一种准三维增强的复合材料点阵夹层结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于复合材料结构技术领域，涉及复合材料点阵夹层板构件性能增强技术，具体为一种准三维增强的复合材料点阵夹层结构。
【背景技术】
[0002]以纤维增强树脂基复合材料为代表的先进复合材料具有轻质、高强、高模量、耐疲劳、抗腐蚀、结构功能一体化和设计制造一体化、易于成型大型构件等突出优点，已在航空、航天等领域获得了广泛的应用。但纤维增强树脂基复合材料夹层板面芯结合性能较弱，在一定程度上限制了其应用。
[0003]复合材料点阵夹层板的芯材在点阵夹层结构中所起到的作用主要有:第一，支撑作用，支撑上、下面板，使结构的抗弯刚度提高;第二，传递载荷的作用，点阵芯子将某一块面板或某一个局部区域受到的载荷传递给另外一块面板或其他区域，使结构载荷分布均匀，尽量避免应力集中现象;第三，减轻重量的作用，点阵芯子较高的孔隙率可以降低结构的重量。因此，需要芯子具有一定的连续性，同时由于面板和芯子之间存在传力界面，要求具有较高的面芯结合强度。研究者们对多种点阵芯子和泡沫夹芯材料进行了研究，如复合材料蜂窝、PMI或PVC泡沫、多种不同形状的格栅结构，以及三维点阵芯子等。普遍存在的问题有:面芯间胶层的粘接强度较低，易出现面芯脱粘;蜂窝夹层结构维护修理的要求较高，面板服役中出现的裂隙会使水或水汽进入蜂窝中，在低温下结冰膨胀会破坏蜂窝孔格的粘接，降低了夹层结构的性能;格栅结构制作工艺复杂，制作成本高昂；部分格栅结构在厚度方向上的不对称性会引起结构的翘曲变形，影响使用。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的技术目的是针对现有的纤维增强树脂基复合材料点阵夹层结构面芯粘接强度较弱的问题，提供了一种准三维增强的复合材料点阵夹层结构及制作方法。
[0005]为实现上述技术目的，本实用新型提供的技术方案为:
[0006]—种准三维增强的复合材料点阵夹层结构，其由纤维布与编织点阵芯子构成，编织点阵芯子由纤维布条带按正交方式纵横穿插编织而成，纤维布条带之间有立方体泡沫作为芯子，所述准三维增强的复合材料点阵夹层结构的长度为[ml+xt(m-l)]，所述结构宽度为[nl+xt(n-l)]，所述结构高度为[2t(x+y)+l]，其中:m、n分别为横向、纵向立方体泡沫数，I为立方体泡沫边长，x、y分别为点阵芯子和面板铺层数，t为单层纤维布厚度。
[0007]所述纤维布的纤维为玻璃纤维或碳纤维。
[0008]—种准三维增强的复合材料点阵夹层结构，其由预浸料与编织点阵芯子构成，编织点阵芯子由预浸料条带按正交方式纵横穿插编织而成，预浸料条带之间有立方体泡沫作为芯子，所述结构的长度为[ml+xt(m-l)]，所述结构宽度为[nl+xt(n-l)]，所述结构高度为[2t(x+y)+l]，其中:m、n分别为横向、纵向立方体泡沫数，I为立方体泡沫边长，x、y分别为点阵芯子和面板铺层数，t为单层预浸料厚度。
[0009]所述预浸料为玻璃纤维增强树脂基预浸料或碳纤维增强树脂基预浸料。
[0010]一种准三维增强的复合材料点阵夹层结构制作方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0011]I)确定点阵夹层结构由m行、η列立方体泡沫芯子及纤维布条带和上、下面板纤维布组成，m、n为非O自然数，芯子铺层数为X层，面板铺层数为y层;单层纤维布厚度为t，立方体泡沫芯子边长为I，目标点阵夹层结构的总长度为[ml+xt(m-l)]，总宽度为[nl+xt(n-1)]，高度为[2t(x+y)+l];
[0012]2)根据目标结构尺寸将纤维布原材料裁切成宽度为I的矩形条带，纵向纤维布条带长度大于(2m-l) I，横向条带长度大于(2n-l) I，将X层裁切好的矩形条带整齐叠放在一起;将泡沫板裁切成(m*n)个边长为I的正方体，作为目标结构中间夹芯的支撑芯子，准备一块与目标结构同尺寸的带孔钢板，钢板上纵向、横向孔间距为20mm，孔径为3mm;
