一种含增强筋的夹芯结构复合材料及其制造方法技术

本发明专利技术介绍了一种含增强筋的夹芯结构复合材料及其制造方法，材料由内部芯材、增强筋、整体一次成型的纤维织物增强树脂复合材料层组成；内部芯材是压缩强度应大于0.5MPa的轻质浮力材料；增强筋由用胶粘剂与内部芯材连接在一起的轻质材料内模、包覆在轻质材料内模外表面的纤维织物层构成；纤维织物为玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉纤维、超高分子量聚乙烯纤维及玄武岩纤维等；树脂为聚酯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂及酚醛树脂等的固化物。本发明专利技术可以一次整体成型出既有增强筋又有夹芯结构的制品，可增加复合材料刚度的设计空间，减少后续二次加工；减少了制品出现缺陷的可能性；工艺几乎不产生有害气体挥发，可以保护人员健康。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种复合材料技术，特别是。
技术介绍
树脂基复合材料由于具有轻质、高强、耐水、耐化学腐蚀等优点，目前在航空、船舶、交通等多个领域具有广泛应用。然而，复合材料的弹性模量低于金属结构材料，如玻璃纤维复合材料的拉伸模量仅是合金钢的1/7左右，这就造成复合材料制品的刚度较小。为了增加复合材料制品的刚度，人们采用了两种方法对复合材料的结构进行了改进。一种方法是采用高强度桁条对复合材料薄板进行增强，以提高稳定性；另一种方法是设计出了夹芯结构复合材料，通过在上下面板之间设置蜂窝或泡沫，使得两个面板保持一定的距离，从而加大了截面的惯性矩，增加了复合材料的界面弯曲刚度。在采用高强度桁条对复合材料薄板进行增强时，常用的增强桁条形式为“T”型、“工”型和“L”型，其与复合材料壁板的连接方式主要有三种一是将增强桁条预先成型，然后根据壁板需要的尺寸将桁条进行裁切加工，通过采用胶粘剂将桁条与壁板连接；二是采用机械连接的方式，将增强桁条通过螺栓、铆钉等与复合材料壁板连接；三是将增强桁条预先设计在壁板上，在壁板固化的同时完成增强桁条的成型、固定和连接。在采用夹芯结构形式增加复合材料刚度时，一般采用高强度的铝蜂窝、玻璃纸蜂窝或者PVC泡沫、PU泡沫等作为芯材，采用玻璃纤维复合材料或碳纤维复合材料等作为面板。夹芯结构复合材料的成型方式主要有下面4种⑴预制粘接法将芯材和面板分别制造，然后再将它们粘接成整体；⑵连续成型法将复合材料面板成型与泡沫芯材成型同时进行，上述两者成型的同时完成复合材料的制造(本方法使用于泡沫夹芯结构)；⑶湿法成型将芯材预先成型，之后将面板成型与粘接同时完成；⑷浇注成型法预先成型复合材料面板，之后在两层面板之间泡沫，在形成泡沫芯材的冋时完成粘接。近年来，为了提高复合材料制品的质量和性能，一些先进工艺逐渐用于复合材料加筋薄板和夹芯结构的制造。在复合材料加筋薄板方面，中国专利CN 101417511就公布了一种使用真空辅助工艺成型加筋复合材料层合板的方法；而另一个中国专利CN100999901公布了一种复合材料井盖，里面就提到了复合材料层合板的加强筋设置以及成型方法。在夹芯结构结构方面，中国专利CN 101352926B公布了一种大型复合材料制件的真空辅助成型方法。但是，上述3项专利仅对加筋复合材料层合板或夹芯结构复合材料的一个方向进行了论述，而将增强筋和夹芯结构两种增强复合材料结构刚度的方法同时使用的结构和成型方法目前尚没有见到报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供，针对目前复合材料结构刚度较低的情况，将之前分别独立使用的增强筋增强方式和夹芯结构增强方式整合到一个结构中，提出了同时采用两种增强方式提高复合材料刚度的一种新的结构设计方式。