一种仿生纤维复材夹芯复合板及制备方法技术

本发明专利技术提供一种仿生纤维复材夹芯复合板及制备方法，复合板包括上、下层面板和中间芯层板，所述的上、下层面板为纤维增强树脂复材板，中间芯层板为梯度孔结构的泡沫金属板，上、下层面板与中间芯层板通过树脂胶膜粘结成一个整体结构；所述的纤维增强树脂复材板由数层浸渍有树脂的仿生纤维布叠层热压制成，所述的仿生纤维布是基于鸮类羽毛中的夹角编织。本发明专利技术从自然界鸮类羽毛的分支复合结构的轻质高强性能获得启发，上、下层采用仿鸮类羽毛编织的纤维增强树脂复材板，可以在材料使用时防止应力过度集中，夹芯层为梯度孔结构的泡沫金属板，一定程度上减轻了夹芯复合板的重量，在保证使用质量和性能要求的同时减少了材料的消耗。耗。耗。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生纤维复材夹芯复合板及制备方法


[0001]本专利技术涉及一种仿生复合板，特别涉及一种仿生纤维复材夹芯复合板及制备方法。

技术介绍

[0002]在航空航天、汽车、建筑、运输等领域应用的工程材料普遍要求具有轻质高强、多功能一体化等特性，纤维增强树脂复合材料和泡沫金属材料兼具低密度、高比强度、高抗弯曲和抗冲击性能等优点，因此受到广泛关注。将二者结合而制成的泡沫夹芯复合板，即上下表层为纤维增强树脂复合材料、中间层芯材为泡沫金属的“三明治”结构在减轻重量增加抗弯曲性能方面的优势明显。
[0003]研究表明，纤维增强树脂复合材料能够通过形成微裂纹、纤维破坏、分层和劈裂等多种破坏机制吸收能量来提高抗弯、抗冲击性能。并且这些机制与纤维的组成、排列方式和纤维布的编织方式关系密切。现有的纤维增强树脂复合材料在结构强度、抗弯、抗冲击性能仍有较大提升空间，这是作为面材的纤维复合材料面临需要解决的问题。由于泡沫夹层复合板在受到弯曲载荷或冲击载荷作用时，作为芯材的泡沫金属内部的应力分布并非均匀等值的，因此要求芯材根据应力的实际分布状态进行设计和制备。目前芯材一般采用孔径均一、孔分布均匀的泡沫金属，而孔结构与应力分布良好的对应才能充分适应应力分布，这是作为芯材的泡沫金属面临需要解决的问题。只有作为面材的纤维复合材料和作为芯材的泡沫金属都具备良好的性能，才能有效提升夹层复合板的抗弯曲、抗冲击性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决上述技术问题，提升夹芯复合板的抗弯曲、缓冲吸能性能，模仿鸮类羽毛具有的独特的分支复合结构，提供一种仿生纤维复材夹芯复合板及制备方法。
[0005]本专利技术基于鸮类羽毛独特的复合结构提供一种仿生纤维复材夹芯复合板，包括上、下层面板和中间芯层板，所述的上、下层面板为纤维增强树脂复材板，中间芯层板为梯度孔结构的泡沫金属板，上、下层面板与中间芯层板通过树脂胶膜粘结成一个整体结构；
[0006]所述的纤维增强树脂复材板由数层浸渍有树脂的仿生纤维布叠层热压制成，所述的仿生纤维布是基于鸮类羽毛中的一个特定夹角编织，由经向纤维束与纬向纤维束通过横向辅助编织条编织而成，经向纤维束与纬向纤维束之间的夹角为
±
25
°
；
[0007]所述的泡沫金属板为梯度孔结构的泡沫金属板，孔径尺寸按照厚度方向呈梯度变化，函数关系为：
[0008]D
n
＝α+(1.5
±
0.15)(n
‑
1)
[0009]其中D
n
为第n层泡沫金属板孔的直径，单位为mm；α为第一层孔的直径，α取1.2
±
0.1mm；n为孔的层数，n＝1,2,3,4,5。
[0010]面板厚度与中间芯层板厚度关系为：
[0011]b2＝8.3b1
[0012]其中b1为面板厚度，b2为中间芯层板厚度。
[0013]进一步的，所述纤维增强树脂复材板的经向纤维束的宽度为2.5mm，纬向纤维束的宽度为0.5mm。所述的树脂为热固性环氧树脂；所述的纤维为碳纤维，纤维重量的百分比含量为纤维增强树脂复材板的50％
‑
60％；纤维增强树脂复材板的厚度为2
‑
3mm；所述的辅助编织条为聚酯纤维。
[0014]进一步的，所述泡沫金属板的孔隙率为60％
‑
75％；泡沫金属板为开孔泡沫镁合金或泡沫铝合金。
[0015]本专利技术提供的一种仿生纤维复材夹芯复合板的制备方法，包括以下步骤：
[0016](1)制备纤维增强树脂板材：
[0017]将经向纤维束与纬向纤维束通过横向辅助编织条编织成仿生纤维布，经向纤维束与纬向纤维束之间的夹角为
±
25
°
；将仿生纤维布浸润到树脂中50
‑
60分钟制成预浸料备用，将数层纤维布预浸料层层叠放平铺于模具中，在120
‑
170℃和1.2
‑
1.3MP下进行固化处理3
‑
5h，得到纤维增强树脂板材；
[0018](2)制备泡沫金属板：
[0019]将氯化钙颗粒进行筛分，按照D
n
＝α+(1.5
±
