[发明专利]一种双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料制备方法

说明书

本发明提供一种双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料制备方法，本发明通过泡沫块与X/Z方向格栅结构复合，实现单向格栅结构增强泡沫制备；然后，通过在单向格栅结构增强泡沫块Y/Z方向铺敷干态纤维布Ⅱ，成型后即可实现X/Z方向单向格栅结构与Y/Z方向单向格栅结构在泡沫内部构建起双向格栅结构，从而在整体上实现了双向增强效果；本发明提出的先制备单向格栅结构增强泡沫再整体成型双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料的方案，构建了双向格栅结构‑泡沫芯材‑面板三者一体化整体结构，从根本上解决了双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料成型过程中夹层预成型体尺寸难以精确控制以及产品整体稳定性、质量均一性、表观质量等问题。

技术领域

本发明涉及一种夹层结构复合材料制备方法，具体涉及一种双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料低成本高精度制备方法，主要应用于双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料尤其是大尺寸双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料低成本高精度成型。

背景技术

传统泡沫夹芯复合材料由强度、模量较大的上下复合材料面板和介于上下面板之间的低密度泡沫夹芯材料复合而成，具有较高的比强度、比刚度以及优异的抗冲击性能。此外，通过对泡沫类型选择，传统泡沫夹芯复合材料可实现良好的吸波、防火、隔热、隔声、吸能等功能。因此，传统泡沫夹芯复合材料成为一种典型结构功能一体化材料，已广泛应用于轨道交通、高速列车、航空航天、船舶与海洋工程等领域。但是，随着工程应用对结构性能要求不断提高，传统泡沫夹芯复合材料已经无法满足需求。将复合材料格栅结构引入到传统泡沫夹芯复合材料的泡沫夹芯材料中，构建一种新型夹层结构复合材料——格栅结构增强泡沫夹芯复合材料，其主体部分为传统泡沫夹芯复合材料，增强部分为复合材料格栅结构。因此，格栅结构增强泡沫夹芯复合材料集成了传统泡沫夹芯复合材料和复合材料格栅结构的各自优势，既保留了传统泡沫夹芯复合材料较低密度、较高强度、较高模量等优点，又发挥了复合材料格栅结构出色的力学性能，即：在整体密度略微增加的前提下，格栅结构增强泡沫夹芯复合材料平压、侧压、弯曲、剪切、抗冲击等力学性能显著提升。

格栅结构增强泡沫夹芯复合材料分为单向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料和双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料。单向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料实现了在X/Z方向或Y/Z方向即2D增强效果。双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料是一种典型格栅结构增强泡沫夹芯复合材料，实现了X/Y/Z三个方向即3D增强效果。与单向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料相比，双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料平压、侧压、弯曲、剪切、抗冲击、抗失稳等力学性能更优异。

单向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料与双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料在空间结构形式上存在较大差异，因此，二者制备方法也完全不同。从双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料空间结构特点来看，复合材料格栅结构分布于面内纵横方向且向厚度方向延伸至上下面板，呈现一种纵横交错的3D网状结构。原本在传统泡沫夹芯复合材料中作为一个整体的泡沫芯材板被这种网状结构分割成一个离散泡沫块。在制备双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料夹层预成型体时面临两个难点，一是数量巨大的泡沫块难以精准排布并固定，二是格栅结构用干态纤维织物难以在纵横方向上完成铺敷，且铺敷质量一致性难以控制。普通发明专利《一种双向波纹点阵增强型复合材料夹层结构》（授权公告号：CN109318541B）通过单向波纹板与单向波纹板内的波纹内多个点阵组成双向增强芯子材料，然后与上下面板粘结，得到双向波纹点阵增强型复合材料夹层结构。该双向增强夹层结构为空心结构，空心部分可以增加泡沫、玻璃微珠等可填充物。该制备方法一是需要提前预制单向波纹板，二是点阵由单向波纹板加工得到，且为一个个离散单体，三是点阵与单向波纹板、上下面板与双向增强芯子材料的固定采用树脂粘结，这将带来以下问题：（1）单向波纹板为薄壁结构，如果尺寸增大必然导致翘曲、变形等问题，因而工艺无法放大（2）点阵是一个个离散单体，在单向波纹板上实现精确均匀排布是个较大难题（3）点阵与单向波纹板采用树脂粘结方式固定，且点阵数量较大，必然导致制备效率低下、质量一致性不可控等问题。此外，在已公开的其它文献所述成型工艺中，要么制造成本较低但质量一致性较差，要么质量一致性较好但制造成本较高。

发明内容