零泊松比芯材及其制备方法、复合材料与流程

本发明涉及复合材料，尤其涉及一种零泊松比芯材及其制备方法、复合材料。

背景技术：

1、夹芯结构用芯材，特别是六边形蜂窝芯材，由芳族聚酰胺纸、铝箔、玻璃纤维布、碳纤维布、不锈钢箔、高温合金箔、牛皮纸等非金属材料或金属材料之一制成。其中，以芳族聚酰胺纸为主要材料制成的六边形蜂窝芯材是目前研发的热点，芳族聚酰胺纸六边形蜂窝芯材是芳族聚酰胺纸经涂布、叠合和薄板层压制固化、切割、膨胀、浸胶、树脂固化等一系列复杂工艺制作而成的六边形孔格形状的蜂窝芯材，是高强度、高模量芳族聚酰胺纸增强的先进复合材料，具有轻质、高强、高模、阻燃、耐高温、低介电损耗等众多优点，已经广泛应用于航空航天领域和其他多个民用领域中。

2、图1为现有技术中六边形蜂窝芯材的结构示意图。如图1所示，传统六边形芯材孔格单元1＇为正六边形，排列形成蜂窝结构，但是该正六边形1＇孔格单元的六个单元壁11＇均为平直状态，在lw平面内当芯材一个方向被展开时，与其垂直的另一个方向尺寸只能缩小，当一个方向被压缩时，与其垂直的另一个方向尺寸只能伸长，从而导致平直单元壁的六边形芯材在弯曲的过程中变为“马鞍形”。因此，现有的六边形蜂窝芯材的变形能力很差，不具有零泊松比特性，应用领域因此受局限。

3、变体结构对于提高飞行安全性，改善飞机起飞着陆性能以适应在各种条件的机场(如短跑道机场)起降均有积极效果；同时在变形技术基础上可以形成新的舵面设计和流动控制方法，改善飞行器的操纵和控制品质；以及，变体结构结合智能变形技术，可以解决不同设计点气动布局的矛盾，改善多功能性，可在短跑道上起飞，增加航程，提高其经济性和作战效能。

4、因此，亟需一种变形能力优良、具有零泊松比特性的芯材。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、鉴于上述技术中存在的问题，本发明至少从一定程度上进行解决。为此，本发明的第一个目的在于提出一种芯材，结构简单，并且具有零泊松比特性。

3、本发明的第二个目的在于提出一种零泊松比芯材的制备方法。

4、本发明的第三个目的在于提出一种应用零泊松比芯材的复合材料。

5、(二)技术方案

6、为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

7、本发明提供一种零泊松比芯材，该芯材由多个同一类型的孔格单元无间隙排列形成；孔格单元包括两个相向设置的第一类单元壁和两个相向设置的第二类单元壁，两个第一类单元壁之间通过两个第二类单元壁连接，共同围绕形成孔格单元；第一类单元壁和第二类单元壁均是相邻孔格单元共有的壁；第一类单元壁作为孔格单元的一个孔格壁，两个第一类单元壁平行设置；第二类单元壁至少包括两个依次相连的孔格壁，第二类单元壁中依次相连的两个孔格壁之间形成夹角，使第二类单元壁为弯折结构。

8、可选地，芯材由多层弯折薄板堆叠形成；每一层弯折薄板由多个同一类型的折叠单元依次相连而成，折叠单元包括依次相连的第一板部和第二板部，第一板部的形状与2个以上依次相连的第一类单元壁的形状相同，第二板部的形状与1个第二类单元壁的形状相同；相邻两个弯折薄板之间围绕形成孔格单元，相邻两个弯折薄板之间的贴合部位通过连接结构连接。可选地，第二类单元壁中依次相连的两个孔格壁之间形成夹角为10～180°。

9、可选地，第二类单元壁为依次相连的三个以上的孔格壁时，第二类单元壁形成波浪型弯折结构。

10、可选地，孔格单元的每一个孔格壁的宽度均相等；孔格单元的孔格壁的宽度为2～8mm。

11、本发明提供一种零泊松比芯材的制备方法，该方法对第二类单元壁为依次相连的两个孔格壁的零泊松比芯材进行制备，包括以下步骤：

12、步骤s1、将多张薄板材料进行堆叠，并在相邻薄板材料之间进行粘接，获得叠层板。叠层板中，相邻薄板材料之间布置多根等间距相互平行的粘合剂线条将相邻薄板材料粘接，每一根粘合剂线条包括沿同一宽度方向依次排列的第一子粘合剂线条和第二子粘合剂线条，第二子粘合剂线条的粘结强度为第一子粘合剂线条的粘结强度的10％～80％；后一层薄板材料上的粘和剂线条同向错位部分重合在前一层薄板材料的粘和剂线条上，后一层薄板材料上的第一子粘合剂线条与前一层薄板材料上的第二子粘合剂线条重合；

