[发明专利]一种仿竹夹芯结构复合材料及其制造方法

说明书

本发明公开了一种仿竹夹芯结构复合材料及其制造方法，所述复合材料自上而下依次包括上面层、芯层和下面层，所述芯层设为单层或者多层夹芯结构，所述上面层靠近所述芯层一侧的材料密度大于所述上面层远离所述芯层一侧的材料密度，所述下面层靠近所述芯层一侧的材料密度大于所述下面层远离所述芯层一侧的材料密度。本发明与传统的夹芯结构相比，仿毛竹结构夹芯复合材料实现了芯层和面层的梯度变化，在受力时逐级受力，达到缓冲卸力的目的，这种密度变化的夹芯材料能更好实现轻质的情况下，在弯曲断裂时逐级吸收能量，在冲击时各层级逐步缓冲，力学性能得以提高。

【技术领域】

本发明涉及复合材料的技术领域，特别是仿竹夹芯结构复合材料的技术领域。

【背景技术】

近年来，夹芯结构的复合材料开始广泛应用于航空航天、汽车、船舶、风力发电等领域。泡沫夹芯结构复合材料具有轻质高强、高比强度和高比模量的特点，能在满足材料弯曲强度和冲击强度等力学性能的前提下尽量减轻材料的重量。由于传统的泡沫夹芯结构芯层结构单一，且铺层方式设计较为简单，使得泡沫夹芯结构复合材料的抗弯强度和抗冲击性能难以找到有效的提升方法。因此为了改善这种情况，有必要对面层、芯层结构和铺层方式进行改进设计，以提高材料的抗弯和抗冲击性能。在仿生学研究过程中发现毛竹具有轻质高强的特点，毛竹的生物结构具有良好的抗弯强度、抗压强度和冲击韧性，并且发现毛竹纤维的排列存在一定的规律性变化，毛竹的这种结构特征为设计夹芯结构复合材料提供了良好的思路。

【发明内容】

本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种仿竹夹芯结构复合材料及其制造方法，能够通过仿毛竹结构提高复合材料的抗弯性能和抗冲击性能。

为实现上述目的，本发明提出了一种仿竹夹芯结构复合材料，所述复合材料自上而下依次包括上面层、芯层和下面层，所述芯层设为单层或者多层夹芯结构，所述上面层靠近所述芯层一侧的材料密度大于所述上面层远离所述芯层一侧的材料密度，所述下面层靠近所述芯层一侧的材料密度大于所述下面层远离所述芯层一侧的材料密度。

作为优选，所述芯层的厚度大于所述上面层和所述下面层的厚度，所述芯层为发泡材料，所述发泡材料内部设有孔隙结构，所述发泡材料的孔隙大小自上而逐渐变小，所述孔隙结构的孔隙密度自上而下逐渐变大。

所述的发泡材料包括聚苯乙烯、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯类的硬质塑料泡沫材料。

作为优选，所述发泡材料的密度范围为0.3g/cm³～0.6g/cm³。

作为优选，所述芯层设为单层结构。

作为优选，所述芯层为双层夹芯结构，所述芯层自上而下包括上层芯层、中间面层和下层芯层，所述上层芯层和下层芯层的孔隙大小自上而逐渐变小，且所述上层芯层的孔隙结构的最小密度大于所述下层芯层的孔隙结构的最大密度，所述中间面层靠近上面层一侧的材料密度小于所述中间面层靠近所述下面层一侧的材料密度。

作为优选，所述上层芯层和所述下层芯层的厚度范围均为5mm～10mm，所述中间面层为玻璃纤维层合板。

作为优选，所述上面层和所述下面层为纤维层合板，所述上面层和所述下面层厚度范围均为0.5mm～1.5mm。

所述的纤维包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、涤纶纤维和其它具有一定强度的矿物纤维、人造纤维和合成纤维，以确保纤维增强的复合材料能达到一定的力学强度。

本发明还提出了一种制作单层结构仿竹夹芯结构复合材料的制作方法，包括如下步骤：

(1)使用半自动平板硫化仪，将纤维、树脂和发泡材料在模具上叠层铺放，发泡材料选用聚苯乙烯、聚氨酯、聚乙烯或聚丙烯类的硬质塑料泡沫材料，在树脂的选择上，树脂的熔融温度要与夹芯发泡材料的熔融温度有交叉点，纤维选用在织造时通过组织密度变化实现内外层密度差异的织物；