[0013]3)将裁切并叠放整齐的m条纤维矩形条带分别绕过m行的η个立方体泡沫芯子，并相互固定，纤维布条带呈连续的“弓”字形，形成m个纤维布条带与立方体泡沫芯子的组合体；
[0014]4)将步骤3)中制作完成的m个纤维条带与芯子的组合体正反交错排列，将η条横向排列整齐的矩形纤维布条带的一端固定，从第一排纤维芯子组合体的“弓”字形开口处穿过并抽紧，使纤维与泡沫芯子紧密贴合并固定后，将其穿过第二排反面排列的纤维芯子组合体的“弓”字形开口处，抽紧纤维并固定，如此依次编织其后各列，直至纵向与横向纤维与泡沫芯子相对固定并紧密贴合无空隙，即形成所述目标结构的中间夹芯；
[0015]5)按照VARI工艺要求，在玻璃平板上按顺序铺设脱模布、下面板纤维布、中间夹芯、上面板纤维布、脱模布、隔离膜、导流网，铺放完成后在导流网上方放置带孔钢板，并铺放第二层导流网，连接好真空栗抽气口和注胶口后，铺放真空袋膜并密封，抽气达到一定真空度并保压一段时间后进行注胶固化。
[0016]一种准三维增强的复合材料点阵夹层结构制作方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0017]I)确定点阵夹层结构由m行、η列立方体泡沫芯子及预浸料条带和上、下面板预浸料组成，m、n为非O自然数，芯子铺层数为X层，面板铺层数为y层;单层预浸料厚度为t，立方体泡沫芯子边长为I，目标点阵夹层结构的总长度为[ml+xt(m-l)]，总宽度为[nl+xt(n-1)]，高度为[2t(x+y)+l];
[0018]2)根据目标结构尺寸将预浸料原材料裁切成宽度为I的矩形条带，纵向预浸料条带长度大于(2m-l) I，横向条带长度大于(2n-l) I，将X层裁切好的矩形条带整齐叠放在一起;将泡沫板裁切成(m*n)个边长为I的正方体，作为目标结构中间夹芯的支撑芯子，准备一块与目标结构同尺寸的带孔钢板，钢板上纵向、横向孔间距为20mm，孔径为3mm;
[0019]3)将裁切并叠放整齐的m条预浸料矩形条带分别绕过m行的η个立方体泡沫芯子，并相互固定，预浸料条带呈连续的“弓”字形，形成m个预浸料条带与立方体泡沫芯子的组合体；
[0020]4)将步骤3)中制作完成的m个预浸料条带与芯子的组合体正反交错排列，将η条横向排列整齐的矩形预浸料条带的一端固定，从第一排预浸料芯子组合体的“弓”字形开口处穿过并抽紧，使预浸料与泡沫芯子紧密贴合并固定后，将其穿过第二排反面排列的预浸料芯子组合体的“弓”字形开口处，抽紧预浸料并固定，如此依次编织其后各列，直至纵向与横向预浸料与泡沫芯子相对固定并紧密贴合无空隙，即形成所述目标结构的中间夹芯；
[0021]5)按照VARI工艺要求，在玻璃平板上按顺序铺设脱模布、下面板预浸料、中间夹芯、上面板预浸料、脱模布，铺放真空袋膜，密封并抽真空后直接固化。
[0022]本实用新型方案中，所述“纵”、“横”、“正”、“反”仅为相对参照，并非对绝对方位的限定，会随着参照物的选取而变化。
[0023]本实用新型一种准三维增强的复合材料点阵夹层结构巧妙地利用了复合材料结构的可设计性，采用新的交错铺层方式进行合理的铺层设计，设计出一种新的准三维点阵夹芯结构。相比于一般的夹层结构、格栅结构，具有以下优点:
[0024]I)—种准三维增强的复合材料点阵夹层结构在制作中一次固化成型，面板与铺层网格结构间的粘接强度比使用胶膜粘接的夹层结构的粘接强度更高；
[0025]2)相比于一般的夹层结构和格栅结构，一种准三维增强的复合材料点阵夹层结构的面板和芯材之间的粘接面积更大，粘接面积等于面板面积，面芯粘接强度更高；
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