一種新型點陣結(jié)構(gòu)復合材料及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型點陣結(jié)構(gòu)復合材料及其制造方法，所述制造方法包括如下步驟：點陣結(jié)構(gòu)的設計??原料選擇??點陣復合材料預制件(織物)的制備??點陣結(jié)構(gòu)復合材料的制備。它具有輕質(zhì)、高強、高模、隔熱、保溫、吸能、降噪、抗沖擊、耐腐蝕等特點，市場應用前景廣闊。
【專利說明】
一種新型點陣結(jié)構(gòu)復合材料及其制造方法
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明涉及三維結(jié)構(gòu)復合材料設計技術(shù)領域，尤其涉及一種新型點陣結(jié)構(gòu)復合材料及其制造方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]21世紀初，哈佛大學的Evans、劍橋大學的Ashby、MIT的Gibson等學者率先提出一種空間點陣結(jié)構(gòu)材料。近年來，輕質(zhì)、高強點陣結(jié)構(gòu)材料已成為研究熱點之一，許多國家在對各種輕質(zhì)、低密度、高性能材料的研究過程中，提出了工程化應用的要求。劍橋大學、哈佛大學的研究結(jié)果表明，在同等重量下點陣結(jié)構(gòu)比無序微結(jié)構(gòu)金屬泡沫有更好的力學性能， 且結(jié)構(gòu)可按要求進行力學優(yōu)化設計，是一種理想的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。
[0003]因此，需要提供一種新型點陣結(jié)構(gòu)復合材料及其制造方法來解決上述問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決該問題，本發(fā)明開發(fā)了一種新型點陣結(jié)構(gòu)復合材料及其制造方法，它不但解決了中空織物芯部的結(jié)點固結(jié)問題，而且賦予了材料結(jié)構(gòu)與功能方面更多的應用。其具有輕質(zhì)、高強、高模、隔熱、保溫、吸能、降噪、抗沖擊、耐腐蝕等特點，市場應用前景廣闊。 一種新型點陣結(jié)構(gòu)復合材料及其制造方法，其特征在于:所述制造方法包括如下步驟:點陣結(jié)構(gòu)的設計一原料選擇一點陣復合材料預制件(織物)的制備一點陣結(jié)構(gòu)復合材料的制備，
[0005]1)點陣結(jié)構(gòu)的設計，包括:芯材紗線的走向(芯材紗線有三類，兩兩之間的紗線夾角均呈90°且在空間內(nèi)無交點；三類紗線與上下兩個表面的夾角均為45°);芯材紗線的密度 (同類紗線的相鄰兩個點之間的距離為2cm);芯材的高度(按照應用領域不同，芯材高度可設計范圍為1mm?50mm之間)；
[0006]2)原料選擇，點陣復合材料具有較強的結(jié)構(gòu)可設計性，同時，其原料選用范圍也很廣，包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維、高強滌綸纖維等，本發(fā)明選用玻璃纖維為增強體、環(huán)氧樹脂為主要基體，主要考慮到玻璃纖維織物與環(huán)氧樹脂基體良好的復合性能；
[0007]3)復合材料預制件(織物)的制備，①上下表面織物的制備，選用線密度為1500tex 的玻璃纖維為原料，在全自動劍桿織樣機上制織平紋結(jié)構(gòu)的織物，備用;②點陣復合材料織物的制備，選用大號縫針及鉤紗器，將芯材紗線按點陣結(jié)構(gòu)的規(guī)律縫編到上下表面;為了保證點陣織物的穩(wěn)定性，在上下織物表面分別描繪出各體系點的分布，同時在上下表面之間嵌夾一層泡沫以固定芯材高度；
