一种轻量化大尺寸中空复合材料的制作方法

本实用新型属于复合材料领域，具体涉及一种轻量化大尺寸中空复合材料。
背景技术：
：中空复合材料是一种新型的夹层复合材料，构成夹层结构的基础是表层的经纱、纬纱和连接两个表层并形成芯部的Z向纤维。中空织物经树脂复合后直接形成三维整体复合材料夹层结构，相比于蜂窝材料以及泡沫材料而言，中空复合材料具有不易分层、可设计性强、可填充、预埋的优点，以及良好的保温、隔热、隔音效果，目前已经广泛应用于轨道交通、车载方舱和建材等领域。中空复合材料内部具有连续空腔，可作为结构层广泛应用于双壁储罐的制备，通过其内部空腔可实现渗泄漏的监测。然而中空织物由于宽度限制，目前仅能制备幅宽≤1.8m的中空织物，极大的限制了中空织物在大尺寸领域的应用。目前关于中空织物及其复合材料技术开发的专利较少，而关于大尺寸中空复合材料制备的报道更少。专利CN101480829B为一种中空织物板材的制备方法，通过上面板模具限位制备高度稳定性好的中空复合材料，但单纯采用该方案无法制备轻质大尺寸中空复合材料。中空复材机械连接或二次胶接是解决中空复材大尺寸应用的途径，但机械连接将导致接头处应力集中，降低接头处复合材料的强度，且机械连接需要在中空复材连接处实心处理，操作繁琐，效率低，成本高；二次胶接方式由于面层纤维的不连续导致复合材料连接处强度难以保证，同时不利于复合材料连续化成型和低成本化实现。专利CN103692664A公开了一种中空复合材料接头的拼接方法，该实用新型将中空织物边缘裁剪整齐后拼接，通过面层补强实现中空复合材料的连接强度，该方案能够制备大尺寸中空复合材料，中空复合材料在接头处内部空腔完全连续，然而该方案连接强度较差，面层补强材料的引入会导致复合材料增重，同时织物无缝裁剪也难以实现批量化生产。若采用实心玻璃钢搭接工艺，通过将织物接头重叠处理的方式无疑会导致中空复合材料的厚度不均，更重要的是，二者都无法保证接头处复合材料内部的空腔连续。为此开发出一种轻量化大尺寸中空复合材料，解决现有技术中中空复合材料连接强度差、补强材料引入导致增重问题、中空织物拼接/搭接缝隙控制难度大且难以批量化生产等问题显得尤为重要。技术实现要素：本实用新型的目的是提供一种轻量化大尺寸中空复合材料，解决现有技术中中空复合材料连接强度差、补强材料引入导致增重问题、中空织物拼接/搭接缝隙控制难度大且难以批量化生产的问题。一种轻量化大尺寸中空复合材料，包括第一中空织物和第二中空织物；第一中空织物包括第一绒经层和分别设在第一绒经层上下表面的第一上面层和第一下面层，第一中空织物长度方向上一端的第一绒经层、第一上面层和第一下面层齐端设置，第一中空织物长度方向上另一端的第一绒经层和第一上面层齐端设置、第一下面层的长度则超出第一绒经层和第一上面层形成第一搭接面层；第二中空织物包括第二绒经层和分别设在第二绒经层上下表面的第二上面层和第二下面层，第二中空织物长度方向上一端的第二绒经层、第二上面层和第二下面层齐端设置，第二中空织物长度方向上另一端的第二绒经层和第二下面层齐端设置、第二上面层的长度则超出第二绒经层和第二下面层形成第二搭接面层；利用第一搭接面层和第二搭接面层将第一中空织物和第二中空织物从长度方向拼接复合在一起，其中第一搭接面层复合在第二下面层上，第二搭接面层复合在第一上面层上，第一绒经层和第二绒经层紧密贴合复合在一起。本申请有效解决了现有技术中中空复合材料连接强度差、补强材料引入导致增重问题、中空织物拼接/搭接缝隙控制难度大且难以批量化生产的问题。本申请各中空织物可以不等宽也可以等宽，各中空织物的宽度均优选为50mm-6000mm。