一种泡沫夹层结构复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种泡沫夹层结构复合材料及其制备方法，该复合材料中泡沫芯材设置在上蒙皮和下蒙皮间；设置在泡沫芯材内的一组拉挤杆的一端与上蒙皮连接，另一端与下蒙皮连接并构成米字型结构，且相邻两米字型结构间设有连接上蒙皮和下蒙皮的拉挤杆。在这种夹层材料中，无数pin置于泡沫基体中形成空间网架结构，不仅提高了蒙皮与芯材的结合力，而且由于网架结构的几何特性，可以大幅度提高抗剪切刚度等性能。可应用于对刚度和重量要求高的飞行器构件，如壁板、翼面、尾梁及其它主承力结构等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种泡沫复合材料，具体地说是。
技术介绍
闭孔硬质泡沫作芯材的复合材料夹层板在受热情况下具有很好的尺寸稳定性，并具有良好的耐化学腐蚀性能，因而被广泛用于航空、航天和航海等领域。闭孔硬质泡沫的主要缺点是其刚度和强度均比蜂窝芯材低(包括NOMEX纸质蜂窝)，因此用它作芯材的复合材料夹层板拉伸、压缩、剪切以及弯曲强度和刚度都要低于相同芯材密度的蜂窝夹层板。同时由于没有横向增强，面板和芯材很容易发生脱粘破坏，特别是在冲击载荷作用下，面板和芯材很容易发生脱粘和分层，进而引起灾难性的后果。这些缺点限制了泡沫夹层材料用在飞机主承力结构上，比如机身和机翼等关键部位。可见发展一种有效的横向增强技术是十分必要的。基于泡沫夹层结构的上述缺点，国外学者提出了不少方法以增强其沿厚度方向的性能，其中尤以缝纫和Z-Pin增强最具代表性。大量研究表明缝纫能够显著地提高泡沫夹层结构抵抗分层破坏的能力，特别是能够有效地阻止夹层板的I型断裂。但缝纫技术存在着自身的缺陷缝纫增强技术会在缝线针孔附近靠近两端表面处形成富树脂区，这个富树脂区的存在，会造成层压板表面树脂含量过高，表面容易吸湿并产生微裂纹，成为破坏的初始损伤源。另外，缝纫会增加面板厚度，使面板纤维含量变低，降低层合板的刚度和强度。基于上述原因，Z-Pin增强技术成为近几年国内外研究的热点。Z-Pin增强技术是将纤维复合材料拉挤杆(即Pin)以一定角度植入泡沫形成三维桁架芯材结构，在固化过程中Pin两端嵌入蒙皮形成机械连接。Z-Pin夹层结构有以下突出优点(1)夹层结构的复合材料蒙皮直接与嵌入蒙皮的Pin共固化，无需胶膜，既简化了工艺又提高了强度且降低了重量；(2)Pin构成的三维桁架具有很高的结构效率；(3)由于Pin 的角度和密度均可以设计，夹层结构有更大的设计自由度，实现局部高承载。Z-Pin增强技术应用最多的是X-cor夹层结构，虽然X_cor夹层结构有很多的优点，但是在对刚度和重量要求高的飞行器构件上使用能存在强度不够，芯材与表层易脱落的不足。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供，该泡沫夹芯结构复合材料具有质量轻、高抗剥离性能和板面法向强度高等特性，可应用于对刚度和重量要求高的飞行器构件，如壁板、翼面、尾梁及其它主承力结构等。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的一种泡沫夹层结构复合材料，其特征在于该复合材料包括上蒙皮、下蒙皮、泡沫芯材和拉挤杆，泡沫芯材设置在上蒙皮和下蒙皮间；设置在泡沫芯材内的一组拉挤杆的一端与上蒙皮连接，另一端与下蒙皮连接并构成米字型结构，且相邻两米字型结构间设有连接上蒙皮和下蒙皮的拉挤杆。本专利技术所述拉挤杆为碳纤维针、玻璃纤维针、钛针、铝合金针或不锈钢针中的一种，直径为0. 2-0. 9mm。所述碳纤维针、玻璃纤维针经过树脂预浸后固化，树脂的体积含量在 40-60%。所述拉挤杆端部为削尖状。所述拉挤杆在固化过程中两端嵌入上蒙皮和下蒙皮为机械连接。所述泡沫芯材为聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺或聚甲基丙烯酰亚胺材料中的一种。一种泡沫夹层结构复合材料的其制备方法，其特征在于该制备方法包含以下工序1)将泡沫芯材切割成型；2)将拉挤杆成米字型植入泡沫芯材内，相邻两米字型结构间设置竖直布置的拉挤杆， 且拉挤杆的两端伸出泡沫芯材外；3)在泡沫芯材上侧铺设上蒙皮，在泡沫芯材下侧铺设下蒙皮；4)采用真空袋固化工艺成型，得到泡沫夹层结构复合材料。