[0008]4)點陣復合材料的制備，采用手糊成型方法，將配制好的環(huán)氧樹脂體系與點陣復合材料織物進行復合成型；復合工藝:由于織物中間有泡沫，首先，在織物上表面涂覆環(huán)氧樹脂，并用刷子刷勻、壓實樹脂;其次，靜置一會后，將織物翻轉(zhuǎn)過來，在下表面涂覆環(huán)氧樹月旨，并用刷子刷勻、壓實樹脂;再次，將剩余的樹脂涂在織物上，并將涂好樹脂的點陣復合材料織物放置于電熱鼓風干燥箱，烘干固化后取出；最后，將固化好的點陣復合材料去除芯層中的泡沫，即為點陣復合材料。
[0009]較佳的，本發(fā)明公開了一種新型點陣結(jié)構(gòu)復合材料及其制造方法，它是利用特種立體紡織成型技術(shù)，以連續(xù)長纖維束作為桁架結(jié)構(gòu)的增強骨架部分，所制備出的織物具有點陣結(jié)構(gòu)的特點，織物經(jīng)過樹脂復合后可形成輕質(zhì)、高強的復合材料。這類點陣結(jié)構(gòu)復合材料的開發(fā)，一方面滿足了承載需要的高比強度、比剛度的要求；另一方面可以實現(xiàn)隔熱、保溫、吸能、降噪等多功能要求。
[0010]較佳的，本發(fā)明制造的復合材料，抗沖擊性能好、可設計性強。在同等質(zhì)量條件下， 點陣結(jié)構(gòu)復合材料特殊的衍架芯材結(jié)構(gòu)賦予了材料更好的力學性能及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，其比同類型的其它夾芯結(jié)構(gòu)材料更耐沖擊;且結(jié)構(gòu)可按要求進行力學優(yōu)化設計，是一種理想的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。
[0011]較佳的，本發(fā)明制造的復合材料，該結(jié)構(gòu)材料具有輕質(zhì)、隔熱、保溫、整體性好等特性。點陣結(jié)構(gòu)復合材料的中空夾芯結(jié)構(gòu)，確保材料具有輕質(zhì)、保溫、隔熱效果;芯材貫穿上、 下面板的結(jié)構(gòu)設計，確保材料具有優(yōu)良的整體力學性能。
[0012]較佳的，本發(fā)明制造的復合材料，該結(jié)構(gòu)材料具有降噪、隔音、阻燃的效果。在實際使用過程中，可以向點陣結(jié)構(gòu)復合材料的中空夾芯部分填充泡沫，實現(xiàn)降噪、隔音的效果； 另外，點陣結(jié)構(gòu)復合材料的增強體為玻璃纖維，基體可以為阻燃性酚酞樹脂代替環(huán)氧樹脂， 將兩者復合成型，便能實現(xiàn)材料阻燃的作用。
[0013]本發(fā)明的有益效果為:
[0014]本發(fā)明具有輕質(zhì)、高強、高模、隔熱、保溫、吸能、降噪、抗沖擊、耐腐蝕等特點，市場應用前景廣闊。
[0015]在
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在【具體實施方式】部分中進一步詳細說明。本
【發(fā)明內(nèi)容】
部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術(shù)方案的關鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術(shù)方案的保護范圍。
[0016]結(jié)合以下詳細說明本發(fā)明的優(yōu)點和特征。【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明點陣結(jié)構(gòu)復合材料上、下面板對應系統(tǒng)點示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明點陣結(jié)構(gòu)復合材料示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明點陣結(jié)構(gòu)復合材料實物圖。【具體實施方式】
[0020]在下文的描述中，給出了大量具體的細節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領域技術(shù)人員來說顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領域公知的一些技術(shù)特征未進行描述。
