[发明专利]竹节或类竹节形式的轻质复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种竹节或类竹节形式的轻质复合材料的制备方法，首先在适当的容器中准备好熔融态的材料，然后将所要制备的不同结构要求的管状材料插入熔融态的材料中；再通过不同的控制手段制备出满足要求的泡沫，使得约束管的内径R与气泡的半径r之比λ的值处于特定值范围，静置待泡沫自行演化成所需的竹节或类竹节状结构；然后通过合适的方法使泡沫凝固即可得到所需的竹节或类竹节复合材料。相比于现有的单一结构的管状材料，本发明所制备的竹节及类竹节复合材料具备更好的力学性能，有更好的隔热、隔音及缓冲性能。

技术领域

本发明涉及一种复合材料的制备方法，特别是涉及一种具有填充材料结构的管式材料的制备方法，应用于复合材料技术领域。

背景技术

现有管状材料由于其中空状态，力学性能有很强的方向性；并且中间的空心使得空气流通，对热对流和声音的传播都无阻隔作用，大大限制了该种材料的使用范围，现有管状材料通常只具有单一结构的管状材料结构形式，隔热、隔音、缓冲性能和力学性能具有其局限性，影响了其在船舶、汽车、建筑、仿生材料等领域的广泛应用。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种竹节或类竹节形式的轻质复合材料的制备方法，通过在管状材料中吹入竹节或类竹节状泡沫填充后，能极大改善管状材料垂直轴向方向的性能，同时轴向上的抗拉压、抗弯性能也有显著增强。本发明填充的泡沫以其膜薄、液相分数低、消耗材料少等优点，有望成为船舶、汽车、建筑、仿生材料等领域不可或缺的材料之一。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种竹节或类竹节形式的轻质复合材料的制备方法，包括如下步骤：

a.将填充材料熔化或溶解，形成熔融态或者液态的材料，作为填充材料的初始形态，将材料液体装入容器，形成材料液体池，备用；

b.将管状材料的一端浸入到在所述步骤a中准备的材料液体池中，使材料液体进入管状材料内腔中；其中填充材料的熔点低于管状材料的熔点；管状材料优选采用金属、塑料、复合材料中的至少一种材料制成；优选管状材料的形状为圆管、方管或异形管形式，进一步优选管状材料的异形管形式包括在管状材料的不同段的尺寸和形状不同的管状结构；

c.以在所述步骤b中采用的管状材料为材料尺寸约束件，使材料液体池中的材料液体生成材料泡沫，并将泡沫输送到管状材料内腔中，静置待材料液体形成的泡沫在管状材料内腔中自行演化形成所需的竹节或类竹节状结构液膜；优选材料液体的液膜与管状材料内壁形成复合连接结构；作为本发明优选的技术方案，控制气泡生成的方法为：利用向材料液体池中通入气体进行发泡，根据气体流量计采集的气流信息，控制向材料液体池中通入气体的气体流速和吹气孔的尺寸大小，或采用向材料液体池添加发泡剂或者稳定剂调控发泡工艺过程；采用发泡剂发泡时通过对发泡剂的表面性质处理控制发泡过程；管状材料中的填充材料结构优选采用同一种单分散泡沫结构或者至少两种单分散结构的复合结构；

d.采用材料液体凝固工艺，使在所述步骤c中制备的液膜保持泡沫形状进行凝固，以管状材料为外部约束管部分，以凝固的泡沫形成填充材料，在管状材料中形成所需的竹节或类竹节状有序排列的立体填充材料复合结构，从而得到整体具有竹节或类竹节形式的轻质复合材料。作为本发明优选的技术方案，控制填充材料泡沫凝固的方法为：通过降温、光照和声波振动方法中的至少一种方法。在管状材料内腔中竹节或类竹节状排列的立体填充材料优选形成隔热结构、隔音结构或者受力缓冲结构。

作为本发明优选的技术方案，充满于管状材料内腔中的气泡的气泡等效直径与管状材料的内腔直径或其他特征尺寸的比值λ，λ不大于10.0；进一步优选λ取值处于区间[0.44,1.98]。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：