为了进一步实现任意长度的轻量化大尺寸中空复合材料，轻量化大尺寸中空复合材料还包括一个以上的第三中空织物，第三中空织物包括第三绒经层和分别设在第三绒经层上下表面的第三上面层和第三下面层，第三中空织物长度方向上一端的第三绒经层和第三上面层齐端设置、第三下面层的长度则超出第三绒经层和第三上面层形成第三搭接面层，第三中空织物长度方向上另一端的第三绒经层和第三下面层齐端设置、第三上面层的长度则超出第三绒经层和第三下面层形成第四搭接面层；当第三中空织物为一个时，利用第二搭接面层和第三搭接面层将第二中空织物和第三中空织物从长度方向拼接复合在一起，其中第二搭接面层复合在第三上面层上，第三搭接面层复合在第二下面层上，第二绒经层和第三绒经层紧密贴合复合在一起；利用第一搭接面层和第四搭接面层将第一中空织物和第三中空织物从长度方向拼接复合在一起，其中第一搭接面层复合在第三下面层上，第四搭接面层复合在第一上面层上，第一绒经层和第三绒经层紧密贴合复合在一起；当第三中空织物为两个以上时，则先利用每个第三中空织物的第三搭接面层和第四搭接面层将所有第三中空织物从长度方向上拼接复合在一起，形成两端分别设有第三搭接面层和第四搭接面层的第三加长中空织物；然后再利用第一搭接面层和第三加长中空织物一端的第四搭接面层将第三加长中空织物和第一中空织物从长度方向拼接在一起，其中第一搭接面层复合在第三下面层上，第四搭接面层复合在第一上面层上，第一绒经层和第三绒经层紧密贴合复合在一起；利用第二搭接面层和第三加长中空织物一端的第三搭接面层将第三加长中空织物和第二中空织物从长度方向拼接在一起，其中第二搭接面层复合在第三上面层上，第三搭接面层复合在第二下面层上，第二绒经层和第三绒经层紧密贴合复合在一起。为了进一步保证轻量化大尺寸中空复合材料的均匀性，第一绒经层、第二绒经层及第三绒经层厚度相等；第一上面层、第二上面层及第三上面层厚度相等；第一下面层、第二下面层及第三下面层厚度相等。为了进一步保证轻量化大尺寸中空复合材料的均匀性和连续性，第一中空织物、第二中空织物及第三中空织物等宽度。为了保证织物的连续性，同时节约材料，第一搭接面层与第一中空织物连续纺织形成；第二搭接面层与第二中空织物连续纺织形成；第三搭接面层和第四搭接面层与第三中空织物连续纺织形成。所用纤维的可以是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或石英纤维中的一种。根据中空织物尺寸需求制备局部无绒结构中空织物，即根据搭接面层尺寸将局部绒经从纱架单独牵引，不参与中空织物整体编织，得到局部无绒中空织物。作为本申请的另一种技术方案，第一搭接面层由第一中空织物裁剪形成；第二搭接面层由第二中空织物裁剪形成；第三搭接面层和第四搭接面层由第三中空织物裁剪形成。为了保证轻量化大尺寸中空复合材料的连续性、且能满足一般生产需求，第一搭接面层、第二搭接面层、第三搭接面层和第四搭接面层的宽均为5mm～100mm；第一中空织物、第二中空织物及第三中空织物等厚度，且均为3mm～50mm。本申请复合为利用树脂浸润并固化，树脂为环氧树脂、不饱和树脂或酚醛树脂。上述轻量化大尺寸中空复合材料的制备方法，先将第一中空织物和第二中空织物无缝搭接在一起，然后用树脂将中浸润并固化，既得轻量化大尺寸中空复合材料。树脂对纤维的浸润过程采用手糊成型或真空导流成型。本实用新型未提及的技术均参照现有技术。