[0021]為了徹底了解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細的實施例。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于本領域的技術(shù)人員所熟習的特殊細節(jié)。本發(fā)明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。
[0022]以下對本發(fā)明的實施例做出詳細描述。
[0023] —種新型點陣結(jié)構(gòu)復合材料及其制造方法，其特征在于:所述制造方法包括如下步驟:點陣結(jié)構(gòu)的設計一原料選擇一點陣復合材料預制件(織物)的制備一點陣結(jié)構(gòu)復合材料的制備，[〇〇24]1)點陣結(jié)構(gòu)的設計，包括:芯材紗線的走向(芯材紗線有三類，兩兩之間的紗線夾角均呈90°且在空間內(nèi)無交點；三類紗線與上下兩個表面的夾角均為45°);芯材紗線的密度 (同類紗線的相鄰兩個點之間的距離為2cm);芯材的高度(按照應用領域不同，芯材高度可設計范圍為1mm?50mm之間)；
[0025]2)原料選擇，點陣復合材料具有較強的結(jié)構(gòu)可設計性，同時，其原料選用范圍也很廣，包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維、高強滌綸纖維等，本發(fā)明選用玻璃纖維為增強體、環(huán)氧樹脂為主要基體，主要考慮到玻璃纖維織物與環(huán)氧樹脂基體良好的復合性能；
[0026]3)復合材料預制件(織物)的制備，①上下表面織物的制備，選用線密度為1500tex 的玻璃纖維為原料，在全自動劍桿織樣機上制織平紋結(jié)構(gòu)的織物，備用;②點陣復合材料織物的制備，選用大號縫針及鉤紗器，將芯材紗線按點陣結(jié)構(gòu)的規(guī)律縫編到上下表面;為了保證點陣織物的穩(wěn)定性，在上下織物表面分別描繪出各體系點的分布，同時在上下表面之間嵌夾一層泡沫以固定芯材高度；
[0027]4)點陣復合材料的制備，采用手糊成型方法，將配制好的環(huán)氧樹脂體系與點陣復合材料織物進行復合成型；復合工藝:由于織物中間有泡沫，首先，在織物上表面涂覆環(huán)氧樹脂，并用刷子刷勻、壓實樹脂;其次，靜置一會后，將織物翻轉(zhuǎn)過來，在下表面涂覆環(huán)氧樹月旨，并用刷子刷勻、壓實樹脂;再次，將剩余的樹脂涂在織物上，并將涂好樹脂的點陣復合材料織物放置于電熱鼓風干燥箱，烘干固化后取出；最后，將固化好的點陣復合材料去除芯層中的泡沫，即為點陣復合材料。
[0028]結(jié)合圖1，點陣結(jié)構(gòu)復合材料上、下面板各系統(tǒng)紗線的分布如下:
[0029]①第一個方向的紗線(系統(tǒng)點1和1”連接線方向的紗線)與上、下表面的交點有如下規(guī)律:平面內(nèi)點的連線分別為水平方向和垂直于水平方向，點與點之間的距離為2cm;
[0030]②第二個方向的紗線(系統(tǒng)點2和2”連接線方向的紗線)與上、下表面的交點有如下規(guī)律:平面內(nèi)點的連線分別為與水平方向呈30°夾角和垂直于水平方向，點與點之間的距離為2cm;[〇〇31]③第三個方向的紗線(系統(tǒng)點3和3”連接線方向的紗線)與上、下表面的交點有如下規(guī)律:平面內(nèi)點的連線分別于水平方向呈20°夾角和垂直于水平方向，點與點之間的距離為2cm.織物的高度為2cm。
[0032]結(jié)合圖2,按照附圖1所述方法縫制的點陣結(jié)構(gòu)復合材料示意圖如圖2所示。上下面板對應系統(tǒng)點的如圖1所示，最后成形的圖如2所示。
[0033]結(jié)合圖3,點陣結(jié)構(gòu)復合材料的制備工藝:首先，在織物上表面涂覆環(huán)氧樹脂，并用刷子刷勻、壓實樹脂;其次，靜置一會后，將織物翻轉(zhuǎn)過來，在下表面涂覆環(huán)氧樹脂，并用刷子刷勻、壓實樹脂;再次，將剩余的樹脂涂在織物上，并將涂好樹脂的點陣復合材料織物放置于電熱鼓風干燥箱，烘干固化后取出；最后，將固化好的點陣復合材料去除芯層中的泡沫，即為點陣復合材料。[〇〇34]本實施例的有益效果為:
