一種輕質(zhì)高強(qiáng)三維編織纖維增強(qiáng)泡沫夾芯板及其制作模具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及工程材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種輕質(zhì)高強(qiáng)三維編織纖維增強(qiáng)泡沫夾芯板及其制作模具。
【背景技術(shù)】
[0002]夾芯結(jié)構(gòu)是一種層合復(fù)合材料的特殊形式，一般由上面板、芯材、下面板以及芯材和上下面板的粘結(jié)層所組成。其上、下面板主要承受彎矩引起的面內(nèi)拉壓應(yīng)力和面內(nèi)剪應(yīng)力，而芯材主要承載有橫向力引起的剪應(yīng)力并支持面板不失去穩(wěn)定性，選擇輕質(zhì)高強(qiáng)材料作為夾芯，可以大幅度地減輕結(jié)構(gòu)重量。因夾芯結(jié)構(gòu)具有比強(qiáng)度高和比剛度大等優(yōu)異的力學(xué)性能，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用在航空航天、航舶、游艇、軌道交通、風(fēng)機(jī)葉片、建筑節(jié)能燈工業(yè)領(lǐng)域。按其夾芯材料的不同，夾芯層材料主要分為兩類:一類是蜂窩夾芯，一類是泡沫夾芯。蜂窩夾芯材料的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)性能優(yōu)異，剪切強(qiáng)度高，材料成本低，缺點(diǎn)是與上下面板的粘結(jié)面積小，容易出現(xiàn)分層破壞，蜂窩結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)各向異性，加工制造復(fù)雜，加工成本高，開孔結(jié)構(gòu)易吸水后期維護(hù)成本高。泡沫夾芯材料的優(yōu)點(diǎn)是工藝性好，易加工成型，尺寸穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)和上下面板的一次成型(如RTM和R頂工藝)。而且對(duì)于復(fù)雜型面結(jié)構(gòu)(三維芯材結(jié)構(gòu))具有良好的可設(shè)計(jì)性和制造性以及在使用過(guò)程中的泡沫為閉孔結(jié)構(gòu)，和開孔的蜂窩相比具有較低的吸水率，可以減少后期維護(hù)成本。另外泡沫芯材還具有隔熱、保溫的優(yōu)點(diǎn)。但結(jié)構(gòu)性能和蜂窩相比，泡沫夾芯材料的結(jié)構(gòu)性能尤其在平壓和剪切剛度和強(qiáng)度方面明顯低于同密度的蜂窩夾芯材料，生產(chǎn)泡沫夾芯板的原材料成本較高。
[0003]輕質(zhì)泡沫夾芯板可通過(guò)高分子材料經(jīng)過(guò)發(fā)泡工藝生產(chǎn)制造。不同的原材料和不同的制造工藝，其生產(chǎn)的泡沫夾芯板的結(jié)構(gòu)性能也不盡相同。比如現(xiàn)在常用的泡沫夾芯:聚氨酯(HJ)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈-苯乙烯(SAN)、聚醚酰亞胺(PEI)以及聚甲丙烯酰亞胺(PMI)，其中PU和PS價(jià)格較低，結(jié)構(gòu)性能一般，通常作為浮力材料，不作為結(jié)構(gòu)增強(qiáng)夾芯材料。而后面幾種材料的結(jié)構(gòu)性能能滿足設(shè)計(jì)要求，但是價(jià)格較為昂貴，而且目前這些泡沫夾芯的性能還無(wú)法滿足某些特殊情況下的要求，暫時(shí)還無(wú)法替代蜂窩夾芯材料。所以，在不增加成本或很大重量的情況下，若可以通過(guò)增強(qiáng)工藝，實(shí)現(xiàn)對(duì)不能作為結(jié)構(gòu)芯材使用的PU和PS的性能的強(qiáng)化(提升抗壓強(qiáng)度以及抗剪切性能等)，以及后幾種材料的結(jié)構(gòu)性能在原有基礎(chǔ)上的改進(jìn)，這樣可以將低成本的泡沫作為夾芯架構(gòu)使用，原來(lái)作為夾芯的昂貴泡沫材料可以替換蜂窩夾芯材料，這些將具有重要的意義。
