本发明涉及构件制造领域，尤其是涉及一种复合材料构件及其制造工艺。
背景技术：
船舶的船体一般采用钢材、木材、有色金属、水泥、玻璃纤维等材料制作。但是这些单一材质的船体，其缺陷是：钢材船体本身材料比重大船体重、易腐蚀；木材船体吸水性大、易腐烂和破损及较重；有色金属船体易腐蚀、造价昂贵；水泥船材料比重大、笨重易龟裂破损而不耐冲击；玻璃纤维船比重较大、易龟裂分层，不耐冲击、维修困难，制造工艺繁琐、成本高。
塑料船艇具有抗腐蚀、重量轻、浮力大不易沉没等优点，目前小型游船很大一部分采用塑料船艇体。滚塑成型是制造塑料船的常用方法，然而现在市场上所见的全塑船仍然存在船体较重且浮力小的缺点，使用受到限制。
技术实现要素：
本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种复合材料构件，为浮力大的不沉构件，重量非常轻，搬运十分便捷，如果应用于船舶领域，可克服现生产出的全塑料船重量较重浮力小的缺陷，该复合材料制造的船为不沉船，其各项性能均优于现有技术的传统材料制备的船舶。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种复合材料构件，其特征在于，由外壳、n-1个发泡层和第n发泡体组成，其中，n是大于1的自然数，所述外壳滚塑成型且具有一空腔，n-1个发泡层依次自所述外壳的内表面逐层向内铺设且每个发泡层围合成一空腔，第n发泡体填充于由第n-1发泡层围合而成的空腔内。
该复合材料构件包括外壳、一个发泡层和一个发泡体，由于本发明构件的外壳是空心的，在其内部填充各层发泡材料，降低构件整体密度，增大浮力。
进一步地，所述n-1个发泡层均选用与所述外壳相同或相容的材质。这使外壳与第一发泡层、各发泡层之间的相容性更好，不仅构件本身更轻质，且构件各层之间连接紧密，以便达到更好抗冲击性能、抗震性能，强度和刚性高，经久耐用。
进一步地，所述外壳由主载体塑料制成，或由主载体塑料中的一种与添加物中的一种或几种混合而成的混合材料制成，所述主载体塑料是聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚氯乙烯塑料、聚氨酯塑料或eva(乙烯-醋酸乙烯共聚物)塑料，所述添加物是纤维粉、金属粉或颜料；所述n-1个发泡层，是发泡聚乙烯、发泡聚丙烯、发泡聚氯乙烯、发泡聚氨酯或发泡eva(乙烯-醋酸乙烯共聚物)材料，或是聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚氯乙烯塑料、聚氨酯塑料、eva(乙烯-醋酸乙烯共聚物)塑料中的一种与纤维粉、金属粉或颜料中的一种或几种混合而成的混合物发泡材料；所述第n发泡体由与第n-1发泡层，是发泡聚苯乙烯、发泡聚乙烯、发泡聚丙烯、发泡聚氯乙烯、发泡聚氨酯或发泡eva(乙烯-醋酸乙烯共聚物)，或选用聚苯乙烯塑料、聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚氯乙烯塑料、聚氨酯塑料或eva(乙烯-醋酸乙烯共聚物)塑料中的一种与纤维粉、金属粉、颜料中的一种或几种混合而成的混合物材料的发泡体。
以上外壳、各个发泡层及发泡体中添加物的增加，可以带来相应的特性，例如，为了增加构件的韧性添加纤维粉，为了增加构件的硬度增加金属粉，为了使构件具有选定的颜色增加的颜料等材料与主载体混合。
进一步地，所述n-1个发泡层由与所述外壳相同或相容材料发泡而成，所述第n发泡体与第n-1发泡层的材质相同或相容。
优选地，所述第n发泡体的材料密度是第n-1发泡层的材料密度的十分之一至三分之一。
本发明还提供一种复合材料构件的制造工艺，其特征在于包括以下步骤：
(1)按构件形状制造模具，将外壳原料加入模具中，加热滚塑成型后冷却脱模，得到具有中空空腔的外壳；
(2)n-1个发泡层的制备：在外壳机械打孔制作喷注孔，通过喷注孔依次注入n-1层发泡材料和发泡剂混合料，依次在不低于每层发泡材料熔化及发泡的温度条件下逐渐加温成型，逐层发泡形成n-1个发泡层由所述外壳的内表面逐层向内铺设且每层围合成一空腔，所述n-1层发泡材料与外壳的材料为相同材料或相容性材料；