本实用新型的有益效果：与现有技术相比，本实用新型技术方案解决了现有技术中存在问题并成功制备得到轻量化大尺寸中空复合材料，可以实现任意尺寸的复合材料，且相邻搭接面层结构中空织物结构统一，无需差异化制备，利于织物大批量生产；中空织物搭接面层与中空织物面层整体编织，纤维连续贯穿，保证了大尺寸复合材料在搭接处的力学性能；中空织物中存在能够更好的实现中空织物搭接限位，保证搭接尺寸的精度及一致性；本实用新型无需对复合材料搭接处进行面层补强，利于中空复合材料的轻量化；基于中空织物自身经向方向的连续性，中空复合材料经向尺寸无限制，而目前中空织物最大幅宽≤1.8m，限制了其在大幅宽领域的应用，本实用新型从织物结构出发实用新型了中空织物面层搭接技术，在保证搭接强度的条件下可以制备幅宽和长度不受限制的大尺寸中空复合材料，且内部空腔完全连续，极大拓展了中空复合材料的应用领域；产品复合完成后无需二次加工或其它后处理，保证了产品质量稳定性和生产效率；该实用新型制备过程操作简单，对复合设备无特殊要求，可连续化生产，生产效率高，成本低，适合批量化生产。附图说明图1为现有技术中3D中空织物组织结构示意图；图2为本实用新型第一中空织物示意图；图3为本实用新型第三中空织物示意图；图4为本实用新型第二中空织物示意图；图5为本实用新型轻量化大尺寸中空复合材料示意图；图中：1-经纱纱线；2-绒经纱线；3-纬纱纱线；4-第一绒经层；5-第一上面层；6-第一下面层；7-第一搭接面层；8-第三绒经层；9-第三上面层；10-第三下面层；11-第三搭接面层；12-第四搭接面层；13-第二绒经层；14-第二上面层；15-第二下面层；16-第二搭接面层；17-中空织物面层搭接区域；18-第一中空织物；19-第二中空织物；20-第三中空织物。具体实施方式为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例进一步阐明本实用新型的内容，但本实用新型的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例中，各实施例中第一中空织物、第二中空织物和第三中空织物均由无碱玻璃纤维整体编织而成。实施例1如图所示，轻量化大尺寸中空复合材料，包括第一中空织物和第二中空织物；第一中空织物包括第一绒经层和分别设在第一绒经层上下表面的第一上面层和第一下面层，第一中空织物长度方向上一端的第一绒经层、第一上面层和第一下面层齐端设置，第一中空织物长度方向上另一端的第一绒经层和第一上面层齐端设置、第一下面层的长度则超出第一绒经层和第一上面层形成第一搭接面层；第二中空织物包括第二绒经层和分别设在第二绒经层上下表面的第二上面层和第二下面层，第二中空织物长度方向上一端的第二绒经层、第二上面层和第二下面层齐端设置，第二中空织物长度方向上另一端的第二绒经层和第二下面层齐端设置、第二上面层的长度则超出第二绒经层和第二下面层形成第二搭接面层；利用第一搭接面层和第二搭接面层将第一中空织物和第二中空织物从长度方向拼接复合在一起，其中第一搭接面层复合在第二下面层上，第二搭接面层复合在第一上面层上，第一绒经层和第二绒经层紧密贴合复合在一起。第一绒经层、第二绒经层及第三绒经层厚度相等；第一上面层、第二上面层及第三上面层厚度相等；第一下面层、第二下面层及第三下面层厚度相等；第一中空织物、第二中空织物及第三中空织物厚度均为8mm，各搭接面层的宽度40mm；第一搭接面层与第一中空织物连续纺织形成；第二搭接面层与第二中空织物连续纺织形成；第三搭接面层和第四搭接面层与第三中空织物连续纺织形成；前述连续纺织形成搭接面层指根据中空织物尺寸需求制备局部无绒结构中空织物，即根据搭接面层结构中空织物尺寸将局部绒经从纱架单独牵引，不参与中空织物整体编织，得到局部无绒中空织物。