[发明专利]波纹夹芯板的Z拼制备方法

说明书

本发明提供了一种波纹夹芯板的Z拼制备方法，其预浸料包裹模具过程包括：步骤一、制备多个形状相同的子模具，子模具为条状的三棱柱结构；步骤二、每两个子模具为一组相拼接形成新的三棱柱结构作为拼接单元；步骤三、将各拼接单元依次拼接并栓接形成板体结构，拼接各拼接单元拼接前，在各拼接单元之间放置预先剪裁好的复合材料预浸料层；步骤四、将各复合材料预浸料层的上、下端压平使其平贴于相邻的拼接单元的子模具外露于所述板体结构表面的直角侧面上，从而形成波纹夹芯板的带模具Z拼预浸料包裹结构。本发明制备出的波纹夹芯板能够大大增强面板与波纹芯体的连接强度，进而提高整个波纹夹芯板的整体刚度和强度。

技术领域

本发明涉及航天器材领域，特别是一种波纹夹芯板的Z拼制备方法。

背景技术

进入21世纪以来，气候变化、能源短缺和可持续发展等极具挑战性的世界性难题，对现代交通运输工具(汽车、动车、船舶和飞机等)和大型高端装备提出了高速和节能要求，实现节能减排、加快建设节约型社会已成为新世纪工程科技的重要发展方向。如何在现有材料和结构的基础上进一步减轻结构重量并获得更优良的综合力学性能，已成为材料、力学和机械工程等诸多领域科研工作者面临的共同挑战。

轻质夹层结构通常由上下两块薄的面板及中间的夹层构成，如图3所示。与传统实心金属材料相比，在同等抗弯力学性能条件下，金属夹层结构能节省30％～50％的结构质量，因此轻质夹层结构近十多年来在国内外得到迅速发展。由于波纹夹层结构的制造技术多样，容易实现工业化，较其他结构更具有应用优势，在航天航空、装甲防护、高速列车、舰船、深海潜水器、建筑及包装等领域均得到了广泛应用，对提高整体结构性能、降低重量以及改善隔热性能等方面发挥了重要作用。

现有技术中制造具有波纹夹芯层结构的复合板的步骤采用面板与芯材分开制备的方法，其中对于金属波纹夹芯的制备方法主要有挤压法、冲压法和滚压法；而对于全复合材料波纹夹芯的制备：方法一、使用模压法，首先设计并加工金属模具，将预浸碳纤维材料铺设到模具中，压紧后放入热压机进行固化成型，最后脱模得到波纹夹芯结构；方法二、采用包裹式的复合材料波纹夹芯结构，所用模具为多个粉末材料制成的易破坏的三棱柱(图4(a))，然后将环氧树脂基的碳纤维预浸料包裹在模具上并将模具排列成结构要求的形状(图4(b)和图4(c))，最后进行粘合及固化处理即可得到完整的波纹夹芯结构(图4(d))。

其次是面板与波纹夹芯的连接，主要的方法有胶接和焊接等，对于复合材料波纹夹芯板采用胶接的连接方法，波纹夹层结构的力学性能在很大程度上取决于面板和波纹芯体的连接质量。在连接部位如因应力集中或连接时出现缺陷，如开裂、脱落、局部未连接等现象，将导致整个结构的刚度、强度下降，从而对夹层板的力学性能和相应结构的安全性产生极大的影响，甚至造成灾难性事故。

对于上述传统的复合材料波纹夹芯板制备方法均有一些显著的缺陷，如对于方法一制备的复合材料波纹夹芯板，其芯材与面板的连接面积小，因此连接强度弱，在受到破坏是连接处首先发生破坏；其次对于方法二制备的复合材料波纹夹芯板，其连接面积增大，面板与芯材的连接强度增大，但由于其芯材为多个复合材料三棱柱粘接而成，因此在受到冲击时，复合材料三棱柱芯材容易分散成多个单独的三棱柱，承载能力下降。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种制备步骤简单高效的纤维增强复合材料波纹夹芯层板的Z拼制备方法，能够解决面板和波纹夹芯板芯材结合强度不高的缺陷，该方法制备出的波纹夹芯板能够大大增强面板与波纹芯体的连接强度，进而提高整个波纹夹芯板的整体刚度和强度。

本发明的技术方案是：波纹夹芯板的Z拼制备方法，包括依次进行的预浸料剪裁过程、预浸料包裹模具过程、真空袋成型工艺固化处理过程以及固化后脱模过程，所述预浸料包裹模具过程包括如下步骤：

步骤一、制备多个形状相同的子模具，所述子模具为条状的三棱柱结构，所述三棱柱结构的横截面为直角三角形；各所述子模具的两端均开设有螺栓通孔；