[发明专利]一种互锁式双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料制备方法

说明书

本发明提供一种互锁式双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料制备方法，本发明通过复合材料互锁式装配和二次成型，首次实现了双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料高质量高效率低成本低风险制备；通过先装配复合材料格栅结构再填充泡沫、铺敷上下面板，然后采用成型工艺整体成型，轻松实现工艺放大、显著降低工艺风险；无需借助任何辅助工装，实现复合格栅结构精确装配和泡沫填充，从根本上解决了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、质量均一性等问题；整个工艺流程简单，互锁式装配精度高，显著提高了预成型体制备效率和线型精度，进而大大提高了大尺寸格栅结构增强泡沫夹芯复合材料成型效率和成型质量。

技术领域

本发明涉及一种夹层结构复合材料制备方法，具体涉及一种互锁式双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料制备方法，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；同时，低密度泡沫夹芯材料具有防火、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。

目前，常用的是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，即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又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2D增强效果，即X/Z或Y/Z两个方向；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3D增强效果，即X//Y/Z三个方向。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，第一个问题是数量巨大的泡沫块难以精准排布并固定，第二个问题是格栅结构用纤维织物难以在纵横方向上完成铺敷。

格栅结构增强泡沫夹芯复合材料是一种新型复合材料夹层结构，目前尚无公开的、完备的成型工艺解决方案。普通发明专利《格构增强型复合材料夹层结构》（授权公告号：CN101067343B）通过沿芯材厚度方向剖开并在剖开间隙位置填充树脂或干态纤维布，经真空灌注工艺制备格构增强型复合材料夹层结构，其格构为树脂浇注体或纤维增强复合材料，纤维增强复合材料格构增强效果远优于树脂浇注体格构。但是，由于干态纤维布质地较柔软，难以控制芯材间隙纤维布填充量，且纤维布在真空压力下极易发生堆积、弯曲等，导致纤维增强复合材料格构纤维体积分数、质量一致性等都难以精确控制，这将大大降低格构增强效果乃至显著增大格构增强型复合材料夹层结构性能离散性。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

有鉴于此，本发明的目的是提供一种互锁式双向格栅结构增强泡沫夹芯复合材料制备方法，以解决目前尚无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的问题。