13、步骤s2、在垂直于薄板材料的方向展开叠层板，将薄板材料中未粘合的部位展开，获得菱形孔格芯材；

14、步骤s3、将菱形孔格芯材进行稳定化处理后，在垂直于薄板材料的方向展开菱形孔格芯材，将菱形孔格芯材中第二子粘合剂线条粘合的部位展开，获得零泊松比芯材。

15、作为方法的一种改进，第二子粘合剂线条的粘结强度为第一子粘合剂线条的粘结强度的10％～80％，包括：调节子粘合剂线条的宽度控制子粘合剂线条涂胶量，使第二子粘合剂线条的涂胶量为第一子粘合剂线条的涂胶量的10％～80％；或者，子粘合剂线条是由粘合剂块状单元间隙排列形成的条状，调节子粘合剂线条中粘合剂块状单元间的间隙距离控制子粘合剂线条涂胶量，使第二子粘合剂线条的涂胶量为第一子粘合剂线条的涂胶量的10％～80％。

16、作为方法的一种改进，将多张薄板材料进行堆叠，并在相邻薄板材料之间进行粘接，包括：将多张薄板材料进行堆叠，每一层薄板材料的同一面涂布粘合剂线条，以在相邻薄板材料之间进行粘接；或者，将多张薄板材料进行堆叠，仅在偶数层薄板材料的两面均涂布粘合剂线条，以在相邻薄板材料之间进行粘接。

17、作为方法的一种改进，步骤s3中还包括：对零泊松比芯材进行稳定化处理；其中，对菱形孔格芯材进行稳定化处理，包括：对菱形孔格芯材进行高温处理；和/或，将菱形孔格芯材浸渍树脂溶液，并固化树脂；对零泊松比芯材进行稳定化处理，还包括：对零泊松比芯材进行高温处理；和/或，将零泊松比芯材浸渍树脂溶液，并固化树脂。

18、本发明提供一种零泊松比芯材的制备方法，该方法对第二类单元壁为依次相连的三个孔格壁的零泊松比芯材进行制备，包括以下步骤：

19、步骤s1、将多张薄板材料进行堆叠，并在相邻薄板材料之间进行粘接，获得叠层板；叠层板中，相邻薄板材料之间布置多根等间距相互平行的粘合剂线条将相邻薄板材料粘接，每一根粘合剂线条包括沿同一宽度方向依次排列的第二子粘合剂线条、第一子粘合剂线条和第二子粘合剂线条，第二子粘合剂线条的粘结强度为第一子粘合剂线条的粘接强度的10％～80％；后一层薄板材料上的粘和剂线条同向错位部分重合在前一层薄板材料的粘和剂线条上，后一层薄板材料上的第一子粘合剂线条与前一层薄板材料上的第二子粘合剂线条重合，后一层薄板材料上的第二子粘合剂线条与前一层薄板材料上的第一子粘合剂线条重合；

20、步骤s2、在垂直于薄板材料的方向展开叠层板，将薄板材料中未粘合的部位展开，获得菱形孔格芯材；

21、步骤s3、将菱形孔格芯材进行稳定化处理后，在垂直于薄板材料的方向展开菱形孔格芯材，将菱形孔格芯材中通过第二子粘合剂线条粘合的部位展开，获得零泊松比芯材。

22、作为方法的一种改进，第二子粘合剂线条的粘结强度为第一子粘合剂线条的粘接强度的10％～80％，包括：调节子粘合剂线条的宽度控制子粘合剂线条涂胶量，使第二子粘合剂线条的涂胶量为第一子粘合剂线条的涂胶量的10％～80％；或者，

23、子粘合剂线条是由粘合剂块状单元间隙排列形成的条状，调节子粘合剂线条中粘合剂块状单元间的间隙距离控制子粘合剂线条涂胶量，使第二子粘合剂线条的涂胶量为第一子粘合剂线条的涂胶量的10％～80％。

