一种复合材料金字塔型点阵夹芯壳及其制备方法技术

一种复合材料金字塔型点阵夹芯壳及其制备方法，它涉及一种点阵夹芯壳及其制备方法。本发明专利技术目的是为解决现有的点阵芯子空间不可贯通、不便于预埋、导热、通气和传热功能的实现，同时现有复合材料金字塔型点阵夹芯壳存在重量重，其制备工艺复杂，手工操作过多，制备效率低的问题。本发明专利技术中N个内芯子条和N个外芯子条交错排列形成圆筒形，每个内芯子条和其相邻的外芯子条之间排列有多个金字塔型点阵结构单胞，每个金字塔型点阵结构单胞为四根杆件首尾顺次连接形成具有金字塔型的一体件。本发明专利技术中制备方法包括七个步骤，依次为在矩形状的编织预浸料上绘制梯形、加工梯形孔、编织预浸料铺放到专用模具上、固化及脱模。本发明专利技术适用于航空航天领域中。

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料金字塔型点阵夹芯壳及其制备方法
本专利技术具体涉及一种复合材料金字塔型点阵夹芯壳及其制备方法。
技术介绍
复合材料点阵材料是极具潜力的先进轻质多功能的结构材料，与传统材料最大的不同是其拥有密度小、比模量高、热膨胀系数小等一系列优异特性，因而具有许多的优良性能。随着工业界制备技术法发展，碳纤维复合材料制备的点阵夹芯结构进一步扩展应用领域，航天航空领域尤为突出，从结构角度来讲，点阵夹芯结构具有与传统蜂窝结构相当的力学性能，并且要优于金属泡沫。但现有的点阵芯子，包括格栅型、蜂窝型的圆筒壁封闭，空间不可贯通，不便于预埋、导热、通气和传热功能的实现。专利申请号为CN201110111670.7，专利名称为点阵芯子制造方法、模具及带有点阵芯子的复合材料圆筒，通过该专利中的点阵芯子制造方法制备的点阵芯子的复合材料圆筒的制备时间长，效率低且无法实现纯机械化生产的效果，现有复合材料金字塔型点阵夹芯壳的重量还不够轻，其制备过程耗时长、效率低且无法实现纯机械化生产的问题。
技术实现思路
本专利技术为解决现有的点阵芯子空间不可贯通、不便于预埋、导热、通气和传热功能的实现，同时现有复合材料金字塔型点阵夹芯壳存在重量重，其制备工艺复杂，手工操作过多，制备效率低的问题，进而提出一种复合材料金字塔型点阵夹芯壳及其制备方法。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种复合材料金字塔型点阵夹芯壳，它包括金字塔型点阵芯子、复合材料内面板和复合材料外面板；所述金字塔型点阵芯子包括N个内芯子条、N个外芯子条、多个金字塔型点阵结构单胞，所述N个内芯子条和N个外芯子条交错排列形成圆筒形，N个内芯子条靠近圆筒形的中心轴线设置，N个外芯子条远离圆筒形的中心轴线设置，每个内芯子条和其相邻的外芯子条之间沿圆筒形的轴向方向排列有多个金字塔型点阵结构单胞，每个金字塔型点阵结构单胞为四根杆件首尾顺次连接形成梯形的一体件，复合材料内面板和复合材料外面板均为筒形结构，复合材料内面板设置在金字塔型点阵芯子内并与金字塔型点阵芯子的内圆周壁相贴紧，复合材料外面板设置在金字塔型点阵芯子外并与金字塔型点阵芯子的外圆周壁相贴紧。一种复合材料金字塔型点阵夹芯壳的制备方法，所述制备方法是按照以下步骤实现的：步骤一：首先使用专业画图软件，在矩形状的编织预浸料内绘制出若干个梯形，每列梯形之间的间距等于专用模具中两个相邻的内芯子条之间的弧长；步骤二：其次将多层矩形状的编织预浸料叠加铺设，采用数控预浸料切割机按照步骤一中绘制完毕的若干个梯形逐一进行切割，使得每层矩形状的预浸料上加工出若干个梯形孔；步骤三：清洗专用模具中上模具和下模具中每个模体的外表面，然后将脱模剂涂抹在每个模体的外表面上，将步骤二中加工完毕的多层矩形状的编织预浸料摆放在专用模具中的下模具上，加盖上模具使多层矩形状的编织预浸