的缺點(diǎn)。泡沫2是以一定設(shè)計(jì)尺寸的長方體形式在捆綁紗4的捆綁作用下織造于夾層結(jié)構(gòu)中，捆綁紗4以一定的織造循環(huán)周期來實(shí)現(xiàn)泡沫的捆綁密度，從而使泡沫2與上面板1、下面板3更好的結(jié)合在一起，使夾層結(jié)構(gòu)有很好的整體性。如圖4所示，為織造方法示意圖，以面板為2層經(jīng)紗和3層緯紗交織為例，上面板1和下面板3分別都由2層經(jīng)紗6，3層緯紗7 和增強(qiáng)紗5交織而成。在織造過程中，正如常規(guī)三維機(jī)織一樣，增強(qiáng)紗5和捆綁紗4都由綜框控制，在綜框的作用下實(shí)現(xiàn)上下交織。捆綁紗4的交織循環(huán)由采用泡沫尺寸(寬度)和面板的緯密來決定。當(dāng)放入泡沫2時(shí)捆綁紗4實(shí)現(xiàn)一次交織來實(shí)現(xiàn)對泡沫2的捆綁作用，捆綁紗4浮線長度理論上等于泡沫2的寬度。經(jīng)紗密度4-8根/cm，緯紗密度4_8根/cm。采用真空輔助樹脂轉(zhuǎn)移成型法，將織成的三維泡沫夾層織物干燥稱重，然后放在涂有脫模劑的玻璃模板上，用真空袋包覆密封，注意注射口和出口處的密封完好。模具密封完好后，啟動真空泵確認(rèn)無空氣泄露。所用壓力為-40到-80KPa。抽真空達(dá)到一定真空度后開始注入酚醛樹脂，樹脂浸潤均勻充分后于70°C的烘箱中熱處理》1，使其受熱固化。固化后切除毛邊即可。
權(quán)利要求
1.一種三維正交機(jī)織泡沫夾層復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，具體步驟為第一步織造三維正交織物作為上面板(1)和下面板(3)，把至少兩塊泡沫(2)平行排列在上面板(1)和下面板(3)之間，用捆綁紗(4)將每塊泡沫(2)捆綁固定在上面板(1)和下面板(3)之間得到輕質(zhì)三維正交機(jī)織泡沫夾層織物；第二步將第一步得到的輕質(zhì)三維正交機(jī)織泡沫夾層織物浸潤在樹脂中，加熱使樹脂固化，得到三維正交機(jī)織泡沫夾層復(fù)合材料。
2.如權(quán)利要求1所述的三維正交機(jī)織泡沫夾層復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的捆綁紗(4)穿過上面板(1)和下面板(3)并沿垂直于上面板(1)和下面板(3)的方向纏繞每塊泡沫(2)。
3.如權(quán)利要求1所述的三維正交機(jī)織泡沫夾層復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，第一步中所述的捆綁紗(4)由芳綸纖維、玻璃纖維或玄武巖制成。
4.如權(quán)利要求1所述的三維正交機(jī)織泡沫夾層復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，捆綁紗(4)的細(xì)度為450-3300 Dtex。
5.如權(quán)利要求1所述的三維正交機(jī)織泡沫夾層復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，第一步中所述的泡沫(2)為酚醛泡沫或聚苯乙烯泡沫。
6.如權(quán)利要求1所述的三維正交機(jī)織泡沫夾層復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，泡沫(2)的厚度為2mm-40mm。
7.如權(quán)利要求1所述的三維正交機(jī)織泡沫夾層復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，第二步中所述的樹脂為酚醛樹脂。
8.如權(quán)利要求1所述的三維正交機(jī)織泡沫夾層復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，第二步所得的三維正交機(jī)織泡沫夾層復(fù)合材料的厚度為4mm-50mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三維正交機(jī)織泡沫夾層復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，具體步驟為第一步織造三維正交織物作為上面板和下面板，把至少兩塊泡沫平行排列在上面板和下面板之間，用捆綁紗將每塊泡沫捆綁固定在上面板和下面板之間得到輕質(zhì)三維正交機(jī)織泡沫夾層織物；第二步采用真空輔助樹脂轉(zhuǎn)移成型法將第一步得到的輕質(zhì)三維正交機(jī)織泡沫夾層織物浸潤在樹脂中，加熱使樹脂固化，切除毛邊得到輕質(zhì)三維正交機(jī)織泡沫夾層復(fù)合材料。本發(fā)明所得產(chǎn)品具有較好的整體性能。
文檔編號B32B27/42GK102152525SQ201010597
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者劉夏慧, 葉婷, 周冬春, 張三亮, 張坤, 朱彥霖, 李國琴, 邱夷平, 鐘艷玲 申請人:東華大學(xué)