专利名称：四面体型纤维增强复合材料点阵夹芯板的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种四面体型点阵夹芯板的制备方法。
背景技术：
纤维增强复合材料与金属材料相比，具有更高的比强度和比刚度。现有的点阵夹 芯板结构使用的材料绝大多数都是金属材料，其制备方法有网系叠层点焊方法、冲压折叠 工艺和挤出工艺。纤维增强复合材料点阵夹芯板与传统金属点阵夹芯板相比较具有更高的 比强度、比刚度，且具有更强的可设计性。四面体型纤维增强复合材料点阵夹芯板就是一类 新型的点阵夹芯结构，以往的成型办法使用的是硅橡胶软膜成型，利用该成型办法制备该 类点阵夹芯板硅橡胶模具的精度很难保证，从而使得芯子中的杆件横截面形状与预想差异 很大；且软膜成型过程中由于硅橡胶的热膨胀没有外在的约束，无法对芯子中的杆件施加 成型所需的压力，这些缺点都降低了四面体型纤维增强复合材料点阵夹芯板的力学性能。
发明内容
本发明的目的是为解决采用硅橡胶软膜成型制备四面体型纤维增强复合材料点 阵夹芯板存在力学性能差的问题，进而提供一种四面体型纤维增强复合材料点阵夹芯板的 制备方法。本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是本发明的四面体型纤维增强复合 材料点阵夹芯板的制备方法由以下步骤完成步骤一制备刚性模具；刚性模具由多个单体和两个边板构成，每个单体的横截 面形状为梯形，每个边板的横截面形状为直角梯形；在每个单体的一个斜面上加工多对沿 该斜面宽度方向贯通的第一半圆形通孔，每对第一半圆形通孔呈八字形设置，在每个单体 的另一个斜面上位于每对第一半圆形通孔的中间位置上加工一个沿该斜面宽度方向贯通 的第二半圆形通孔，第二半圆形通孔与该斜面的底边垂直，将多个单体一正一倒相间平铺 设置构成平板状，相邻两个单体上的相对应的多对第一半圆形通孔一一对应并组合构成多 对第一圆形通孔，呈平板状设置的多个单体的两侧各设置有一个边板，在每个边板的斜面 上与其相邻单体的多个第二半圆形通孔相对应位置处加工多个第三半圆形通孔，由边板上 的多个第三半圆形通孔与相邻单体上的多个第二半圆形通孔一一对应组合构成多个第二 圆形通孔，第一圆形通孔与第二圆形通孔的孔径相等，边板上的斜面与相邻单体上的斜面 相吻合，多个单体和两个边板可拆卸连接；步骤二、模具处理模具由刚性模具和多个热膨胀芯膜套构成，用丙酮溶液清洗模 具表面，然后用脱模剂处理模具外表面；步骤三、固定刚性模具用夹具将刚性模具固定；步骤四、卷制多个纤维柱；用纤维预浸料卷制多个纤维柱，纤维柱的卷制方向垂直 于其轴向方向，且纤维柱的数量与热膨胀芯膜套的数量相等，纤维柱的横截面形状与热膨 胀芯膜套内腔的横截面形状相同，将卷制成的纤维柱塞进热膨胀芯膜套的内腔中，且纤维柱的外侧壁与热膨胀芯膜套的内腔侧壁紧密配合；步骤五、制备组合模具在刚性模具的每个第一圆形通孔和第二圆形通孔内插入 包有纤维柱的热膨胀芯膜套，并使包有纤维柱的热膨胀芯膜套的外径与刚性模具的第一圆 形通孔和第二圆形通孔的孔径相匹配，将多个纤维柱的两端外露在刚性模具的外面；步骤六、铺放面板在组合模具的上下表面铺放单向纤维预浸料，在铺设过程中将 露在刚性模具外面的多个纤维柱的两端沿纤维柱的轴向劈开，并将其预埋在组合模具上下 表面的预浸料之中；步骤七、组合模具固化将铺放好纤维预浸料的组合模具放在液压机上加温加压 固化，固化温度为100-120°c、固化时间为1. 5-2h、纵向加压压力为0. 5_lMPa，纤维柱6承受 的横向压力为0. 5-lMpa ；步骤八、脱模分别将刚性模具中的两个边板和多个单体拆卸下，再将多个热膨胀 芯膜套用刀片划开后去掉，即制得四面体型纤维增强复合材料点阵夹芯板。本发明的有益效果是本发明的制备方法采用刚性模具和热膨胀芯膜套以及纤维 柱组合的方式一体化成型四面体型纤维增强复合材料点阵夹芯板，制备过程中可对芯子中 的杆件(即纤维柱)施加成型所需压力，因此可以大大提高该四面体型纤维增强复合材料 点阵夹芯板的力学性能(与现有技术相比，结构强度至少提高2倍)。