本专利技术中，复合材料中的pin (拉挤杆)连接并支撑上下蒙皮，该拉挤杆结构与上下面板的增强材料和基体是连通的，在同一个工艺过程中成型而构成一个整体，没有界面无需胶膜。在这种夹层材料中，无数Pin置于泡沫基体中形成空间网架结构，不仅提高了蒙皮与芯材的结合力，而且由于网架结构的几何特性，可以大幅度提高抗剪切刚度等性能。本专利技术复合材料具有质量轻、高抗剥离性能和板面法向强度高等特性，可应用于对刚度和重量要求高的飞行器构件，如壁板、翼面、尾梁及其它主承力结构等。本专利技术pin采用混合排列方式植入泡沫芯材，在这种夹层材料中，无数pin置于泡沫基体中形成空间网架米字型结构，不仅提高了蒙皮与芯材的结合力，而且由于网架结构的几何特性，可以大幅度提高抗剪切刚度等性能。可应用于对刚度和重量要求高的飞行器构件，如壁板、翼面、尾梁及其它主承力结构等。本专利技术中，米字型结构比pin以单一角度植入泡沫型材的X型结构，有更加优异的机械强度，拓宽了夹芯泡沫结构复合材料的应用范围。为夹芯泡沫结构复合材料研究和性能改善提供了新的路径。附图说明图1为本专利技术所述泡沫夹层结构复合材料的结构示意图。图2为蒙皮真空固化工艺曲线图。具体实施例方式实施例1一种泡沫夹层结构复合材料，见图1，该复合材料包括上蒙皮1、下蒙皮2、泡沫芯材3和拉挤杆4，泡沫芯材3设置在上蒙皮1和下蒙皮2间；设置在泡沫芯材3内的一组拉挤杆4 的一端与上蒙皮1连接，另一端与下蒙皮2连接并构成米字型结构，且相邻两米字型结构间设有连接上蒙皮1和下蒙皮2的拉挤杆4。一种泡沫夹层结构复合材料的其制备方法，包含以下工序芯材选用密度为50kg/m3的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，在专用工装上将pin以垂直于泡沫表面和一定角度的混合方式植入泡沫芯材形成米字型结构，垂直于泡沫表面Pin的植入密度为5mmX 5mm，一定角度pin采用与泡沫表面成45°的方式，植入密度IOmmX 10mm。上下蒙皮采用单层厚度为0. 15 mm的玻璃纤维环氧树脂织物预浸料，采用3层铺层。要求pin 要嵌人第一层铺层，保证Pin与铺层的良好结合。采用真空固化工艺，固化工艺曲线如图2。 固化降温后得到米字型结构泡沫夹芯结构复合材料，根据Pin居中、对称的原则，试样尺寸选取如下平压试样为60mmX 65mm ；剪切试样为60 mmX ；弯曲试样为60 mmX285mm0经测试抗压模量238. 8MPa ；剪切强度29. 88MPa ；弯曲强度456Mpa。 实施例2芯材选用密度为50kg/m3的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，在专用工装上将pin与泡沫表面成45°的方式，植入密度IOmmX 10mm。上下蒙皮采用单层厚度为0. 15 mm的玻璃纤维环氧树脂织物预浸料，采用3层铺层。要求pin要嵌人第一层铺层，保证pin与铺层的良好结合。采用真空固化工艺，固化工艺曲线如图2。固化降温后得到米字型泡沫夹芯结构复合材料，根据Pin居中、对称的原则，试样尺寸选取如下平压试样为60mmX65mm ；剪切试样为 60 mmX285mm ；弯曲试样为 60 mmX285mm。经测试抗压模量65. 6MPa ；剪切强度6. 87MPa ；弯曲强度255Mpa。对比实施例1芯材选用密度为50kg/m3的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，不用pin进行增强，上下蒙皮采用单层厚度为0.15 mm的玻璃纤维环氧树脂织物预浸料，采用3层铺层。要求pin要嵌人第一层铺层，保证Pin与铺层的良好结合。采用真空固化工艺，固化工艺曲线如图2。固化降温后得到泡沫夹芯结构复合材料，试样尺寸选取如下平压试样为60mmX65mm ；剪切试样为 60 mmX285 mm ；弯曲试样为 60mmX285mm。经测试抗压模量18. 9MPa ；剪切强度2. 34MPa ；弯曲强度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁平才，阮诗平，
申请(专利权)人：镇江育达复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：