24、作为方法的一种改进，将多张薄板材料进行堆叠，并在相邻薄板材料之间进行粘接，包括：将多张薄板材料进行堆叠，在每一层薄板材料的同一面涂布粘合剂线条，以在相邻薄板材料之间进行粘接；或者，将多张薄板材料进行堆叠，在偶数层薄板材料的两面均涂布粘合剂线条，以在相邻薄板材料之间进行粘接。

25、作为方法的一种改进，步骤s3中还包括：对零泊松比芯材进行稳定化处理；其中，对菱形孔格芯材进行稳定化处理，包括：对菱形孔格芯材进行高温处理；和/或，将菱形孔格芯材浸渍树脂溶液，并固化树脂；对零泊松比芯材进行稳定化处理，包括：对零泊松比芯材进行高温处理；和/或，将零泊松比芯材浸渍树脂溶液，并固化树脂。

26、本发明提供一种零泊松比芯材的制备方法，其中，零泊松比芯材由多层弯折薄板堆叠形成，每一层弯折薄板由多个同一类型的折叠单元依次相连而成，折叠单元包括依次相连的第一板部和第二板部，第一板部的形状与2个以上依次相连的第一类单元壁的形状相同，第二板部的形状与1个第二类单元壁的形状相同；相邻两个弯折薄板之间围绕形成孔格单元，相邻两个弯折薄板之间的贴合部位通过连接结构连接；

27、制备方法包括以下步骤：

28、步骤s1、获取多个弯折薄板；

29、步骤s2、在弯折薄板的第一板部上设置连接结构，将多个弯折薄板依次排列，形成零泊松比芯材的形状；通过连接结构连接相邻弯折薄板，获得零泊松比芯材。

30、本发明提供一种零泊松比芯材的制备方法，包括以下步骤：

31、步骤s1、根据零泊松比芯材制作铸模。

32、步骤s2、选取芯材的基体材料，将芯材的基体材料浇注于铸模内；开模得到零泊松比芯材。

33、本发明提供一种零泊松比芯材的制备方法，包括以下步骤：以芯材基体材料在3d打印设备上按照预先设计的模型图进行打印，获得零泊松比芯材。

34、本发明还提供一种复合材料，包括零泊松比芯材和覆盖于零泊松比芯材的面板，零泊松比芯材为如上所述的芯材。

35、(三)有益效果

36、本发明的有益效果是：

37、1、本发明提出的芯材，具有轻质、高强、高模、阻燃、耐高温、低介电损耗的优点，并且，本发明提出的芯材具有零泊松比特性，适用于高强度夹层结构的制造，特别适用于变体结构中作为支撑的芯材。而且，本实施例提出的芯材只由一种类型的孔格单元组成，该孔格单元为类四方形，结构简单，为简单、成本低廉的芯材制备工艺的提出创造条件。

38、2、本发明提出的芯材的制备方法，首先通过堆叠多张薄板材料，在相邻薄板材料之间进行粘接，形成叠层板，然后对叠层板进行两次膨胀操作，即可制备获得单曲零泊松比芯材，工艺简单、制备迅速，可大批量生产，并且成本非常低。而且本发明提出，采用由在同一宽度方向上依次排列的涂胶量不同的第一子粘合剂线条和第二子粘合剂线条组成的粘合剂线条对相邻薄板材料进行粘接，配合后一层薄板材料上的粘和剂线条同向错位重合在前一层薄板材料的粘和剂线条上，能够制备出叠层板以通过两次膨胀操作制备单曲零泊松比芯材。

39、3、本发明提出的芯材的制备方法，首先通过堆叠多张薄板材料，在相邻薄板材料之间进行粘接，形成叠层板，然后对叠层板进行两次膨胀操作，即可制备获得双曲零泊松比芯材，工艺简单、制备迅速，可大批量生产，并且成本非常低。而且本发明提出，采用由在同一宽度方向上依次排列的涂胶量不同的第二子粘合剂线条、第一子粘合剂线条和第二子粘合剂线条组成的粘合剂线条对相邻薄板材料进行粘接，配合后一层薄板材料上的粘和剂线条同向错位重合在前一层薄板材料的粘和剂线条上，能够制备出叠层板以通过两次膨胀操作制备双曲零泊松比芯材。