上述轻量化大尺寸中空复合材料的制备方法，先将第一中空织物和第二中空织物无缝搭接在一起，然后用树脂浸润并固化，既得轻量化大尺寸中空复合材料。上述所用树脂为环氧树脂，树脂型号为LT-5078，厂家为上海惠柏新材料科技有限公司，树脂固化剂配比：100:30，织物与树脂体系质量比＝1:1；上述固化工艺为：50℃固化4h，然后70℃固化6h；本实施例选用织物规格参数如下：本实施例采用真空导流成型工艺制备大尺寸中空复合板，其中中空织物搭接顺序为：第一中空织物/第二中空织物。本实施例制得产品性能参数如下：弯曲强度测试压缩强度测试测试标准GB/T2567-2008GB/T1041-2008非搭接区域25.2MPa7.5MPa搭接区域23.5MPa7.1MPa强度保持率93.3％94.7％结果显示采用本实用新型制备大尺寸中控复合板，相比于非搭接区域，搭接区域中空复合材料力学性能优异，其弯曲强度和压缩强度保持率分别93.3％和94.7％。实施例2轻量化大尺寸中空复合材料，包括第一中空织物、第二中空织物和第三中空织物；第一中空织物包括第一绒经层和分别设在第一绒经层上下表面的第一上面层和第一下面层，第一中空织物长度方向上一端的第一绒经层、第一上面层和第一下面层齐端设置，第一中空织物长度方向上另一端的第一绒经层和第一上面层齐端设置、第一下面层的长度则超出第一绒经层和第一上面层形成第一搭接面层；第二中空织物包括第二绒经层和分别设在第二绒经层上下表面的第二上面层和第二下面层，第二中空织物长度方向上一端的第二绒经层、第二上面层和第二下面层齐端设置，第二中空织物长度方向上另一端的第二绒经层和第二下面层齐端设置、第二上面层的长度则超出第二绒经层和第二下面层形成第二搭接面层；第三中空织物包括第三绒经层和分别设在第三绒经层上下表面的第三上面层和第三下面层，第三中空织物长度方向上一端的第三绒经层和第三上面层齐端设置、第三下面层的长度则超出第三绒经层和第三上面层形成第三搭接面层，第三中空织物长度方向上另一端的第三绒经层和第三下面层齐端设置、第三上面层的长度则超出第三绒经层和第三下面层形成第四搭接面层；利用第二搭接面层和第三搭接面层将第二中空织物和第三中空织物从长度方向拼接复合在一起，其中第二搭接面层复合在第三上面层上，第三搭接面层复合在第二下面层上，第二绒经层和第三绒经层紧密贴合复合在一起；利用第一搭接面层和第四搭接面层将第一中空织物和第三中空织物从长度方向拼接复合在一起，其中第一搭接面层复合在第三下面层上，第四搭接面层复合在第一上面层上，第一绒经层和第三绒经层紧密贴合复合在一起。第一绒经层、第二绒经层及第三绒经层厚度相等；第一上面层、第二上面层及第三上面层厚度相等；第一下面层、第二下面层及第三下面层厚度相等；第一中空织物、第二中空织物及第三中空织物厚度均为15mm，各搭接面层的宽度60mm；第一搭接面层由第一中空织物裁剪形成；第二搭接面层由第二中空织物裁剪形成；第三搭接面层和第四搭接面层由第三中空织物裁剪形成。上述轻量化大尺寸中空复合材料的制备方法，先将第一中空织物、第三中空织物和第二中空织物无缝搭接在一起，然后用树脂将中浸润并固化，既得轻量化大尺寸中空复合材料。上述所用树脂体系为环氧树脂，树脂型号为E44，树脂厂家为：蓝星新材料无锡树脂厂，树脂固化剂配比：100:20，织物与树脂体系质量比＝1:1.2；上述固化工艺为：60℃固化6h；本实施例选用织物规格参数如下：本实施例采用手糊成型工艺制备大尺寸中空复合板，其中中空织物搭接顺序为：第一中空织物/第三中空织物/第二中空织物。