料弯制成圆弧形；步骤四：采用热压法进行固化，将带有编织预浸料的专用模具放置在热压罐内，使其固化，热压罐内部的固化温度为100～200℃，固化压力为0.5～2Mpa，固化时间为1～3小时；步骤五：进行脱模工作，对步骤四中获得的加工件进行打磨，得到1/3芯子，重复操作步骤四分别得出另外两个1/3芯子，用胶膜及增强片将3个1/3芯子连接形成金字塔型点阵芯子；步骤六：利用内面板用模具制备复合材料内面板，利用外面板用模具制备金字塔型点阵芯子；步骤七：使用胶膜将金字塔型点阵芯子与复合材料内面板、复合材料外面板进行粘接，形成复合材料金字塔型点阵夹芯壳。本专利技术与现有技术相比的有益效果：本专利技术是在成块预浸料上加工梯形孔，制备过程简单，填装方便，当一个人进行固化前准备工作仅需五分钟，脱模工作仅需七分钟，手工操作时间仅为现有技术的1/10，工作效率得到有效提升。本专利技术在质量上，复合材料金字塔型点阵夹芯壳与其他现有结构相比可以更加轻量化；本专利技术在结构上，可以使空间贯通，便于导热、通气和传热功能的实现而且可以增强芯子与面板间结合能力，提高轴向承载能力，并且制备工艺手工操作少，制备过程短。制备过程短。本专利技术能够实现纯机械化生产，适用范围广泛，适用于实验室研究及工厂批量生产中。附图说明图1是本专利技术中矩形状的预浸料上加工出若干个梯形孔的主视结构示意图；图2是专用模具的主视结构示意图；图3是下模具8的立体结构示意图；图4是上模具7的立体结构示意图；图5是金字塔型点阵芯子1的立体结构示意图；图6是金字塔型点阵结构单胞6的主视结构示意图。具体实施方式具体实施方式一：结合图2、图3、图4、图5和图6说明本实施方式，本实施方式中包括金字塔型点阵芯子1、复合材料内面板和复合材料外面板；所述金字塔型点阵芯子1包括N个内芯子条4、N个外芯子条5、多个金字塔型点阵结构单胞6，所述N个内芯子条4和N个外芯子条5交错排列形成圆筒形，N个内芯子条4靠近圆筒形的中心轴线设置，N个外芯子条5远离圆筒形的中心轴线设置，每个内芯子条4和其相邻的外芯子条5之间沿圆筒形的轴向方向排列有多个金字塔型点阵结构单胞6，每个金字塔型点阵结构单胞6为四根杆件首尾顺次连接形成梯形的一体件，复合材料内面板和复合材料外面板均为筒形结构，复合材料内面板设置在金字塔型点阵芯子1内并与金字塔型点阵芯子1的内圆周壁相贴紧，复合材料外面板设置在金字塔型点阵芯子1外并与金字塔型点阵芯子1的外圆周壁相贴紧。本实施方式中N的取值与金字塔型点阵结构单胞6的个数根据不同类型的复合材料金字塔型点阵夹芯壳的设计要求具体设定，N的最佳取值为15，金字塔型点阵结构单胞6的最优个数为108个。每个金字塔型点阵结构单胞6的重量轻，且结构简单，易于加工。本专利技术中的复合材料金字塔型点阵夹芯壳为整体结构，金字塔型点阵芯子1与复合材料内面板和复合材料外面板均是单独成型，如此设置使复合材料金字塔型点阵夹芯壳在制备过程中整体结构具有足够的压力，金字塔型点阵芯子1的承载能力比现有技术强，易脱模且成品率也高。具体实施方式二：结合图6说明本实施方式，本实施方式中每个金字塔型点阵结构单胞6包括长杆6-1、短杆6-2和两个连接杆6-3，所述长杆6-1和短杆6-2相互平行，所述长杆6-1和短杆6-2之间通过两个连接杆6-3连接形成梯形孔结构，处于每个内芯子条4和其相邻的外芯子条5之间的多个金字塔型点阵结构单胞6中的多个短杆6-2从上到下交错设置，每个金字塔型点阵结构单胞6中的长杆6-1与其相邻的两个金字塔型点阵结构单胞6中短杆6-2处于同一直线上。其他未提及的结构及连接关系与具体实施方式一相同。具体实施方式三：结合图2、图3、图4和图5说明本实施方式，本实施方式中每个每个金字塔型点阵结构单胞6的外表面与复合材料外面板相粘接，每个金字塔型点阵结构单胞6的内表面与复合材料内面板相粘接。