(3)第n发泡体的制备：在外壳喷注孔对应位置制作第n-1发泡层喷注孔，通过外壳及n-1个发泡层的喷注孔往第n-1发泡层形成的空腔内注入第n发泡材料和发泡剂混合料，在不低于第n发泡材料熔化及发泡的温度条件下逐渐加温成型，第n发泡材料与发泡剂在注入前充分混合后注入空腔内依附在第n-1发泡层上，且填充满整个第n-1发泡层围合而成的空腔；
所述的n均为大于1的自然数。
上述n-1个发泡层和第n发泡体制备时，每个发泡层发泡成型后如果其内部有新的空腔形成，那么在新形成的空腔内，再次注入发泡材料和发泡剂，产生新的发泡层进行填充，直至最后形成充满内部空腔的新的发泡体即第n发泡体。
优选地，所述第(3)步骤第n发泡体制备时将构件作360度滚动加热。
进一步地，所述外壳原料是主载体塑料，或由主载体塑料中的一种与添加物中的一种或几种混合而成的混合料，其中所述主载体塑料是聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚氯乙烯塑料、聚氨酯塑料或eva塑料，所述添加物是纤维粉、金属粉或颜料。
进一步地，主载体塑料粉料占总外壳原料的重量百分比是9％～100％。
进一步地，所述n-1个发泡层材料是聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚氯乙烯塑料、聚氨酯塑料或eva塑料，或是聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚氯乙烯塑料、聚氨酯塑料或eva塑料粉料中的一种与纤维粉、金属粉或颜料中的一种或几种混合而成的混合物材料；所述第n发泡材料是聚苯乙烯塑料、聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚氯乙烯塑料、聚氨酯塑料或eva塑料，或选用聚苯乙烯塑料、聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚氯乙烯塑料、聚氨酯塑料或eva塑料中的一种与纤维粉、金属粉、颜料中的一种或几种混合而成的混合物材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明的复合材料构件浮力大，重量非常轻，搬运便捷，应用于船舶领域，可克服现生产出的全塑料船重量较重浮力小的缺陷，且由于构件本身由多层材料构成，可根据构件的强度、硬度等各项性能的需求对其发泡层和发泡体调节以达到目的。
(2)作为本发明的优选方案之一，n-1个发泡层与外壳是同一种材料或是性质(化学性质)相近的材料，两者相容性好，可达到无缝连接，其粘结牢固；第n-1发泡层的表面(与第n发泡体接触的一面)以及每个发泡层的表面是不平整的和不规则的，充满了完整或不完整的气泡，当第n-1发泡层在与第n发泡体结合或每个发泡层之间结合时，互相之间的连接是交错形式的，紧密的物理连接，使外壳、n-1个发泡层、第n发泡体成为一个整体，力学性能更优，抗冲击性能和抗震性更好，强度和刚性高，经久耐用；第n发泡材料还可以选择的是密度更轻的发泡材料，比第n-1发泡层材料轻3～10倍，因为第n泡材料填充的空间为外壳内部大部分的空间，整个构件的重量可以大大减轻，浮力更大，应用于船舶领域，则使本发明的船体不易沉，更轻质，搬运更方便，且比现有其他材料制造的船更耐腐蚀和耐冲击，且可根据需要带来一定的韧性及硬度等特性。
附图说明
图1是本发明的复合材料构件俯视结构示意图；
图2是实施例1的图1的a-a剖视图；
图3是实施例2的图1的a-a剖视图；
图4是实施例4的复合材料构件截面剖视图；
其中，各附图标记表示的含义是：
