[发明专利]一种复合材料点阵结构及制备方法

说明书

本发明为一种复合材料点阵结构及制备方法，由上面板、下面板以及设置在上下面板之间的点阵芯子构成，所述点阵芯子是由点阵芯三角形纤维和梯形纤维穿插而成，上下面板中设有泡沫夹层，结构采用特定的注入方式进行VARTM成型。本发明的点阵结构制备方法包括以下七个步骤：(1)可熔性合金型芯制备；(2)三角形纤维穿插；(3)上下面板底层纤维铺设；(4)梯形纤维穿插；(5)面板夹心布置及面板表层纤维铺设；(6)VARTM(真空辅助树脂传递模塑工艺)成型；(7)加热熔化可熔性合金型芯。本发明有效地解决了复合材料点阵芯与面板之间的连接问题，一体成型，质量可靠、工艺简单、节点强度高。

技术领域

本发明涉及一种复合材料点阵结构及制备方法，特别涉及一种复合材料点阵结构制备工艺，属于工程材料制备、结构设计领域。

背景技术

2001年,普林斯顿大学Evans教授、哈佛大学Hutchinson教授、剑桥大学Ashby教授、MIT的Gibson教授等首次提出了点阵夹芯结构概念。点阵结构既具有比强度、比刚度高的优势,又具有储能、制动、预埋等多功能潜力。虽然复合材料点阵结构制备方法取得一些成果，但是仍存在许多问题，一直是国内外的研究焦点。

当前复合材料点阵结构主要有如下制备方法：比如(1)使用金属模具，将多个模具组装成平板状，并在模具间和模具表面铺设碳纤维预寑料，然后合模后加热固化，最后脱模得到复合材料点阵结构；或者(2)通过模压的方式制备点阵芯，然后将点阵芯与面板粘接在一起；或者(3)使用水切割或者其他切割方法将复合材料波纹板或者平板切割成带槽口的折线形构件，然后装配得到点阵芯，最后和面板粘接在一起；或者(4)首先将两块带孔洞的复合材料面板进行固定，然后将浸润树脂的纤维束穿插在面板之间，固化后得到复合材料点阵结构；或者(5)使用带孔洞的可熔性石蜡胎板，表面铺设预寑料并将树脂基纤维束按照Z字形路径穿插在孔洞中，然后使用电子束辐射固化技术在常温下进行固化，最后脱蜡得到复合材料点阵结构。

上述方法(1)的金属模具加工复杂，合模困难，并且仅适用于平板结构，无法制备曲面复合材料点阵结构。上述方法(2)和方法(3)是采用粘接的方法将点阵芯和面板连接在一起的，粘接处强度低，节点易发生破坏。上述方法(4)的点阵芯纤维直接穿插在面板之间，固化时点阵芯纤维没有受到外部压力，点阵芯纤维杆件强度低。上述方法(5)使用了熔芯成型技术，有效地解决了成型模具问题，非常适合制备复杂形状的复合材料点阵结构，但是该方法杆件之间纤维不连续，纤维转折角度过大，板内穿插纤维凸起。

可熔性合金型芯成型技术，又叫熔芯成型，是纤维增强复合材料成型中的一种重要的新技术，具有生产效率高、成本低、成型工艺简单和容易制成各种复杂形状制品等优点。熔芯成型是结合传统的砂型铸造、失蜡铸造成型工艺与复合材料成型技术，利用低熔点合金作为型芯来生产形状复杂制品的新工艺。其基本原理是通过模具将低熔点合金浇铸制成熔芯嵌件，然后将熔芯嵌件放入模具中进行成型，冷却后取出含有熔芯嵌件的制件，再加热使低熔点合金熔化分离获得制品。

鉴于此，为解决上述技术问题，本发明人基于相关领域的研发，并经过不断测试及改良，进而有本发明的产生。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合材料点阵结构及制备方法，具有生产效率高、力学性能好的特点。

本发明一种复合材料点阵结构由上面板1、下面板2以及中间的点阵芯子3构成；所述点阵芯子3是由点阵芯三角形纤维6和第一束梯形纤维7、第二束梯形纤维8及第三束梯形纤维9穿插而成，上下面板中间设有泡沫夹层13，结构采用特定的注入方式进行VARTM成型。

所述的点阵芯子3为单向碳纤维束制成的杆件，同一位置的两个点阵芯杆件轴线与面板轴线交于一点。

所述的上面板1和下面板2的材质为及金属材料或复合材料。

本发明一种复合材料点阵结构的制备方法按以下步骤进行制备：