专利名称：具有弹性芯材的夹层结构复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及复合材料，尤其涉及一种具有夹层结构的抗冲击吸能复合材料及其制备方法。
背景技术：
复合材料夹层结构具有良好的力学性能和低的表观密度，是复合材料结构设计领域经常 采用的一种结构形式。在造船和交通领域，复合材料夹层结构广泛用于复合材料飞机、复合 材料船、游艇中的许多构件。目前，国内外复合材料夹层板芯材主要是蜂窝和轻质泡沫材料， 面板采用二维复合材料铺层结构，面板和芯材通过胶结粘结。 一方面传统的二维复合材料面 板层间强度低，在冲击载荷作用下易分层，抗冲击损伤性能差；另一方面在冲击载荷作用下 面板和芯材的胶接界面也易脱落。这极大的限制了其更广泛的应用。
中国专利ZL200520018548.5介绍了一种缝合点阵复合材料夹层板，其芯板和两侧的复 合材料面板还是通过胶接连接，其芯板是由多条复合材料层压板相互镶嵌而成的平面点阵栅 格板，其外面板为缝合复合材料板这种设计能依靠缝合复合材料外面板一定的限度的提高其 抗冲击能力，但是没有提高面板和芯材的界面粘结效果。
检索了相关专利数据库，到目前为止，还没有发现与本发明相同的技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术的不足，提供一种具有夹层结构的抗 冲击吸能复合材料，该材料的中间芯材为弹性材料；同时提供该材料的适于工业化生产的制
备方法。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案
本发明提供的具有弹性芯材的夹层结构复合材料，其由两层复合材料面板和位于其间的 带孔的弹性芯材组成，它们以纤维纱进行缝合且缝合纤维纱通过弹性芯材孔洞，所述复合材 料面板由纤维布和复合材料基体树脂制成。
本发明提供的具有弹性芯材的夹层结构复合材料，其制备方法是先在弹性芯材上间隔 钻孔，然后在该芯材的上、下面平铺纤维布，并且用纤维纱按直线锁式缝合方法通过该芯材 的孔洞，使所述芯材和纤维布缝合成一个整体；再通过真空辅助树脂传递模塑(VARTM)使 树脂浸透纤维布和芯材孔洞；最后经固化工艺使整体固化成型，得所述复合材料。
本发明提供的具有弹性芯材的夹层结构复合材料，其在舰船装备领域中的应用。
本发明与现有技术相比具有以下的主要优点
其一.提供的材料性能优异由于夹层结构芯材釆用了带孔的高弹性材料，且芯材和面 板之间以纤维纱进行缝合，因此， 一方面橡胶芯材的高弹性具有优异的吸能效果，另一方面 缝合纤维提高了面板玻璃布之间及面板和芯材之间的层间强度，抗冲击性能更加优异。同时， 孔洞中固化的树脂柱提高了弹性芯材的压縮强度，使整体结构刚度更高。其二.材料结构新颖设计为具有夹层结构的复合材料，并且为了提高夹层结构芯材和 面板之间及面板复合材料的层间强度，降低层间的分层破坏，提高其抗冲击能力，面板和芯 材之间用纤维缝合。
其三.制备工艺不仅简单，容易操作，而且适于工业化生产。
图1为弹性芯材1和表面纤维布2的缝线结构的示意图。 图2为弹性芯材1的结构示意图。
图3为本发明具有弹性芯材的夹层结构复合材料的结构示意图。
图中l.弹性芯材；2.纤维布；3.纤维纱；4.孔洞；5.树脂柱；6.复合材料面板
具体实施例方式
下面结合具体实例和附图对本发明的制备方法作进一步说明，但不限定本发明。 实施例--
缝合用的纤维纱3采用无碱无捻玻璃纤维粗纱(泰山玻璃纤维有限公司直接无碱无捻玻 璃纤维粗纱T910);弹性芯材l采用高弹聚丁苯橡胶板，厚度3mm;上下面纤维布为泰山玻 璃纤维有限公司无碱玻璃纤维无捻方格布；树脂柱3用的树脂采用武汉理工大学复合材料系 低粘度WHUT—UPR不饱和树脂固化体系。首先按缝合间距使用打孔机在橡胶板上钻03孔 洞4，然后在橡胶板上下平铺无碱玻璃纤维布，各2mm厚。使用玻璃纤维粗纱把玻璃纤维布 和橡胶板通过手工缝合在一起，缝合方式为直线锁式缝合，缝合间距20mm。最后，通过真 空辅助树脂传递模塑(VARTM)使树脂浸透纤维布和缝线，按固化工艺整体固化成型夹层结 构。制备的复合材料采用INV-DASP动态测试和信号分析系统测试阻尼比为4.0152%。
实施例二
缝合用的纤维纱3采用芳纶纤维(美国杜邦公司Kevlar 49芳绝纤维)；弹性芯材1采 用顺丁橡胶板，厚度为5mm;复合材料面板2为l:l无碱玻璃纤维布；树脂柱3用的树脂采 用武汉理工大学复合材料系低粘度WHUT—Esys108室温环氧树脂固化体系。首先按缝合间 距使用打孔机在橡胶板上钻04孔洞4，然后在橡胶板上下平铺无碱玻璃纤维布，各3mm。 使用芳纶纤维把玻璃纤维布和橡胶通过普通的工业缝纫机缝合在一起，缝合方式为直线链式 缝合，缝合间距15mm。最后，通过真空辅助树脂传递模塑(VARTM)使树脂浸透纤维布和 缝线，按固化工艺整体固化成型夹层结构。制备的复合材料采用INV-DASP动态测试和信号 分析系统测试阻尼比为5.2433%。
