[发明专利]一种泡沫填充双层纺织点阵夹层复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种泡沫填充双层纺织点阵夹层复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域，本发明复合材料包括三层面板、两层点阵芯层和聚氨酯泡沫，所述芯层在经向和纬向呈现不同的点阵周期结构形式，故所述双层纺织点阵夹层复合材料包括经向‑经向和经向‑纬向两种芯层组合方式；所述制备方法包括：通过真空导流灌注环氧树脂制备单层纺织点阵夹层复合材料；通过热压工艺对所述双夹层预制体进行共固化成型；将聚氨酯泡沫填充进固化后的双夹层预制体点阵芯层空隙。本发明复合材料有效克服了传统夹层复合材料抗冲击性能差、易分层的缺点，同时解决了单层纺织点阵夹层复合材料稳定性差和芯层剪切刚度较低等问题。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及一种泡沫填充双层纺织点阵夹层复合材料及其制备方法。

背景技术

轻量化的复合材料被广泛应用在在航空航天、海洋舰船和轨道交通等高端装备制造业。夹层结构是典型的轻量化复合材料构型之一。通常夹层复合材料由高强度薄面板和低密度厚芯层组成，在保证轻量化的同时，拥有优异的抗弯力学性能。传统的夹层复合材料通常采用胶水或者树脂粘接面板和芯层。这种方法制备出的夹层复合材料层间剪切强度较低，导致面板和芯层容易出现剥离。

纺织夹层复合材料的面层和芯层可以一体化成型，因此拥有出色的抗分层能力。纺织夹层复合材料芯层是离散的，芯层桩在经向和纬向呈现不同的阵列形式；纺织夹层复合材料芯层桩之间存在空隙，无法相互支撑，所以其芯层剪切刚度较低。在载荷作用下，芯层桩容易发生屈曲，进而导致整体结构失去稳定性，并且随着高度增加，芯层桩的站立性能越差。因此，需要采取合理的设计方法对纺织夹层复合材料的芯层力学性能进行增强，从而充分发挥纺织夹层复合材料的力学性能优势。

发明内容

本发明提供了一种泡沫填充双层纺织点阵夹层复合材料及其制备方法，解决了现有纺织夹层复合材料的芯层力学性能较弱的问题，充分发挥纺织夹层复合材料的力学性能优势，以满足航空航天、海洋舰船和轨道交通等高端装备制造业对轻量化复合材料的需求。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种泡沫填充双层纺织点阵夹层复合材料，包括三层面板、两层点阵芯层和聚氨酯泡沫。所述三层面板两两之间分别分布点阵芯层，所述点阵芯层和面板一体化成型；所述两层点阵芯层包括经向-经向和经向-纬向两种芯层组合方式；所述点阵芯层由离散的芯桩组成；所述芯桩在经向和纬向呈现不同的点阵周期结构形式，面板之间的空隙中填充聚氨酯泡沫。

以上所述结构中，所述纺织点阵夹层复合材料的增强体三维织物面层和芯层是整体织造成型；所述点阵芯层由离散的均匀分布的芯桩组成；所述芯桩在经向和纬向呈现不同的点阵周期结构形式，经向方向芯桩之间的间距大于纬向方向芯桩之间的间距；在经向方向芯桩为“8”字形，在纬向芯桩近似为“1”字型；所述三层面板由玻璃纤维布和所述三维织物面层组成；所述玻璃纤维布用于加厚纺织点阵夹层复合材料面层，增强所述结构抗弯强度；优选的，所述三层面板分别称为上面板、中面板和下面板，其中对所述中面板增厚时，只需少量玻璃纤维布，即1层或2层；对所述上面板和下面板增厚时，可适当增加玻璃纤维布用量，但同时需要考虑和芯层力学性能匹配的问题。

一种泡沫填充双层纺织点阵夹层复合材料制备方法，包括以下步骤：

(1)配置树脂胶液，根据设计需求裁剪相应尺寸的三维纺织玻璃纤维布；

(2)采用真空导流对裁剪后的三维纺织玻璃纤维布灌注所述树脂胶液，固化后得到单层纺织点阵夹层复合材料；

(3)根据设计需求裁剪相应尺寸的二维玻璃纤维布，采用真空导流对玻璃纤维布灌注所述树脂胶液；

(4)将步骤(3)得到的浸润树脂的玻璃纤维布和步骤(2)所述单层纺织点阵夹层复合材料组合形成双夹层预制体；

(5)对步骤(4)得到的双夹层预制体进行共固化成型，固化后得到双层纺织点阵夹层复合材料；