为了实现解决上述技术问题的目的，本专利技术采用了如下技术方案: 本专利技术的一种含增强筋的夹芯结构复合材料，由内部芯材、增强筋、整体一次成型的纤维织物增强树脂复合材料层组成；纤维织物增强树脂复合材料层包裹在内部芯材上和增强筋上； 内部芯材是压缩强度应大于0.5Mpa的轻质浮力材料，包括但不仅限于聚氯乙烯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、玻璃微珠增填充环氧树脂及balsa木等；内部芯材结构形式是蜂窝夹芯、泡沫夹芯、矩形夹芯、圆形夹芯中的一种或几种的组合； 增强筋由用胶粘剂与内部芯材连接在一起的轻质材料内模、包覆在轻质材料内模外表面的纤维织物层构成；轻质材料内模的结构形式是“T”型、“工”型、“L”型或“Π”型中的一种或几种的组合；轻质材料内模的材料为轻质浮力材料，包括但不仅限于聚氯乙烯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、玻璃微珠增填充环氧树脂及balsa木等； 所述的纤维织物的纤维包括但不仅限于玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉纤维、超高分子量聚乙烯纤维及玄武岩纤维，织物结构包括但不仅限于平纹布、斜纹布、缎纹布、多轴向经编织物及三维织物； 所述的树脂包括但不仅限于聚酯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂及酚醛树脂与相应固化剂反应后形成的固化物。树脂未反应时室温黏度要求最好低于600mPa*s，并且可以室温固化。具体的，在内部芯材下表面可以设置有一组平行沟槽，其沟槽宽度为2 10mm，深度为I 7mm,沟槽间距s为20 IOOmm ;沟槽不贯穿整个泡沫芯材表面,从泡沫芯材一端开始开槽至距离另一端s/2处停止。本专利技术的一种舱室壁板用含增强筋的夹芯结构复合材料，其制造方法包括使用脱模剂、模具、定型剂、胶粘剂、脱模布、导流布、导流管、真空管、真空密封袋膜、密封胶带、真空泵，具体过程为: (I)、内部芯材的制备: 内部芯材可以是蜂窝夹芯、泡沫夹芯、矩形夹芯、圆形夹芯中的一种或几种的组合；内部芯材的压缩强度应大于0.5MPa，包括但不仅限于轻质浮力材料、聚氯乙烯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚氨酯泡沫及balsa木等。在芯材下表面加工一组平行沟槽，其沟槽宽度为2 10mm，深度为I 7mm，沟槽间距s为20 100mm。沟槽不贯穿整个泡沫芯材表面，从泡沫芯材注入树脂的一端开始开槽至距离另一端s/2处停止。(2)、增强筋的制备: 制备“T”型、“工”型、“L”型或“Π”型中的一种或几种的组合结构的轻质材料内模；并采用胶粘剂与夹芯结构芯材连接在一起，之后通过在轻质材料内模的外表面包覆纤维织物形成增强筋预制体。轻质材料内模的压缩强度应大于0.5MPa，为轻质浮力材料、包括但不仅限于聚氯乙烯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚氨酯泡沫及balsa木等；增强纤维包括但不仅限于玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉纤维、超高分子量聚乙烯纤维及玄武岩纤维，织物结构包括但不仅限于平纹布、斜纹布、缎纹布、多轴向经编织物及三维织物。(3)、树脂的选择适用于本专利的树脂包括但不仅限于低粘度的聚酯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂及酚醛树脂等；室温黏度要求低于600mPa*s，并且在与固化剂及促进剂混合后可以室温固化。(4)、纤维铺设 首先采用脱模剂对模具表面进行处理，之后将纤维织物在模具上按规定的厚度进行铺层作业，再将已开槽的内部芯材放置在铺敷完毕的织物上，其中内部芯材的沟槽加工面与已铺敷的织物相接触，最后用纤维织物对内部芯材以及轻质材料内模进行整体包覆；在包覆时，需要采用定型剂对纤维织物进行固定。(5)、导流布设置 在包覆内部芯材以及增强筋内模的织物上铺设一层脱模布且在脱模布上再设置一层导流布；脱模布的尺寸需要完全覆盖内部芯材以及轻质材料内模。(6)、注脚管路设置 导流管设置当制品成型时铺设的导流布长度小于1. 5m时，在芯材开设沟槽的一端设置一根导流管；当制品的导流布长度大于1. 5m时，按照下面的方式设置多根导流管第一根导流管设置在芯材开设沟槽的一端，之后每相距Im设置一根导流管，最后一根导流管与芯材另一端相距不足Im且不能设置在泡沫芯材之外。真空管设置在内部芯材沟槽未开通的一端设置真空管，真空管的长度与内部芯材相当，且距离铺设的增强纤维织物10 100mm。(7)、密封 采用真空密封袋膜和密封胶带将上述已铺设的增强纤维织物、内部芯材、轻质材料内模和管道进行密封，且密封时避免由于皱褶引起的密封袋膜不能紧贴增强织物的状况。