[0035]本發(fā)明具有輕質(zhì)、高強、高模、隔熱、保溫、吸能、降噪、抗沖擊、耐腐蝕等特點，市場應用前景廣闊。[〇〇36] 本發(fā)明已經(jīng)通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實施例范圍內(nèi)。此外本領域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
【主權(quán)項】
1.一種新型點陣結(jié)構(gòu)復合材料及其制造方法，其特征在于:所述制造方法包括如下步 驟:點陣結(jié)構(gòu)的設計--原料選擇--點陣復合材料預制件(織物)的制備--點陣結(jié)構(gòu)復合材料 的制備，1)點陣結(jié)構(gòu)的設計，包括:芯材紗線的走向(芯材紗線有三類，兩兩之間的紗線夾角均 呈90°且在空間內(nèi)無交點；三類紗線與上下兩個表面的夾角均為45°);芯材紗線的密度(同 類紗線的相鄰兩個點之間的距離為2cm);芯材的高度(按照應用領域不同，芯材高度可設計 范圍為lmm?50mm之間)；2)原料選擇，點陣復合材料具有較強的結(jié)構(gòu)可設計性，其原料選用范圍包括玻璃纖維、 碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維、高強滌綸纖維，優(yōu)選玻璃纖維為增強體、環(huán)氧樹 脂為主要基體；3)點陣復合材料預制件(織物)的制備，①上下表面織物的制備，選用線密度為1500tex 的玻璃纖維為原料，在全自動劍桿織樣機上制織平紋結(jié)構(gòu)的織物，備用;②點陣復合材料織 物的制備，選用大號縫針及鉤紗器，將芯材紗線按點陣結(jié)構(gòu)的規(guī)律縫編到上下表面，為了保 證點陣織物的穩(wěn)定性，在上下織物表面分別描繪出各體系點的分布，同時在上下表面之間 嵌夾一層泡沫以固定芯材高度；4)點陣結(jié)構(gòu)復合材料的制備，采用手糊成型方法，將配制好的環(huán)氧樹脂體系與點陣復 合材料織物進行復合成型；復合工藝:由于織物中間有泡沫，首先，在織物上表面涂覆環(huán)氧 樹脂，并用刷子刷勻、壓實樹脂;其次，靜置一會后，將織物翻轉(zhuǎn)過來，在下表面涂覆環(huán)氧樹 月旨，并用刷子刷勻、壓實樹脂;再次，將剩余的樹脂涂在織物上，并將涂好樹脂的點陣復合材 料織物放置于電熱鼓風干燥箱，烘干固化后取出；最后，將固化好的點陣復合材料去除芯層 中的泡沫，即為點陣復合材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型點陣結(jié)構(gòu)復合材料及其制造方法，其特征在于:點陣 結(jié)構(gòu)復合材料上、下面板各系統(tǒng)紗線的分布如下:①第一個方向的紗線(系統(tǒng)點1和1”連接線方向的紗線)與上、下表面的交點有如下規(guī) 律:平面內(nèi)點的連線分別為水平方向和垂直于水平方向，點與點之間的距離為2cm;②第二個方向的紗線(系統(tǒng)點2和2”連接線方向的紗線)與上、下表面的交點有如下規(guī) 律:平面內(nèi)點的連線分別為與水平方向呈30°夾角和垂直于水平方向，點與點之間的距離為 2cm；③第三個方向的紗線(系統(tǒng)點3和3”連接線方向的紗線)與上、下表面的交點有如下規(guī) 律:平面內(nèi)點的連線分別于水平方向呈20°夾角和垂直于水平方向，點與點之間的距離為 2cm.織物的高度為2cm。
【文檔編號】B29C70/24GK105965908SQ201610502711
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】曹海建, 陳紅霞, 錢洪浩, 王曉鋒
【申請人】江蘇廣博新材料科技有限公司