一种预浸织物的折叠结构及其成型方法技术

本发明专利技术涉及一种预浸织物的折叠结构及其成型方法，属于复合材料及其成型技术领域。本发明专利技术通过将预浸了热固性树脂的织物手工或机械压制折痕，进行折叠后预固化拉伸，形成单元格和折叠角参数可变的折叠结构。该结构具有多层次、轻量化、参数设计性强、三维刚度可调、整体结构通透的特点，且选材自由，制备工艺简单，是一种新型的结构化的复合材料结构或其夹芯材料，可广泛应用于轻质、双向加强、抗损毁的结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于复合材料及其成型
，涉及。
技术介绍
夹芯“三明治”(Sandwich)结构是由两块高强度 的上下蒙皮和充填其中的轻质芯材所组成。夹芯结构一般是通过粘结剂将上下蒙皮和芯材粘结成整体，或直接通过模压或注塑获得。在受力特征上，当夹芯结构承受弯曲载荷时，上蒙皮被拉伸，下蒙皮被压缩，芯材传递剪切力。从力学角度分析，夹芯结构与工字梁相似，上下蒙皮相当于工字梁的上下凸缘，芯材相当于工字梁的腹板。与工字梁不同的是，夹芯结构中的芯材与面板不是同一种性质的材料，芯材是分散的，而不是集中在腹板上。由于轻质芯材的高度比面板高出几倍，剖面的惯性距随之成四次方比增大，因而夹芯结构有芯材的支持稳定性大幅提升。在此类结构中，面板可以很薄，与实心结构相比要轻得多且刚度大，减重效果极为明显，因而是一种高效的结构材料。此类结构目前已被广泛应用于航空、航天、船舶、汽车及建筑等领域。蜂窝夹芯结构是目前应用最为广泛的夹芯结构，蜂窝芯材的力学性能不仅与其材料相关，而且与其几何形状密切相关。根据芯材的几何形状，蜂窝芯材可以分为六边形蜂窝、菱形蜂窝、矩形蜂窝、五角形蜂窝等；根据蜂窝芯材的材料，蜂窝可以分为纸蜂窝、金属蜂窝、聚合物蜂窝、陶瓷蜂窝等新型人造蜂窝。蜂窝夹芯结构自问世以来，由于其具有比刚度大、比强度高等优异的力学性能，因而在航空航天等诸多高端领域得到较为广泛的应用。但随着对飞机经济性和安全性要求的提高，蜂窝结构的一些缺点也慢慢凸显。首先，蜂窝结构的制备工艺复杂，环境污染大，工艺成本和资源成本较高。以航空级纸蜂窝制备为例，其一般的工艺为卷纸上架-联机-设备(烘箱)升温-调节胶条状态-刷胶-收纸-热压粘接-拉伸-浸胶-固化-修边切割-检验-成品，该工艺流程长，且在浸胶过程中需要使用溶剂，环境污染大。其次，蜂窝与面板的粘接强度不高，全寿命耐久性性较差，结构的维护成本高。最后，由于蜂窝结构一般为闭合的结构，即结构不通透，此类结构在使用过程中一旦破损容易产生积水，造成材料性能急剧劣化，结构承载效能降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是设计并制备一种环境污染小、工艺成本和资源成本较低、在使用过程中一旦破损不易产生积水的预浸织物的折叠结构及其成型方法。本专利技术的技术方案是所述的，其特征在于，该预浸织物折叠结构的制备步骤如下(I)准备预浸织物，预浸织物由织物和热固性树脂组成，织物可以为碳纤维织物、玻璃纤维织物、芳纶纤维织物、植物纤维织物或混杂纤维织物，织物的形式可为平纹织物、斜纹织物或缎纹织物，热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、不饱和聚酯树脂，氰酸酯树脂或苯并噁嗪树脂，织物的面密度为10g/m2至1000g/m2，织物中树脂的重量百分数为30%至50% ；(2)压制折痕，根据经向单元格尺寸和纬向单元格尺寸，手工或机械压制折痕，折痕包括斜向下折痕，斜向上折痕，经向上折痕和经向下折痕；(3)织物折叠，在织物的经向和纬向施加压力，使织物沿上折痕向上折叠，沿下折痕向下折叠，形成折叠体；(4)折叠体预固化，将折叠体在烘箱或烘道中进行预固化，使折叠体中树脂的预固化度不大于0. I至0. 5，预固化后预浸织物的玻璃化转变温度为T1 ；(5)调整折叠结构参数，将预固化的预浸织物加热到T1以上5°C至10°C，在预固化后的预浸织物的经向和纬向施加拉力，调整折叠结构的经向夹角和纬向夹角，经向夹角的 范围为5度至85度，纬向夹角的范围为5度至85度；(6)折叠结构固化，将调整完参数的织物预浸结构在模具或其它预加张力的设备上按树脂原有固化工艺固化，获得预浸织物折叠结构。所述的，其特征在于，经向单元格的尺寸为5mm至5000mm，纬向单元格的尺寸为5mm至5000mm，经向单元格与纬向单元格的尺寸比例为I : 20至20 I。所述的，其特征在于，折叠结构可以是经向单元格尺寸、纬向单元格尺寸、经向夹角和纬向夹角相同的多层折叠结构的叠合结构。所述的多层折叠结构的叠合结构，其特征在于，多层折叠结构的叠合结构可采用共固化或共胶结的工艺制备，共固化需要施加0. IMPa至0. 7MPa的压力，共胶结选用其最终玻璃化转变温度大于预浸织物中树脂最终玻璃化转变温度5°C以上的胶膜。