图1是制备本发明的四面体型纤维增强复合材料点阵夹芯板的刚性模具的立体 图，图2是单体1的立体图，图3是边板2的立体图，图4是将卷制成的纤维柱6塞进热膨 胀芯膜套5内的立体图。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图1-图4说明，本实施方式的四面体型纤维增强复合材料 点阵夹芯板的制备方法由以下步骤完成步骤一制备刚性模具；刚性模具由多个单体1和两个边板2构成，每个单体1的 横截面形状为梯形，每个边板2的横截面形状为直角梯形；在每个单体1的一个斜面上加工 多对沿该斜面宽度方向贯通的第一半圆形通孔1-1，每对第一半圆形通孔1-1呈八字形设 置，在每个单体1的另一个斜面上位于每对第一半圆形通孔1-1的中间位置上加工一个沿 该斜面宽度方向贯通的第二半圆形通孔1-2，第二半圆形通孔1-2与该斜面的底边垂直，将 多个单体1 一正一倒相间平铺设置构成平板状，相邻两个单体1上的相对应的多对第一半 圆形通孔1-1 一一对应并组合构成多对第一圆形通孔3，呈平板状设置的多个单体1的两侧 各设置有一个边板2，在每个边板2的斜面上与其相邻单体1的多个第二半圆形通孔1-2相 对应位置处加工多个第三半圆形通孔2-1，由边板2上的多个第三半圆形通孔2-1与相邻单 体1上的多个第二半圆形通孔1-2 —一对应组合构成多个第二圆形通孔4，第一圆形通孔3 与第二圆形通孔4的孔径相等，边板2上的斜面与相邻单体1上的斜面相吻合，多个单体1 和两个边板2可拆卸连接(所制备的模具精度高)；步骤二、模具处理模具由刚性模具和多个热膨胀芯膜套5构成，用丙酮溶液清洗 模具表面，然后用脱模剂处理模具外表面；
步骤三、固定刚性模具用夹具将刚性模具固定；步骤四、卷制多个纤维柱6;用纤维预浸料卷制多个纤维柱6，纤维柱6的卷制方向 垂直于其轴向方向，且纤维柱6的数量与热膨胀芯膜套5的数量相等，纤维柱6的横截面形 状与热膨胀芯膜套5内腔的横截面形状相同，将卷制成的纤维柱6塞进热膨胀芯膜套5的 内腔中，且纤维柱6的外侧壁与热膨胀芯膜套5的内腔侧壁紧密配合；步骤五、制备组合模具在刚性模具的每个第一圆形通孔3和第二圆形通孔4内插 入包有纤维柱6的热膨胀芯膜套5，并使包有纤维柱6的热膨胀芯膜套5的外径与刚性模具 的第一圆形通孔3和第二圆形通孔4的孔径相匹配，将多个纤维柱6的两端外露在刚性模 具的外面；步骤六、铺放面板在组合模具的上下表面铺放单向纤维预浸料(按照预定的铺 设角度和铺层顺序铺放)，在铺设过程中将露在刚性模具外面的多个纤维柱6的两端沿纤 维柱6的轴向劈开，并将其预埋在组合模具上下表面的预浸料之中；步骤七、组合模具固化将铺放好纤维预浸料的组合模具放在液压机上加温加压 固化，固化温度为100-120°C、固化时间为1. 5-2h、纵向加压压力为0. 5_lMPa，纤维柱6承受 的横向压力为0. 5-lMPa(热膨胀芯膜套5受热膨胀，对纤维柱6施加横向压力)；步骤八、脱模分别将刚性模具中的两个边板2和多个单体1拆卸下，再将多个热 膨胀芯膜套5用刀片划开后去掉，即制得四面体型纤维增强复合材料点阵夹芯板。本实施方式的步骤二中采用的脱模剂型号为XTEND818。
具体实施方式
二 本实施方式的制备方法中所采用的热膨胀芯膜套5由硅橡胶或 聚甲基丙烯酰亚胺泡沫制成。其它方法步骤与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式的步骤四中卷制成的纤维柱6的横截面形状为圆形 或方形。带方形与圆形截面纤维柱的复合材料点阵夹芯结构在承受不同载荷时的结构效率 不同，相同质量时带方形截面纤维柱的复合材料点阵夹芯结构承载效率比带圆形截面纤维 柱的复合材料点阵夹芯结构最大高出3%。其它方法步骤与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四本实施方式的步骤七中的固化温度为120°C，固化时间为2h，纵 向加压压力为IMPa，纤维柱6承受的横向压力为IMPa。面板和纤维柱都可以施加上压力， 这样纤维柱承载时不易劈裂，可使这类夹芯结构的力学性能得到提高，结构强度至少提高2 倍。其它方法步骤与具体实施方式
一、二或三相同。
权利要求
