[发明专利]一种轻质多孔复合材料圆柱体的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种轻质多孔复合材料圆柱体的制备方法，该制备方法步骤如下：A、复合材料圆柱壳预制体的制备：采用角联锁结构，将碳纤维作为接结经纱和纬纱分别沿着圆柱壳的环向和轴向进行编织，其中按直线轴向编织的部分纬纱由间隔布置的金属杆替代，得到复合材料圆柱壳预制体；B、复合材料圆柱体的制备：采用RTM工艺，将步骤A得到的复合材料圆柱壳预制体浸渍在树脂溶液中，待固化成型后取出轴向的金属杆，并在全部孔隙中注入PVC泡沫，得到轻质多孔复合材料圆柱体。本发明的轻质多孔复合材料圆柱体采用碳纤维树脂基复合材料和聚氯乙烯泡沫制备，具有良好的力学性能和优异的吸能特性，能够更好的提升承载和吸能性质。

技术领域

本发明涉及装备材料技术领域，具体地说是一种轻质多孔复合材料圆柱体的制备方法及其应用。

背景技术

薄壁结构由于具有优良的力学性能及吸能特性，被广泛应用于航天航空、机械工程和交通运输等不同领域。其中，薄壁金属管具有吸能效率高、成本低等优点，已得到了广泛的研究。同传统金属管相比，纤维增强树脂复合材料薄壁管具有轻质、吸能、比吸能高等优点，近些年成为研究热点。Sumana等研究了碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料薄壁管和玻璃纤维增强树脂复合材料薄壁管的吸能特性，结果发现CFRP复合材料薄壁管吸收的能量要高于玻璃纤维增强树脂复合材料薄壁管。随着工程领域对材料性能要求的提高，多孔结构凭借质量轻、高比能、高容积效率等优势，也被用作飞机、导弹及汽车等行业的缓冲、吸能构件。

目前的薄壁圆柱壳多采用金属材料，其密度大无法满足轻量化需求，因此为进一步提高复合材料薄壁构件的承载与吸能特性，开展设计并制备一种轻质多孔复合材料圆柱体，将为多孔薄壁复合材料作为吸能结构的应用研究产生深远影响。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种具有良好的力学性能和优异的吸能特性的轻质多孔复合材料圆柱体的制备方法及其应用。

本发明的第一个目的是提供一种轻质多孔复合材料圆柱体的制备方法，该制备方法步骤如下：

A、复合材料圆柱壳预制体的制备：采用角联锁结构，将碳纤维作为接结经纱和纬纱分别沿着圆柱壳的环向和轴向进行编织，其中按直线轴向编织的部分纬纱由间隔布置的金属杆替代，得到复合材料圆柱壳预制体；

B、复合材料圆柱体的制备：采用RTM工艺，将步骤A得到的复合材料圆柱壳预制体浸渍在树脂溶液中，待固化成型后取出轴向的金属杆，并在全部孔隙中注入PVC泡沫，得到轻质多孔复合材料圆柱体。

在本发明的一种实施方式中，步骤A和步骤B中的金属杆的截面为三角形、矩形或梯形中的一种或几种。

在本发明的一种实施方式中，步骤A和步骤B中的金属杆为空心或实心。

在本发明的一种实施方式中，步骤A中的复合材料圆柱壳预制体的周向分布有20-40根金属杆。

在本发明的一种实施方式中，步骤A中的碳纤维为T700-12K、T800-12K、T1000-12K中的一种或几种，碳纤维的细度为800Tex、强度大于4500MPa且模量大于230GPa。

在本发明的一种实施方式中，步骤A中的角联锁结构为经纱按正弦曲线径向编织、纬纱按直线轴向编织且部分纬纱被金属杆替代。

在本发明的一种实施方式中，步骤A中的角联锁结构编织工艺是沿复合材料圆柱壳预制体的轴向的经纱密度为5-6根/cm，沿复合材料圆柱壳预制体的环向每隔1根金属杆的纬纱数量为2-4根。

在本发明的一种实施方式中，步骤A中的复合材料圆柱壳预制体的外径为150-200mm、厚度为5-20mm、长度为400-500mm。

在本发明的一种实施方式中，步骤A中的金属杆的长度与复合材料圆柱壳预制体的长度相等、步骤A中的金属杆沿复合材料圆柱壳预制体的径向厚度不超过复合材料圆柱壳预制体的厚度。