[发明专利]一种单向碳纤维复合材料多级蜂窝结构及其制备方法

说明书

本发明涉及一种单向碳纤维复合材料多级蜂窝结构及其制备方法,由上面板、多级蜂窝结构夹芯层和下面板组成；多级蜂窝结构夹芯层由多个带槽多级蜂窝嵌锁条相互嵌锁组装而成，带槽多级蜂窝嵌锁条由上层复合材料板、中层高刚度泡沫板和下层复合材料板组成，复合材料板为由两层单向碳纤维复合材料铺设而成的板。本发明解决了复合材料蜂窝结构低密度区域平压强度低和剪切强度不如复合材料金字塔点阵结构的问题，提高了复合材料蜂窝壁的抗屈曲能力，提高了碳纤维复合材料蜂窝结构的平压强度和剪切强度。

技术领域

本发明涉及一种多级蜂窝结构，特别是一种单向碳纤维复合材料多级蜂窝结构及其制备方法。

背景技术

由于碳纤维复合材料蜂窝结构具有优异的力学性能，然而复合材料蜂窝结构仍然有两个力学性能需要调：一是，在低密度区域(150kg/m3)，碳纤维复合材料蜂窝结构的平压强度不如碳纤维复合材料金字塔点阵结构；二是，其剪切强度不如碳纤维复合材料金字塔点阵结构。在低密度区域，复合材料蜂窝壁易于发生弹性屈曲，这是导致其平压强度不高的主要原因；而复合材料蜂窝结构与面板较小的粘接面积和较弱的粘接强度，导致其在剪切载荷下易于发生面芯脱粘失效。为此，利用多级结构思想，优化设计和制备了多级复合材料蜂窝结构，大大提高了其平压和剪切强度。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种低密度区域平压强度和剪切强度高的单向碳纤维复合材料多级蜂窝结构及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明一种单向碳纤维复合材料多级蜂窝结构，包括上面板、下面板和设置在上面板和下面板之间的多级蜂窝结构夹芯层；多级蜂窝结构夹芯层由沿水平和竖直方向的带槽多级蜂窝嵌锁条相互嵌锁组装而成,同向的带槽多级蜂窝嵌锁条具有相同数量的槽,各方向的带槽多级蜂窝嵌锁条数量等于另一方向上带槽多级蜂窝嵌锁条的槽的数量,各方向的带槽多级蜂窝嵌锁条数量均大于等于2；带槽多级蜂窝嵌锁条由PMI泡沫夹芯板制备，PMI泡沫夹芯板包括上层合板、PMI泡沫板和下层合板；上层合板和下层合板均为单向碳纤维复合材料板；PMI泡沫板的上表面与上层合板粘接在一起，PMI泡沫板的下表面与下层合板粘接在一起。

作为本发明一种单向碳纤维复合材料多级蜂窝结构的一种优选方案，多级蜂窝结构夹芯层的上表面与上面板粘接在一起，多级蜂窝结构夹芯层的下表面与下面板粘接在一起。

本发明一种制备上述一种单向碳纤维复合材料多级蜂窝结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：制备复合材料板：打开恒温加热台，调节温度至30℃，在加热台上面铺设8层单向碳纤维复合材料得到复合材料面板，铺层角度为[(0/90/90/0]S，然后放入密封袋中密封，放入热压罐中升温加压固化，得到制备上面板和下面板的复合材料板；

步骤二：制备上面板和下面板：打磨步骤一得到的复合材料板的单侧表面，然后去除打磨面的灰尘和油污，再清洗干净并且烘干，然后切割烘干后的复合材料板，得到上面板和下面板；

步骤三：制备PMI泡沫夹芯板：用热压罐干燥PMI泡沫，然后在恒温加热台上在PMI泡沫两侧分别对称铺设同向的单向碳纤维复合材料板，然后用密封袋密封后放入热压罐中固化，得到处理后的PMI泡沫夹芯板；

步骤四：制备带槽多级蜂窝嵌锁条：将步骤三得到的PMI泡沫夹芯板切割出槽口，得到带槽多级蜂窝嵌锁条；

步骤五：制备多级蜂窝结构夹芯层：将步骤四得到的带槽多级蜂窝嵌锁条在嵌锁槽口处相互嵌锁组装，得到多级蜂窝结构夹芯层；

步骤六：制备单向碳纤维复合材料多级蜂窝结构：将上面板组装在步骤五得到的多级蜂窝结构夹芯层上表面，将下面板组装在步骤五得到的多级蜂窝结构夹芯层下表面，多级蜂窝结构夹芯层与上面板和下面板的打磨面之间粘接，然后采用模具热压工艺固化，得到单向碳纤维复合材料多级蜂窝结构。