一种四面体型纤维增强复合材料点阵夹芯板的制备方法，其特征在于所述制备方法由以下步骤完成步骤一制备刚性模具；刚性模具由多个单体(1)和两个边板(2)构成，每个单体(1)的横截面形状为梯形，每个边板(2)的横截面形状为直角梯形；在每个单体(1)的一个斜面上加工多对沿该斜面宽度方向贯通的第一半圆形通孔(1 1)，每对第一半圆形通孔(1 1)呈八字形设置，在每个单体(1)的另一个斜面上位于每对第一半圆形通孔(1 1)的中间位置上加工一个沿该斜面宽度方向贯通的第二半圆形通孔(1 2)，第二半圆形通孔(1 2)与该斜面的底边垂直，将多个单体(1)一正一倒相间平铺设置构成平板状，相邻两个单体(1)上的相对应的多对第一半圆形通孔(1 1)一一对应并组合构成多对第一圆形通孔(3)，呈平板状设置的多个单体(1)的两侧各设置有一个边板(2)，在每个边板(2)的斜面上与其相邻单体(1)的多个第二半圆形通孔(1 2)相对应位置处加工多个第三半圆形通孔(2 1)，由边板(2)上的多个第三半圆形通孔(2 1)与相邻单体(1)上的多个第二半圆形通孔(1 2)一一对应组合构成多个第二圆形通孔(4)，第一圆形通孔(3)与第二圆形通孔(4)的孔径相等，边板(2)上的斜面与相邻单体(1)上的斜面相吻合，多个单体(1)和两个边板(2)可拆卸连接；步骤二、模具处理模具由刚性模具和多个热膨胀芯膜套(5)构成，用丙酮溶液清洗模具表面，然后用脱模剂处理模具外表面；步骤三、固定刚性模具用夹具将刚性模具固定；步骤四、卷制多个纤维柱(6)；用纤维预浸料卷制多个纤维柱(6)，纤维柱(6)的卷制方向垂直于其轴向方向，且纤维柱(6)的数量与热膨胀芯膜套(5)的数量相等，纤维柱(6)的横截面形状与热膨胀芯膜套(5)内腔的横截面形状相同，将卷制成的纤维柱(6)塞进热膨胀芯膜套(5)的内腔中，且纤维柱(6)的外侧壁与热膨胀芯膜套(5)的内腔侧壁紧密配合；步骤五、制备组合模具在刚性模具的每个第一圆形通孔(3)和第二圆形通孔(4)内插入包有纤维柱(6)的热膨胀芯膜套(5)，并使包有纤维柱(6)的热膨胀芯膜套(5)的外径与刚性模具的第一圆形通孔(3)和第二圆形通孔(4)的孔径相匹配，将多个纤维柱(6)的两端外露在刚性模具的外面；步骤六、铺放面板在组合模具的上下表面铺放单向纤维预浸料，在铺设过程中将露在刚性模具外面的多个纤维柱(6)的两端沿纤维柱(6)的轴向劈开，并将其预埋在组合模具上下表面的预浸料之中；步骤七、组合模具固化将铺放好纤维预浸料的组合模具放在液压机上加温加压固化，固化温度为100 120℃、固化时间为1.5 2h、纵向加压压力为0.5 1MPa，纤维柱(6)承受的横向压力为0.5 1MPa；步骤八、脱模分别将刚性模具中的两个边板(2)和多个单体(1)拆卸下，再将多个热膨胀芯膜套(5)用刀片划开后去掉，即制得四面体型纤维增强复合材料点阵夹芯板。
2.根据权利要求1所述的四面体型纤维增强复合材料点阵夹芯板的制备方法，其特 征在于所述制备方法中所采用的热膨胀芯膜套(5)由硅橡胶或聚甲基丙烯酰亚胺泡沫制 成。
3.根据权利要求1所述的四面体型纤维增强复合材料点阵夹芯板的制备方法，其特征 在于步骤四中卷制成的纤维柱(6)的横截面形状为圆形或方形。2
4.根据权利要求1、2或3所述的四面体型纤维增强复合材料点阵夹芯板的制备方法， 其特征在于步骤七中的固化温度为120°C，固化时间为2h，纵向加压压力为IMPa，纤维柱 (6)承受的横向压力为IMPa。
全文摘要
四面体型纤维增强复合材料点阵夹芯板的制备方法，它涉及一种四面体型点阵夹芯板的制备方法。以解决采用硅橡胶软膜成型制成四面体型纤维增强复合材料点阵夹芯板存在力学性能差的问题。技术要点制备刚性模具；用丙酮溶液清洗模具表面，用脱模剂处理模具外表面；固定刚性模具；卷制多个纤维柱，并将其塞进热膨胀芯膜套内；制备组合模具，即在刚性模具的每个第一、二圆形通孔内插入包有纤维柱的热膨胀芯膜套，将多个纤维柱的两端外露在刚性模具的外面；在组合模具的上下表面铺放单向纤维预浸料，并将露在刚性模具外面的纤维柱的两端沿纤维柱的轴向劈开预埋在上下表面的预浸料中；固化；脱模。本发明用于制备四面体型纤维增强复合材料点阵夹芯板。
文档编号B29C70/34GK101890815SQ20101022116
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月8日 优先权日2010年7月8日
发明者吴林志, 殷莎, 马力 申请人:哈尔滨工业大学