[0004]目前對(duì)泡沫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增強(qiáng)多采用后補(bǔ)強(qiáng)法，即泡沫完成發(fā)泡后，通過(guò)植入增強(qiáng)材料(纖維或其他材料)的方式來(lái)提升泡沫夾芯的結(jié)構(gòu)性能。目前的方法有:1、利用柔性單面縫紉頭進(jìn)行單面縫合，縫線形成的環(huán)穿過(guò)蒙皮，進(jìn)入泡沫芯材，在進(jìn)行樹脂灌注的過(guò)程，浸潤(rùn)樹脂，并隨著制件的固化過(guò)程而隨之固化。2、采用碳纖維增強(qiáng)，在現(xiàn)有泡沫材料的基礎(chǔ)上開發(fā)的新型芯材，即X-Cor和K-Cor，該增強(qiáng)泡沫都是使用Z-Fiber針，X_Cor和Κ-Cor皆為美國(guó)Aztex研發(fā)的。其中X-Cor將露出泡沫表面的Z向纖維埋入蒙皮中，提高蒙皮和芯材之間的粘結(jié)性能，Z向纖維形成的桁架結(jié)構(gòu)承受剪切和壓縮載荷，泡沫對(duì)Z向纖維提供穩(wěn)定的側(cè)向支撐，X-Cor和K-Cor的不同之處是將露出的Z向纖維和泡沫表面壓平。雖然該工藝已經(jīng)得到了工業(yè)應(yīng)用，但工藝復(fù)雜，成本昂貴，而且成型后植入纖維會(huì)對(duì)泡沫的整體結(jié)構(gòu)造成損傷，增加樹脂的吸入量，也間接影響夾芯結(jié)構(gòu)的整體力學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型提供一種輕質(zhì)高強(qiáng)三維編織纖維增強(qiáng)泡沫夾芯板及其制作模具，實(shí)現(xiàn)在密度小幅增加的情況下，大幅提升泡沫結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，為泡沫夾芯結(jié)構(gòu)更大范圍的應(yīng)用甚至替代蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)提供了基礎(chǔ)。
[0006]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0007]一種輕質(zhì)高強(qiáng)的三維編織纖維增強(qiáng)泡沫夾芯板，包括發(fā)泡材料包裹層和三維編織纖維增強(qiáng)材料層，所述三維編織纖維增強(qiáng)材料層一體固化設(shè)置在發(fā)泡材料包裹層內(nèi)部腔體中。
[0008]進(jìn)一步的，所述三維編織纖維增強(qiáng)材料層的密度為l_2000kg/m3。
[0009]進(jìn)一步的，所述三維編織纖維增強(qiáng)材料層的材料包括玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、石墨纖維、陶瓷纖維中的一種或多種。
[0010]進(jìn)一步的，所述發(fā)泡材料包裹層的材料包括原材料、發(fā)泡材料和輔助試劑，所述原材料包括可發(fā)泡的聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、丙烯腈-苯乙烯、聚醚酰亞胺和聚甲基丙烯酰亞胺中的一種或多種。
[0011]—種輕質(zhì)高強(qiáng)的三維編織纖維增強(qiáng)泡沫夾芯板的制作模具，包括空心模具腔體和上蓋板，所述上蓋板設(shè)置在空心模具腔體上端面，所述空心模具腔體的一側(cè)內(nèi)表面均勻布置若干用于安裝三維編織纖維增強(qiáng)材料層的可脫落鉤，所述可脫落鉤之間的間距可調(diào)整。
[0012]進(jìn)一步的，各可脫落鉤上、下之間，左右之間可調(diào)整的間距范圍為10-20cm。
[0013]進(jìn)一步的，所述可脫落鉤包括固定片和片狀鉤體，所述片狀鉤體的底端設(shè)置在固定片的表面，且所述片狀鉤體與固定片之間間隙平行。
[0014]有益效果:本實(shí)用新型的三維編織結(jié)構(gòu)增強(qiáng)泡沫夾芯板，在密度少幅增加的情況下，可以顯著的提高泡沫夾芯結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，在一定程度上可以取代蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的使用，提升生產(chǎn)效率，降低后期維護(hù)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0015]附圖1為本實(shí)用新型的制作模具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]附圖2為本實(shí)用新型的制作模具內(nèi)表面可脫落鉤的位置布置示意圖；
[0017]附圖3為本實(shí)用新型可脫落鉤的結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用