[发明专利]一种复杂截面结构管状复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种合金/纤维复合材料/泡沫树脂复杂截面结构管状复合材料设计及其制备方法，包括将合金管进行预处理；在合金管表面上进行预先铺胶，将纤维/树脂预浸料以预设绕丝角度缠绕在合金管上，利用树脂对所述合金管表面的纤维进行固化制备得到管状材料预制件；将预设截面形状的合金板或纤维复合材料板接合至管状材料预制件内壁；将泡沫树脂灌注填充至管状材料预制件内部空隙，发泡并固化成型得到所述复杂截面结构管状复合材料。本发明参考了天然鸟骨及工程结构件轻质高强结构特性，在分析强化机理的基础上提取其强化单元，并在宏观结构件上利用该理论模型设计、制备复杂截面结构复合材料管，且制备出的管件具有轻质、高强特性、性能优异。

技术领域

本发明涉及材料制备工艺技术领域，特别是指一种合金/纤维复合材料/泡沫树脂复杂截面结构管状复合材料设计及其制备方法。

背景技术

当代的科技与工业发展对材料性能提出了更为全面及严苛的要求，单一的材料已经难以满足所要求的特殊或综合性能。当前，工业上要求先进结构材料具有高强度、重量轻、稳定性好等特点。

复杂截面结构管状复合材料体现了一种全新的材料设计思想，其截面设计思路来源于仿生学、工程结构，是由纤维复合材料与合金管材经装配、胶接、灌装泡沫树脂填充固定制备而成的复合管件结构。复杂截面结构管状复合材料不仅继承了复合材料及合金的强度、刚度，还具有特殊截面结构的强化效应，因此，可应用于航空、航天、兵器等领域的主承力结构材料，且具有大跨度下结构稳定性高的优势，特别适用于对重量要求苛刻的飞行器大跨度结构。

铝合金具有密度小、高比强度、高延展性、优良的导电性、导热性和抗蚀性等良好的综合性能及较低的成本等优点。钛合金强度高、耐蚀性好、耐热性高；铁、镍、钴基高温合金能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作，具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，基于上述优势，铝合金、钛合金及高温合金在各个工业领域均开辟了广阔的应用前景。碳纤维复合材料的比强度和模量高，抗蠕变性能较优，耐疲劳性能优良，摩擦系数和磨损率低，导热、导电性能良好，热膨胀系数小，耐蚀性优良。芳纶纤维复合材料具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻、绝缘、抗老化、生命周期长等优良性能；超高模量聚乙烯纤维复合材料具有高比强度、高比模量、纤维密度低、断裂伸长低、断裂功大，具有很强的吸收能量的能力，具有突出的抗冲击性和抗切割性，抗紫外线辐射、防中子和γ射线、比能量吸收高、介电常数低、电磁波透射率高、耐化学腐蚀、耐磨性、有较长的挠曲寿命。因此被广泛应用于航空、航天等领域。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种复杂截面结构管状复合材料及其制备方法，以自然生物体结构、工程优化结构作为参考，将纤维复合材料、合金管件及发泡树脂复合，可使三者的优势得到充分发挥，同时具备低密度、高强度、高刚度等优异性能，特殊的复杂截面结构使得材料具有更高的比强度、比刚度及耐疲劳性能。

为了实现上述目的，现提出如下解决方案：

一方面，提供一种复杂截面结构管状复合材料的制备方法，包括：

将合金管进行预处理；

在预处理后的合金管表面上进行预先铺胶，将纤维/树脂预浸料以预设绕丝角度缠绕在所述合金管上，利用树脂对所述合金管表面的纤维进行固化制备得到管状材料预制件；

将预设截面形状的合金板或纤维复合材料板接合至所述管状材料预制件内壁；

将泡沫树脂灌注填充至所述管状材料预制件内部空隙，发泡并固化成型得到所述复杂截面结构管状复合材料。

优选地，所述将合金管进行预处理，包括：

对合金管表面进行污垢去除；

对去除表面污垢后的合金管进行酸洗或碱洗进行油污去除；