复合层压制品的芯部和其制造制造技术

本发明专利技术公开了一种复合层压制品的芯部，所述芯部包括具有夹心结构的片体，所述夹心结构包括一对外部泡沫主体和其间的中央结构插入物，所述结构插入物包括朝向所述片体的平面和所述片体的全厚度方向倾斜的部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用作复合层压制品的芯部的结构元件和制造复合层压制品的芯部的方法。本专利技术还涉及一种包括这种芯部的复合层压制品。特别地，本专利技术涉及适于制造诸如风力涡轮叶片、船体、甲板、舱壁、桥梁和人行道等大型结构的复合层压制品和其芯部。
技术介绍
一些纤维增强的复合材料部件包括夹在纤维增强的复合材料的外层之间的内部硬质泡沫芯。泡沫芯广泛用于制造纤维增强的塑料部件，通过利用作为结构芯的低密度芯材料分离作为结构表皮的两个纤维增强的层来增大最终制品的刚性。各纤维增强的层通过树脂材料层与低密度芯材料结合。这种结构在复合材料业中通常被称为夹心板。结构芯的主要功能是通过减少负荷下的总体变形和减少整个板翘曲的发生来增大两个纤维增强的层的分离，从而增大板刚性，并防止表皮起皱和局部翘曲。如通常在风力涡轮机壳中所见到的，为了防止由于剪切卷边和表皮起皱所引起的整个板的翘曲效应和局部翘曲效应，剪切模量是驱动芯部选择的主要工程性质。在诸如船体、桥梁和人行道等结构的情况下，显著的面负荷施加到板上。在这些情况下，剪切强度是驱动芯部选择的最主要的工程性质，其次通常是剪切模量。只有在可能施加垂直于板的点负荷的情况下，为了防止局部压裂故障模式，芯部的抗压强度通常才变得十分重要。需要考虑的典型情况会涉及吊点、 螺栓配合，或者板形成地面的一部分并承受行人或车辆负荷。常见的是加入高密度芯部或额外的材料来支撑这些局部负荷，从而将总重最小化。较高的压缩模量也可能有助于减少表皮起皱应力，但是对于大多数结构而言，剪切性质决定了结构芯的最小密度。通常，需要最大化给定密度的泡沫的机械性能，使得重量最轻的芯部能够被选择， 以在纤维增强的层之间传递结构负荷。芯部也必须与用于制造结构复合材料表皮的材料和制造方法兼容。为了实现良好的性能及良好的粘合，还要求使用最少量的树脂。用于制造芯部以形成夹心板的各种材料是已知的。这些材料可以具有不同的剪切模量和剪切强度。具有全厚度孔的蜂窝结构可由铝或芳族聚酰胺制成。虽然蜂窝结构具有剪切模量和剪切强度的最高特定性能，但是其难以加工。由于开孔的性质，也不能将蜂窝结构与诸如 VARTM(真空辅助树脂传递成型)等复合材料制造方法相结合，因为树脂易于充入孔。在需要最高性能的应用(例如采用纤维增强的预浸材料的航空和赛艇等应用)中，倾向于主要使用蜂窝结构。与蜂窝结构相比，具有不同性能的泡沫材料倾向于具有剪切模量和剪切强度的更低的特定性能。通常优选结构泡沫，这是因为它们具有性能和加工性方面的良好平衡。一些结构泡沫可被热成形，以改善与所需部件的配合并允许更容易的加工。随着泡沫将更为均勻的固化转移到模具与泡沫之间的层压件，两个表皮可被同时固化。目前在复合材料业中使用的具有最高机械性能和热性能的低密度结构泡沫(密度为50-600g/L)是交联的聚氯乙烯(PVC)泡沫、苯乙烯丙烯晴(SAN)泡沫和聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫。这些已知的泡沫是从批处理过程制造的，生产起来既耗时又昂贵。这些泡沫具有不同的交联度，使得它们更难以回收，因为它们不能再熔融加工，与真正的100% 的热塑性材料不同。由于它们倾向于从批处理过程制造，所以就平面形状和厚度而言，在从修整和加工成标准片体形式的过程中会产生废料。当纤维增强的复合材料的外层被预设为预浸料时，取决于泡沫类型，这些泡沫适于在75-160°C的温度下进行高温预浸料处理，其中在预浸料固化过程中，处理泡沫应该能够承受至少Ibar的真空压力长时间。其他这类已知泡沫可以用于在20-75°C的处理温度下的低温应用，例如使用树脂导注处理，这在制造诸如船体、甲板和舱壁的领域中是已知的。