本实施例制得产品性能参数如下：弯曲强度测试压缩强度测试测试标准GB/T2567-2008GB/T1041-2008非搭接区域16.2MPa1.55MPa搭接区域15.7MPa1.46MPa强度保持率96.9％94.2％结果显示采用本实用新型制备大尺寸中控复合板，相比于非搭接区域，搭接区域中空复合材料力学性能优异，其弯曲强度和压缩强度保持率分别为96.9％和94.2％。实施例3与实施例2结构上基本相同，所不同的是第三中空织物为两个。先利用每个第三中空织物的第三搭接面层和第四搭接面层将所有第三中空织物从长度方向上拼接复合在一起，形成两端分别设有第三搭接面层和第四搭接面层的第三加长中空织物；然后再利用第一搭接面层和第三加长中空织物一端的第四搭接面层将第三加长中空织物和第一中空织物从长度方向拼接在一起，其中第一搭接面层复合在第三下面层上，第四搭接面层复合在第一上面层上，第一绒经层和第三绒经层紧密贴合复合在一起；利用第二搭接面层和第三加长中空织物一端的第三搭接面层将第三加长中空织物和第二中空织物从长度方向拼接在一起，其中第二搭接面层复合在第三上面层上，第三搭接面层复合在第二下面层上，第二绒经层和第三绒经层紧密贴合复合在一起。第一绒经层、第二绒经层及第三绒经层厚度相等；第一上面层、第二上面层及第三上面层厚度相等；第一下面层、第二下面层及第三下面层厚度相等；第一中空织物、第二中空织物及第三中空织物厚度均为5mm；首先将厚为5mm中空织物在线修剪成图所示的第一中空织物、第二中空织物和第三中空织物，除搭接面层外，三种中空织物有效尺寸均为为10m*1m；第一至第四搭接面层长度均为20mm。然后将搭接面层结构中空织物顺序放卷搭接铺层，实现中空织物面层搭接，铺层按照图第一中空织物、第三中空织物、第三中空织物和第二中空织物顺序进行，铺层过程通过搭接面层根部辅助定位实现中空织物无缝搭接。最后使用环氧树脂体系对搭接好的中空织物浸胶，固化后得到具有轻量化大尺寸且内部空腔完全连续的中空复合材料。上述所用树脂体系为不饱和树脂体系，树脂型号为：HS-307BH，树脂厂家为：常州华科聚合物股份有限公司，树脂/固化剂/促进剂＝100：2：0.6；织物与树脂体系质量比＝1:1.2；上述固化工艺为：60℃固化3h，然后90℃固化5h；本实施例选用织物规格参数如下：本实施例采用喷射成型工艺制备大尺寸中空复合板，其中中空织物搭接顺序为：第一中空织物/第三中空织物/第三中空织物/第二中空织物。本实施例制得产品性能参数如下：弯曲强度测试压缩强度测试测试标准GB/T2567-2008GB/T1041-2008非搭接区域27.6MPa8.2MPa搭接区域26.1MPa7.6MPa强度保持率94.6％92.7％结果显示采用本实用新型制备大尺寸中控复合板，相比于非搭接区域，搭接区域中空复合材料力学性能优异，其弯曲强度和压缩强度保持率分别为94.6％和92.7％。结果表明：上述各实施例所得轻量化大尺寸中空复合材料纤维连续贯穿，保证大尺寸复合材料在搭接处的力学性能，相比于连续中空织物复合材料，搭接处平压强度、三点弯曲强度、拉伸强度等基本力学性能保持92％以上；中空织物中搭接面层结构的存在能够更好的实现中空织物搭接限位，保证搭接尺寸的精度及一致性；本实用新型无需对复合材料搭接处进行面层补强，利于中空复合材料的轻量化；在保证搭接强度的条件下可以在理论上制备幅宽不受限制的大尺寸中空复合材料，且内部空腔完全连续，极大拓展了中空复合材料的应用领域；产品复合完成后无需二次加工或其它后处理，保证产品质量稳定性和生产效率；制备过程操作简单，对复合设备无特殊要求，可连续化生产，生产效率高，成本低，适合批量化生产，是一种结构功能一体化的处理方法。当前第1页1 2 3