(8)、注胶 开动真空泵，待密封袋膜内的真空压力< -O. 09本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含增强筋的夹芯结构复合材料，其特征是：含增强筋的夹芯结构复合材料由内部芯材、增强筋、整体一次成型的纤维织物增强树脂复合材料层组成；纤维织物增强树脂复合材料层包裹在内部芯材上和增强筋上；内部芯材是压缩强度大于0.5Mpa的轻质浮力材料，内部芯材结构形式是蜂窝夹芯、泡沫夹芯、矩形夹芯、圆形夹芯中的一种或几种的组合；增强筋由用胶粘剂与内部芯材连接在一起的轻质材料内模、包覆在轻质材料内模外表面的纤维织物层构成；轻质材料内模的结构形式是“T”型、“工”型、“L”型或“Π”型中的一种或几种的组合；轻质材料内模的材料为轻质浮力材料；所述的纤维织物的纤维为玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉纤维、超高分子量聚乙烯纤维及玄武岩纤维的任一种；织物结构为平纹布、斜纹布、缎纹布、多轴向经编织物及三维织物的任一种；所述的树脂为聚酯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂及酚醛树脂与相应固化剂反应后形成的固化物。

【技术特征摘要】
1.一种含增强筋的夹芯结构复合材料，其特征是:含增强筋的夹芯结构复合材料由内部芯材、增强筋、整体一次成型的纤维织物增强树脂复合材料层组成；纤维织物增强树脂复合材料层包裹在内部芯材上和增强筋上； 内部芯材是压缩强度大于0.5Mpa的轻质浮力材料，内部芯材结构形式是蜂窝夹芯、泡沫夹芯、矩形夹芯、圆形夹芯中的一种或几种的组合； 增强筋由用胶粘剂与内部芯材连接在一起的轻质材料内模、包覆在轻质材料内模外表面的纤维织物层构成；轻质材料内模的结构形式是“T”型、“工”型、“L”型或“Π”型中的一种或几种的组合；轻质材料内模的材料为轻质浮力材料； 所述的纤维织物的纤维为玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉纤维、超高分子量聚乙烯纤维及玄武岩纤维的任一种；织物结构为平纹布、斜纹布、缎纹布、多轴向经编织物及三维织物的任一种； 所述的树脂为聚酯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂及酚醛树脂与相应固化剂反应后形成的固化物。2.根据权利要求1所述含增强筋的夹芯结构复合材料，其特征是:所述的轻质浮力材料为聚氯乙烯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、玻璃微珠增填充环氧树脂及balsa木的任一种。3.根据权利要求1所述含增强筋的夹芯结构复合材料，其特征是:所述的轻质材料内模的材料为聚氯乙烯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、玻璃微珠增填充环氧树脂或balsa木。4.根据权利要求1所述含增强筋的夹芯结构复合材料，其特征是:所述的树脂未反应时室温黏度低于600mPa*s，并且在与固化剂及促进剂混合后可以室温固化。5.根据权利要求1所述含增强筋的夹芯结构复合材料,其特征是:所述的内部芯材下表面设置有一组平行沟槽，其沟槽宽度为2 IOmm,深度为I 7mm,沟槽间距s为20 IOOmm ;沟槽不贯穿整个泡沫芯材表面，从泡沫芯材一端开始开槽至距离另一端s/2处停止。6.一种权利要求1所述含增强筋的夹芯结构复合材料的制备方法，其特征是:包括使用脱模剂、模具、定型剂、胶粘剂、脱模布、导流布、导流管、真空管、真空密封袋膜、密封胶带、真空泵，具体过程为: (1)、内部芯材的制备: 内部芯材是蜂窝夹芯、泡沫夹芯、矩形夹芯、圆形夹芯中的一种或几种的组合；内部芯材的压缩强度大于0.5MPa,为轻质浮力材料； 在芯材下表面加工一组平行沟槽，其沟槽宽度为2 10mm，深度为I 7mm，沟槽间距s为20 IOOmm ;沟槽不贯...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴刚，郭万涛，桂林，胡万成，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二五研究所，
类型：发明
国别省市：