0.15)(n
‑
1)选出每层对应孔径尺寸的氯化钙颗粒，其中D
n
为第n层泡沫金属板孔的直径，单位为mm；α为第一层孔的直径，α取1.2
±
0.1mm；n为孔的层数，n＝1,2,3,4,5。
[0020]按照梯度尺寸从上到下由小到大的孔径排列氯化钙颗粒，然后在600
‑
700℃高温下烧结10
‑
12小时制成氯化钙多孔预制体；
[0021]将氯化钙多孔预制体放置在模具中，将合金材料经过高温熔化成流体液态合金，然后将液态合金在30
‑
40KPa压力下渗入氯化钙多孔预制体中，降至室温后获得氯化钙/金属复合体；
[0022]将氯化钙/金属复合体中的氯化钙清除，制备出梯度孔的泡沫金属板；
[0023](3)制备仿生纤维复材夹芯复合板：
[0024]将纤维增强树脂板材和泡沫金属板加工成所需的形状和尺寸；
[0025]将泡沫金属板涂覆环氧树脂胶，放置于上层纤维增强树脂板材和下层纤维增强树脂板材之间，压合固定制成仿生纤维复材夹芯复合板。
[0026]进一步的，步骤(1)中所述纤维增强树脂复材板的经向纤维束的宽度为2.5mm，纬向纤维束的宽度为0.5mm；所述的树脂为热固性环氧树脂；所述的纤维为碳纤维，纤维重量的百分比含量为纤维增强树脂复材板的50％
‑
60％；所述的辅助编织条为聚酯纤维。。
[0027]进一步的，步骤(2)中所述合金材料为铝合金和镁合金的一种。
[0028]进一步的，步骤(3)中面层纤维增强树脂复材板的厚度为2
‑
3mm，面层纤维增强树脂板材厚度与中间芯层泡沫金属板厚度关系为：
[0029]b2＝8.3b1
[0030]其中b1为面板厚度，b2为中间芯层板厚度。
[0031]本专利技术的有益效果：
[0032]本专利技术从自然界鸮类羽毛的分支复合结构的轻质高强性能获得启发，设计出一种仿生复合结构板。上表面和下表面两层为仿鸮类的羽毛的纤维增强树脂板材，中间夹芯层为梯度孔结构的泡沫金属，梯度孔以一定方式进行过渡，在刚度、强度、吸收能量以及整体
性能方面均有显著提升。
[0033]本专利技术在表面层与夹芯层的粘结工艺方面将夹芯层金属泡沫板涂覆树脂胶膜与上、下表层固化连接，使得表层与夹芯层在接触时可以很好地融合，提高了材料的使用寿命。
[0034]本专利技术在上、下表层采用仿鸮类羽毛编织的纤维增强树脂复材板，可以在材料使用时防止应力过度集中，在使用过程中使应力均匀分布在材料各处；同时纤维编织时存在一定角度，在一定程度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生纤维复材夹芯复合板，包括上、下层面板和中间芯层板，其特征在于：所述的上、下层面板为纤维增强树脂复材板，中间芯层板为梯度孔结构的泡沫金属板，上、下层面板与中间芯层板通过树脂胶膜粘结成一个整体结构；所述的纤维增强树脂复材板由数层浸渍有树脂的仿生纤维布叠层热压制成，所述的仿生纤维布由经向纤维束与纬向纤维束通过横向辅助编织条编织而成，经向纤维束与纬向纤维束之间的夹角为
±
25
°
；所述的泡沫金属板为梯度孔结构的泡沫金属板，孔径尺寸按照厚度方向呈梯度变化，函数关系为：D
n
＝α+(1.5
±
0.15)(n
‑
1)其中D
n
为第n层泡沫金属板孔的直径，单位为mm；α为第一层孔的直径，α取1.2
±
0.1mm；n为孔的层数，n＝1,2,3,4,5。2.根据权利要求1所述的一种仿生纤维复材夹芯复合板，其特征在于：所述纤维增强树脂复材板的经向纤维束的宽度为2.5mm，纬向纤维束的宽度为0.5mm，所述的树脂为热固性环氧树脂；所述的纤维为碳纤维，纤维重量的百分比含量为纤维增强树脂复材板的50％
‑
60％；纤维增强树脂复材板的厚度为2
‑
3mm；所述的辅助编织条为聚酯纤维。3.根据权利要求1所述的一种仿生纤维复材夹芯复合板，其特征在于：所述泡沫金属板的孔隙率为60％
‑
75％；泡沫金属板为开孔泡沫镁或泡沫铝。4.根据权利要求1所述的一种仿生纤维复材夹芯复合板，其特征在于：上下层面板厚度与中间芯层板厚度关系为：b2＝8.3b1其中b1为面板厚度，b2为中间芯层板厚度。5.一种仿生纤维复材夹芯复合板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)制备纤维增强树脂板材：将经向纤维束与纬向纤维束通过横向辅助编织条编织成仿生纤维布，经向纤维束与纬向纤维束之间的夹角为
±
25
°
；将仿生纤维布浸润到树脂中50
‑
60分钟制成预浸料备用，将数层纤维布预浸料层层叠放平铺于模具中，在120
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘家安，王博，刘欣静，常云飞，姜宇航，罗茁文，方颖劲，韩志武，董智强，
申请(专利权)人：吉林大学威海仿生研究院，
类型：发明
国别省市：