诸如聚苯乙烯和聚氨酯等较低成本的商品泡沫不具有特定的性能，如耐热性和耐化学品性，或者不能与用于制造热固性复合材料部件的某些树脂兼容。这些泡沫未被广泛采用，因为它们不能提供所需的性能。这些已知泡沫中的某些泡沫在高温处理过程中会释放气体，而气体可能会抑制预浸材料的固化，或者气体的压力在处理过程中会引起表皮的 “表皮脱落”。轻木(balsa wood)可以提供通常低于最佳蜂窝结构(例如金属的)但高于中低性能泡沫的剪切模量和剪切强度的特定性能。轻木是带孔的材料并具有在处理过程中吸收大量树脂的倾向，从而显著增加了重量和成本，这意味着不能实现较高的特定性能。在使用中，轻木倾向于腐烂，必须在处理前进行预处理以去除水分。如果将要使用预浸料，则由于夹带的水分可能会在高温下引起“表皮脱落”，所以进行预处理是十分重要的。对于降低复合材料层压制品的构造成本和部件重量存在普遍需求。当纤维增强的层将要与芯层结合时，必须在纤维增强的层中提供足够的树脂，使得能够与芯层完全结合。 本领域中要求泡沫芯与纤维增强的层在其间的界面上能够牢固可靠地结合，并且对于这种结合所需的树脂量最小，从而使得为实现提供特定机械性能的给定结构性能所需的重量和材料成本最小化。需要提供一种在预浸料处理中有助于去除空气的闭孔泡沫。需要提供一种可以在VARTM (真空辅助树脂传递成型)和RTM (树脂传递成型)过程中首先有助于去除空气、然后增大并分配树脂流以浸渍层压件但不吸收大量树脂的闭孔泡沫。此外，为了使操作者能够将泡沫填充到用于形成复合材料部件的模具中，泡沫芯件的大小受到泡沫制造方法和泡沫件的加工性的限制。越来越普遍的是，以加快组装的预加工形式提供泡沫芯。这些泡沫成套零件可以制作成具有自组装特征的泡沫零件拼图，如狗骨头或锯齿状边缘，以加快在模具内的组装并使芯部正确定位到复合模制品中。取决于芯部的复杂度，加工可能会导致相当量的泡沫材料被浪费。普遍需要在复合层压制品的制造中减少被浪费的泡沫芯材料的量。普遍需要增强泡沫的机械性能，但是仍然需要提供保持加工容易性的作为泡沫主体的材料。
技术实现思路
本专利技术的目的至少部分地在于满足复合材料领域中的上述需求中的一个或多个要求。 本专利技术提供了一种复合层压制品的芯部，所述芯部包括具有夹心结构的片体，所述夹心结构包括一对外部泡沫主体和其间的中央结构插入物，所述结构插入物包括朝向所述片体的平面和所述片体的全厚度方向倾斜的部分。 优选地，所述结构插入物以基本上之字形的方式延伸穿过所述芯部的全厚度。所述中央结构插入物优选具有延伸到各个外部泡沫主体的主外表面的突出部分。所述结构插入物可以包括带轮廓片体，所述带轮廓片体具有带三维轮廓的相对主表面。优选地，所述片体的每个主表面具有突起和凹陷的阵列。优选地，所述突起和凹陷呈大致棱锥形。所述大致棱锥形的突起和凹陷优选均具有彼此正交排列的倾斜侧面。所述的棱锥形形状被截端以形成平顶面。所述平顶面可以与所述芯部的外表面齐平。所述中央结构插入物可以包括连续的片体或具有多个通孔的片体。所述中央结构插入物可以包括热塑性塑料压制品。可选择地，所述中央结构插入物可以包括编织纤维的片体。优选地，所述纤维包括多根经向纤维和多根纬向纤维，每根纤维呈非线性纵向形状，并且具有朝向所述纤维的纵向方向倾斜的部分和交替倾斜的分段。在另一个实施方案中，所述中央结构插入物包括纤维补强件。所述中央结构插入物可以包括由第一组平行带子和第二组平行带子构成的网格，第一组和第二组彼此倾斜。 所述纤维补强件可以包括一个或多个预浸料层，所述预浸料层包括至少部分地用树脂浸渍的纤维。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种复合层压制品的芯部，所述芯部包括具有夹心结构的片体，所述夹心结构包括一对外部泡沫主体和其间的中央结构插入物，所述结构插入物包括朝向所述片体的平面和所述片体的全厚度方向倾斜的部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔·托马斯·琼斯，
申请(专利权)人：古瑞特英国有限公司，
类型：发明
国别省市：GB