[发明专利]夹芯结构复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纤维增强树脂基复合材料及其加工领域，涉及一种夹芯结构复合材料及其制备方法，尤其涉及以单向纤维增强复合材料中空矩形管为夹芯的树脂基复合材料结构件。

背景技术

夹芯结构复合材料自二十世纪四十年代出现以来，受到越来越多的关注，其主要特点是抗弯刚度大，结构重量轻，即夹芯结构具有高的比强度和比模量，而且耐疲劳、抗振动性能好，隔音、隔热等性能优异，一直是工程应用中重要的结构材料。但是，传统夹芯结构复合材料多采用泡沫、蜂窝等夹芯材料，侧压性能严重不足，限制了其在某些主承力结构中的应用。

随着列车运行的高速化和新型轨道交通方式的发展，列车部件复合材料轻量化趋势越来越明显。为减轻车体重量，可采用复合材料夹芯结构设计和制备车底架构件。

车底架构件承受横向载荷和纵向载荷。其中，横向载荷主要包括车辆正常运行状态下车体重量载荷，底架下面板挂载设备的重量载荷，均布在底架上面板上的乘客与行李重量载荷；纵向载荷主要是车辆走行时的牵引载荷，紧急制动下车厢间碰撞的压缩载荷、冲击载荷等，其中，车端压缩载荷是设计者需要关注的重点。

车底架承受的横向载荷对应夹芯结构的弯曲载荷，纵向载荷对应夹芯结构的侧向载荷。传统夹芯结构平压性能好，抗弯刚度高，能很好地满足车底架横向载荷的要求，但其侧压性能严重不足，无法满足车底架纵向压缩载荷的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够在满足轻量化目标的同时，大幅提高材料抗侧压性能的夹芯结构复合材料，并相应提供一种操作简单、成本低廉的夹芯结构复合材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种夹芯结构复合材料，所述夹芯结构复合材料包括上面板、下面板和芯层，所述芯层位于上面板和下面板之间，所述芯层包括至少2根中空矩形管，所述中空矩形管以并列平行的方式排布于所述芯层中，相邻的所述中空矩形管之间设有管间插层。

上述的夹芯结构复合材料中，优选的，所述中空矩形管是由单向纤维增强树脂基复合材料构成，所述单向纤维增强树脂基复合材料中的增强材料包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维中的一种或多种，所述单向纤维增强树脂基复合材料中的树脂基体包括聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂中的一种或多种。

上述的夹芯结构复合材料中，优选的，所述管间插层是由纤维增强树脂基复合材料构成，所述纤维增强树脂基复合材料中的纤维增强材料包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维中的一种或多种，所述纤维增强材料的形式包括多轴向织物或毡，所述纤维增强树脂基复合材料中的树脂基体包括聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂中的一种或多种。

上述的夹芯结构复合材料中，优选的，所述上面板和下面板均是由多轴向织物增强树脂基复合材料构成，所述多轴向织物包括玻璃纤维多轴向织物、碳纤维多轴向织物、芳纶纤维多轴向织物中的一种或多种，所述树脂基体包括聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂中的一种或多种。

上述的夹芯结构复合材料中，优选的，所述中空矩形管横截面的外边长为5mm～150mm。

上述的夹芯结构复合材料中，优选的，所述中空矩形管的管壁厚度为1mm～10mm。

上述的夹芯结构复合材料中，优选的，所述管间插层的厚度（即相邻的所述中空矩形管之间的管间距）为0.5mm～5.0mm。

上述的夹芯结构复合材料中，优选的，所述上面板的厚度为0.2mm～20mm；所述下面板的厚度为0.2mm～20mm。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的夹芯结构复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）准备中空矩形管：采用拉挤成型工艺制备预设尺寸的中空矩形管；

（2）准备预成型体：在一刚性模具上依次铺放夹芯结构复合材料所需的下面板增强材料、中空矩形管、管间插层增强材料和上面板增强材料，得到预成型体；

（3）组装VIMP成型系统：在所述预成型体上依次铺放脱模布和导流网，并设置好注胶咀和溢胶咀，然后在所述刚性模具外围包覆真空袋膜形成一模腔，将所述预成型体、脱模布、导流网、注胶咀、溢胶咀均密封于模腔中，再将所述注胶咀、溢胶咀分别连接至VIMP工艺用注胶系统和抽真空系统，得到VIMP成型系统；

（4）真空注胶：检查所述VIMP成型系统的气密性后，准备树脂体系，通过抽真空方式向VIMP成型系统的模腔中注入所述树脂体系，直至树脂充填完毕，停止注入；

（5）共固化成型：按照预设的固化制度进行共固化成型；