1-第一发泡层，2-第二发泡层(体)，3-第三发泡层(体)，4-第四发泡层(体)，s-外壳。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1～2所示，本实施例的复合材料构件由外壳s、第一发泡层1和第二发泡体2组成，外壳滚塑成型且具有一空腔，第一发泡层1铺设于整个外壳s的内表面，第一发泡层1选用和外壳s相同材质，第二发泡体2填充于由第一发泡层1围合而成的空腔内。本实施例中，该复合材料构件是船体。
其中，船体可以是一体成型的；也可以是由独立的船身和船底固定拼接而成，船体的每个独立部分都由上述复合材料组成。
本实施例中，外壳s是聚乙烯塑料，第一发泡层1是发泡聚乙烯。第二发泡体2是聚乙烯和锌粉的混合物的发泡材料。
本实施例的复合材料构件制造工艺，包括以下步骤：
(1)按照船体结构制造模具，将聚乙烯塑料加入模具中，加热滚塑成型后冷却脱模，得到具有中空空腔的外壳s；
(2)第一发泡层1的制备：在外壳机械打孔制作喷注孔，通过喷注孔注入聚乙烯塑料和发泡剂的混合料，逐渐加温至不低于聚乙烯熔化及发泡的温度条件，形成熔融聚乙烯，发泡后形成第一发泡层铺设于整个外壳的内表面，并围合成一空腔；
(3)第二发泡体2的制备：在外壳喷注孔对应位置制作第一发泡层喷注孔，通过外壳及第一发泡层的喷注孔往第一发泡层形成的空腔内注入聚乙烯塑料、锌粉和发泡剂混合料，逐渐加温至不低于聚乙烯和锌粉的混合物的熔化及发泡的温度条件下，发泡形成第二发泡体填充满整个第一发泡层围合而成的空腔；优选地，第二发泡体的密度是第一发泡层的密度的十分之一至三分之一，这样可以更好地大大减轻构件本身的重量，增大在水面的浮力。
实施例2
如图1、3，本实施例的复合材料构件由外壳s、第一发泡层1、第二发泡层2和第三发泡体3组成，外壳s滚塑成型且具有一空腔，第一发泡层1铺设于整个外壳s的内表面且形成一空腔，第二发泡层2铺设于第一发泡层1的内表面且形成一空腔，第三发泡体3填充于由第二发泡层2围合而成的空腔内。其中，外壳s是聚丙烯与颜料的混合物制成，其中聚丙烯占该混合物总量的百分比是9％，第一发泡层1是发泡聚丙烯，第二发泡层2是聚丙烯与铁粉的混合物的发泡材料，第三发泡体3是聚丙烯与纤维粉的混合物的发泡材料。本实施例中，该复合材料构件是船体。
本实施例的复合材料构件制造工艺，包括以下步骤：
(1)按照船体结构制造模具，将聚丙烯粉料及颜料的混合物加入模具中，加热滚塑成型后冷却脱模，得到具有中空空腔的外壳；
(2)在外壳机械打孔制作喷注孔，通过喷注孔注入聚丙烯粉料和发泡剂的混合料，逐渐加温至不低于聚丙烯塑料熔化及发泡的温度条件下，熔融聚丙烯发泡形成第一发泡层铺设于整个外壳的内表面，第一发泡层围合成一空腔；然后在外壳喷注孔对应位置制作第一发泡层喷注孔，通过外壳及第一发泡层的喷注孔往第一发泡层形成的空腔内注入聚丙烯粉料、铁粉和发泡剂混合料，逐渐加温至不低于聚丙烯粉料和铁粉的混合物熔化及发泡的温度条件下，发泡形成第二发泡层铺设在第一发泡层围合而成的空腔内表层；
(3)按同样的方式制作喷注孔，往第二发泡层形成的空腔内采用同样的工艺，再注入聚丙烯粉料和纤维粉的混合料，逐渐加温至不低于聚丙烯和纤维粉的混合物的熔化及发泡温度条件，并将船体作360度滚动加热，发泡形成第三发泡体3，直至填充满第二发泡层2内的空腔。
实施例3
本实施例的复合材料构件结构同实施例1，本实施例中，该复合材料构件是船体，外壳s是由聚氯乙烯粉料、纤维粉和颜料的混合物制成，其中聚氯乙烯粉料占该混合物总量的百分比是90％，第一发泡层1是聚氯乙烯和纤维粉的混合物的发泡材料，第二发泡体2是聚氯乙烯、铜粉和颜料的混合物的发泡材料。
本实施例的复合材料构件制造工艺，包括以下步骤：
(1)按照船体结构制造模具，将聚氯乙烯粉料、纤维粉和颜料的混合物加入模具中，加热滚塑成型后冷却脱模，得到具有中空空腔的外壳s；
(2)在外壳机械打孔制作喷注孔，通过喷注孔注入聚氯乙烯粉料和发泡剂混合料，逐渐加温至不低于聚氯乙烯熔化及发泡的温度条件下，形成熔融聚氯乙烯，发泡形成第一发泡层1铺设于整个外壳的内表面；
(3)在外壳喷注孔对应位置制作第一发泡层喷注孔，通过外壳及第一发泡层1的喷注孔往第一发泡层1形成的空腔内注入聚氯乙烯粉料、铜粉、颜料和发泡剂混合料，逐渐加温至不低于聚氯乙烯粉料、铜粉、颜料的混合物的熔化及发泡的温度条件，并将船体作360度滚动加热，发泡形成第二发泡体2填充满整个第一发泡层1围合而成的空腔内。