本实施方式中每个金字塔型点阵结构单胞6的内表面与复合材料内面板通过树脂胶接，每个金字塔型点阵结构单胞6的外表面与复合材料外面板通过树脂胶接。其他未提及的结构及连接关系与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式中所述复合材料内面板为树脂基碳纤维增强复合材料制成的内面板；所述复合材料外面板为树脂基碳纤维增强复合材料制成的外面板。其他未提及的结构及连接关系与具体实施方式三相同。具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式中所述方法包括以下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料金字塔型点阵夹芯壳，其特征在于：它包括金字塔型点阵芯子(1)、复合材料内面板和复合材料外面板；所述金字塔型点阵芯子(1)包括N个内芯子条(4)、N个外芯子条(5)、多个金字塔型点阵结构单胞(6)，所述N个内芯子条(4)和N个外芯子条(5)交错排列形成圆筒形，N个内芯子条(4)靠近圆筒形的中心轴线设置，N个外芯子条(5)远离圆筒形的中心轴线设置，每个内芯子条(4)和其相邻的外芯子条(5)之间沿圆筒形的轴向方向排列有多个金字塔型点阵结构单胞(6)，每个金字塔型点阵结构单胞(6)为四根杆件首尾顺次连接形成梯形的一体件，复合材料内面板和复合材料外面板均为筒形结构，复合材料内面板设置在金字塔型点阵芯子(1)内并与金字塔型点阵芯子(1)的内圆周壁相贴紧，复合材料外面板设置在金字塔型点阵芯子(1)外并与金字塔型点阵芯子(1)的外圆周壁相贴紧。

【技术特征摘要】
1.一种复合材料金字塔型点阵夹芯壳，其特征在于：它包括金字塔型点阵芯子(1)、复合材料内面板和复合材料外面板；所述金字塔型点阵芯子(1)包括N个内芯子条(4)、N个外芯子条(5)、多个金字塔型点阵结构单胞(6)，所述N个内芯子条(4)和N个外芯子条(5)交错排列形成圆筒形，N个内芯子条(4)靠近圆筒形的中心轴线设置，N个外芯子条(5)远离圆筒形的中心轴线设置，每个内芯子条(4)和其相邻的外芯子条(5)之间沿圆筒形的轴向方向排列有多个金字塔型点阵结构单胞(6)，每个金字塔型点阵结构单胞(6)为四根杆件首尾顺次连接形成梯形的一体件，复合材料内面板和复合材料外面板均为筒形结构，复合材料内面板设置在金字塔型点阵芯子(1)内并与金字塔型点阵芯子(1)的内圆周壁相贴紧，复合材料外面板设置在金字塔型点阵芯子(1)外并与金字塔型点阵芯子(1)的外圆周壁相贴紧。2.根据权利要求1所述的一种复合材料金字塔型点阵夹芯壳，其特征在于：每个金字塔型点阵结构单胞(6)包括长杆(6-1)、短杆(6-2)和两个连接杆(6-3)，所述长杆(6-1)和短杆(6-2)相互平行，所述长杆(6-1)和短杆(6-2)之间通过两个连接杆(6-3)连接形成梯形孔结构，处于每个内芯子条(4)和其相邻的外芯子条(5)之间的多个金字塔型点阵结构单胞(6)中的多个短杆(6-2)从上到下交错设置，每个金字塔型点阵结构单胞(6)中的长杆(6-1)与其相邻的两个金字塔型点阵结构单胞(6)中短杆(6-2)处于同一直线上。3.根据权利要求1或2所述的一种复合材料金字塔型点阵夹芯壳，其特征在于：每个金字塔型点阵结构单胞(6)的外表面与复合材料外面板相粘接，每个金字塔型点阵结构单胞(6)的内表面与复合材料内面板相粘接。4.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兵，周磊，王世勋，吴林志，马力，张东兴，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23