本专利技术的优点是本专利技术的结构设计特点及结构优点在于，它通过将预浸了热固性树脂的织物手工或机械压制折痕，进行折叠后预固化拉伸，形成单元格和折叠角参数可变的折叠结构。该结构因由折叠工艺制备而具有多层次、轻量化的特性。另一方面，因单元格和折叠角参数可设计，具有设计性强、三维刚度可调的特点。从整体上将，该结构整体通透，且选材自由，制备工艺简单，是一种新型的结构化的复合材料结构或其夹芯材料，可广泛应用于轻质、双向加强、抗损毁的结构。本专利技术提出的，其基本思想是从平面预浸织物出发，通过简单的折叠变形工艺而形成一种三向均有可调刚度的结构。该折叠变形工艺适用于各种易于变形折叠的预浸织物，同时能提供广阔的结构参数及性能调整空间。更重要的是，这种折叠工艺形成的结构具有整体通透的特点，可以有效解决结构服役过程中因破损积水而导致的安全性降低的问题。附图说明图I是本专利技术折痕示意图；图2是本专利技术完成折叠折痕的单元格示意图。具体实施方式下面对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术，其制备步骤如下(I)准备预浸织物，预浸织物由织物和热固性树脂组成，织物可以为碳纤维织物、玻璃纤维织物、芳纶纤维织物、植物纤维织物或混杂纤维织物，织物的形式可为平纹织物、斜纹织物或缎纹织物，热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、不饱和聚酯树脂，氰酸酯树脂或苯并噁嗪树脂，织物的面密度为10g/m2至1000g/m2，织物中树脂的重量百分数为30%至50% ；(2)压制折痕，根据经向单元格尺寸I和纬向单元格尺寸2，手工或机械压制折痕，折痕包括斜向下折痕3，斜向上折痕4，经向上折痕5和经向下折痕6 ；(3)织物折叠，在织物的经向和纬向施加压力，使织物沿上折痕向上折叠，沿下折痕向下折叠，形成折叠体； (4)折叠体预固化，将折叠体在烘箱或烘道中进行预固化，使折叠体中树脂的预固化度不大于0. I至0. 5，预固化后预浸织物的玻璃化转变温度为T1 ；(5)调整折叠结构参数，将预固化的预浸织物加热到T1以上5°C至10°C，在预固化后的预浸织物的经向和纬向施加拉力，调整折叠结构的经向夹角7和纬向夹角8，经向夹角7的范围为5度至85度，纬向夹角的范围为5度至85度；(6)折叠结构固化，将调整完参数的织物预浸结构在模具或其它预加张力的设备上按树脂原有固化工艺固化，获得预浸织物折叠结构。本专利技术通过将预浸了热固性树脂的织物手工或机械压制折痕，进行折叠后预固化拉伸，形成单元格和折叠角参数可变的折叠结构。该结构具有多层次、轻量化、参数设计性强、三维刚度可调、整体结构通透的特点，且选材自由，制备工艺简单，是一种新型的结构化的复合材料结构或其夹芯材料，可广泛应用于轻质、双向加强、抗损毁的结构。实施例I :采用CF3031/5228A碳纤维织物预浸料制备单层折叠结构，其具体步骤如下(I)准备CF3031/5228A预浸织物采用热溶法制备CF3031/5228A碳纤维预浸织物，碳纤维织物的面密度为220g/m2，织物中环氧5228A的重量百分数为38%。(2)压制折痕，将经向和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预浸织物的折叠结构及其成型方法，其特征在于，该预浸织物折叠结构的制备步骤如下 (A)准备预浸织物，预浸织物由织物和热固性树脂组成，织物可以为碳纤维织物、玻璃纤维织物、芳纶纤维织物、植物纤维织物或混杂纤维织物，织物的形式可为平纹织物、斜纹织物或缎纹织物，热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、不饱和聚酯树脂，氰酸酯树脂或苯并噁嗪树脂，织物的面密度为10g/m2至1000g/m2，织物中树脂的重量百分数为30%至50% ； (B)在织物上压制折痕，根据经向单元格尺寸(I)和纬向单元格尺寸(2)，手工或机械压制折痕，折痕包括斜向下折痕(3)，斜向上折痕(4)，经向上折痕(5)和经向下折痕(6)； (C)织物折叠，在织物的经向和纬向施加压力，使织物沿上折痕向上折叠，沿下折痕向下折叠，形成折叠体； (D)折叠体预固化，将折叠体在烘箱或烘道中进行预固化，使折叠体中树脂的预固化度不大于0. I至0. 5，预固化后预浸织物的玻璃化转变温度为T1 ； (E)调整折叠结构参数，将预固化的预浸织物加热到T1以上5°C至10°C，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明，益小苏，赵文明，安学锋，刘燕峰，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：