实施例4：
如图1、4所示，本实施例的复合材料构件由外壳s、3个发泡层和第四发泡体4组成，所述3个发泡层分别是第一发泡层1、第二发泡层2、第三发泡层3，外壳s滚塑成型且具有一空腔，第一发泡层1铺设于整个外壳s的内表面且形成一空腔，第一发泡层1、第二发泡层2、第三发泡层3依次自外壳s的内表面逐层向上铺设且每层围合成一空腔，第四发泡体4填充于由第二发泡层2围合而成的空腔内。其中，外壳s是聚乙烯塑料，第一发泡层1是发泡聚乙烯，第二发泡层2是聚乙烯与铁粉的混合物的发泡材料，第三发泡层3是聚乙烯与纤维粉的混合物的发泡材料，第四发泡体4是聚苯乙烯粉料与颜料的混合物的发泡材料。
本实施例的复合材料构件制造工艺，包括以下步骤：
(1)按照构件结构制造模具，将聚氨酯粉料加入模具中，加热滚塑成型后冷却脱模，得到具有中空空腔的外壳；
(2)在外壳机械打孔制作喷注孔，通过喷注孔注入聚乙烯塑料和发泡剂混合料，逐渐加热至不低于聚乙烯塑料熔化及发泡的温度条件，熔融聚乙烯发泡形成第一发泡层铺设于整个外壳的内表面，第一发泡层围合成一空腔；然后在外壳喷注孔对应位置制作第一发泡层喷注孔，通过外壳及第一发泡层的喷注孔往第一发泡层形成的空腔内注入聚乙烯塑料、铁粉和发泡剂混合料，逐渐加温至不低于聚乙烯塑料和铁粉的混合物熔化及发泡的温度条件下，发泡形成第二发泡层铺设在第一发泡层围合而成的空腔内表层；按上述同样的方式制作喷注孔，往第二发泡层形成的空腔内再注入聚乙烯塑料、纤维粉和发泡剂混合料，逐渐加温至不低于聚乙烯塑料和纤维粉的混合物熔化及发泡的温度条件下，发泡形成第三发泡层铺设在第二发泡层围合而成的空腔内表层；
(3)在外壳喷注孔对应位置制作第三发泡层喷注孔，通过外壳及各发泡层的喷注孔往第三发泡层形成的空腔内注入聚苯乙烯塑料、颜料和发泡剂混合料，逐渐加温至不低于聚苯乙烯塑料和颜料的混合物熔化及发泡的温度条件下，发泡形成第四发泡体填充满整个第三发泡层围合而成的空腔内。
实施例5：
本实施例的复合材料构件结构同实施例2，本实施例中，该复合材料构件是船体，外壳s是由eva塑料和颜料的混合物制成，第一发泡层1是eva塑料和纤维粉的混合物的发泡材料，第二发泡层2是eva塑料、铝粉和纤维粉的混合物的发泡材料，第三发泡体3是发泡聚苯乙烯。
本实施例的复合材料构件制造工艺，包括以下步骤：
(1)按照船体结构制造模具，将eva塑料及颜料的混合物加入模具中，加热滚塑成型后冷却脱模，得到具有中空空腔的外壳；
(2)在外壳机械打孔制作喷注孔，通过喷注孔注入eva塑料、纤维粉和发泡剂的混合料，逐渐加温至不低于eva塑料和纤维粉的混合料熔化及发泡的温度条件下形成第一发泡层铺设于整个外壳的内表面，第一发泡层围合成一空腔；然后在外壳喷注孔对应位置制作第一发泡层喷注孔，通过外壳及第一发泡层的喷注孔往第一发泡层形成的空腔内注入eva塑料、铝粉、纤维粉和发泡剂混合料，逐渐加温至不低于eva塑料、铝粉和纤维粉的混合物熔化及发泡的温度条件下，发泡形成第二发泡层铺设在第一发泡层围合而成的空腔内表层；
(3)按同样的方式制作喷注孔，往第二发泡层形成的空腔内采用同样的工艺，再注入聚苯乙烯塑料，逐渐加温至不低于聚苯乙烯熔化及发泡温度条件，并将船体作360度滚动加热，发泡形成第三发泡体3，直至填充满第二发泡层2内的空腔。
以上各实施例的复合材料构件的结构实质是相同的，按照预定设计和生产工艺，如第二发泡层没有全部填充满第一发泡体形成的空腔，而只是在第一发泡层内壁形成新的一层发泡层，则可采用同样的工艺，在第二层发泡体形成的空腔再喷注新的相容的发泡材料进行填充或再次形成新的一层发泡层(或发泡体)，即：在外壳s的内部可形成n层发泡材料，其中第n层发泡体填充满第n-1层发泡层所形成的空腔，以上所述n是大于1的自然数。
本发明的复合材料构件可以应用于包括船舶领域在内的各领域中。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。