实施例三
缝合用的纤维纱3采用无碱无捻玻璃纤维粗纱(泰山玻璃纤维有限公司直接无碱无捻玻 璃纤维粗纱T980);弹性芯材l采用中间橡胶采用顺丁橡胶板，厚度3mm;上下面纤维布为 为泰山玻璃纤维有限公司无碱玻璃纤维无捻方格布；树脂柱3用的树脂采用武汉理工大学复 合材料系低粘度WHUT—Esys208中温环氧树脂固化体系。首先按缝合间距使用打孔机在橡 胶板上钻03孔洞4，然后在橡胶板上下平铺无碱玻璃纤维布，各2mm厚。使用玻璃纤维粗
4纱把玻璃布和橡胶通过手工缝合在一起，缝合方式为直线锁式缝合，缝合间距10mm。最后， 通过真空辅助树脂传递模塑(VARTM)使树脂浸透纤维布和缝线，按固化工艺整体固化成型 夹层结构。制备的复合材料采用INV-DASP动态测试和信号分析系统测试阻尼比为4.8723%。
上述实施例中，所述的弹性芯材还可以采用聚氨醇橡胶、硅橡胶或丙烯酸醇橡胶板，或 者采用柔性环氧树脂或柔性不饱和聚酯树脂板。
所述的纤维纱可采用玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或超高分子量聚乙烯纤维。所述的纤 维布可采用玻璃纤维布、碳纤维布、芳纶纤维布或超高分子量聚乙烯纤维布。
超高分子量聚乙烯纤维布是指重均分子量(MW)大于300万的聚乙烯纤维纤维布。
所述的复合材料基体树脂可采用环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂或 双马来酰亚胺树脂。
权利要求
1. 一种具有弹性芯材的夹层结构复合材料，其特征在于所述的复合材料由两层复合材料面板和位于其间的带孔的弹性芯材(1)组成，它们以纤维纱(3)进行缝合且缝合纤维纱通过弹性芯材孔洞，所述复合材料面板由纤维布(2)和复合材料基体树脂制成。
2. 根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述的弹性芯材(1)采用聚氨醇 橡胶、聚丁苯橡胶、硅橡胶或丙烯酸醇橡胶板。
3. 根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述的弹性芯材(1)采用柔性环 氧树脂板或柔性不饱和聚酯树脂板。
4. 根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述的纤维纱(3)采用玻璃纤维、 碳纤维、芳纶纤维或超高分子量聚乙烯纤维。
5. 根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于纤维布采用玻璃纤维布、碳纤维 布、芳纶纤维布或超高分子量聚乙烯纤维布。
6. 根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于复合材料基体树脂采用环氧树脂、 不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂或双马来酰亚胺树脂。
7. —种根据权利要求1至6中任一权利要求所述复合材料的制备方法，其特征是 先在弹性芯材(1)上间隔钻孔，然后在该芯材的上、下面平铺纤维布(2),并且用纤维 纱(3)按直线锁式缝合方法通过该芯材的孔洞，使所述芯材和纤维布缝合成一个整体； 再通过真空辅助树脂传递模塑使树脂浸透纤维布和芯材孔洞；最后经固化工艺使整体固化 成型，得所述复合材料。
8. 根据权利要求7所述复合材料的制备方法，其特征在于所述芯材的孔洞直径为3 4 mm;各孔洞之间的间距为10 20mm，该间距为缝合间距。
9. 根据权利要求7所述复合材料的制备方法，其特征在于所述纤维布(2)经树脂 固化形成的复合材料面板的厚度为2 6mm。
全文摘要
本发明涉及一种具有弹性芯材的夹层结构复合材料，该材料由上下复合材料面板和位于其间的带孔的弹性芯材(1)组成，它们以纤维纱(3)进行缝合且缝合纤维纱通过弹性芯材孔洞，所述复合材料面板由纤维布(2)和复合材料基体树脂制成。该材料的制备方法是先在弹性芯材(1)上间隔钻孔，然后在该芯材的上、下面平铺纤维布(2)，并且用纤维纱(3)按直线锁式缝合方法通过该芯材的孔洞，使所述芯材和纤维布缝合成一个整体；再通过真空辅助树脂传递模塑使树脂浸透纤维布和芯材孔洞；最后经固化工艺使整体固化成型，得所述复合材料。该材料性能优异，结构新颖，并且制备工艺简单，容易操作，适于工业化生产。
文档编号B32B3/24GK101462382SQ200910060539
公开日2009年6月24日 申请日期2009年1月16日 优先权日2009年1月16日
发明者徐任信, 杨小利, 段华军, 翔 王, 钧 王, 涵 罗, 蔡浩鹏 申请人:武汉理工大学