[实用新型]格构增强型复合材料夹层结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种格构增强型复合材料夹层结构梁、板、壳结构件，它普遍应用于航空航天、舰船车辆、桥梁建筑等领域负荷较大的结构件，如：舰船面板、集装箱底板、机场垫板、桥面板等。

背景技术

复合材料夹层结构由三部分组成，最外层是面板，主要承受弯曲变形引起的正应力，采用高强、高模量的材料制造，如层压的碳纤维或玻璃纤维布等；中间是芯材，为夹层结构提供足够的截面惯性矩，主要承受剪应力，常用蜂窝、泡沫、轻木等材料。面板和芯材之间是胶接层，通过树脂将两者粘接在一起，常用不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂、酚醛树脂等。

复合材料夹层结构既充分利用了纤维材料强度高、重量轻的优势，又巧妙地借助轻质芯材所获得的截面惯性矩，可以达到理想的结构性能(如强度、刚度和冲击韧性等)，由于其具有比强度和比刚度高、可设计性强等其他材料不可比拟的特点，以及适应于轻质、高速、安全、抗疲劳、耐腐蚀、隐形等特性的发展趋势，复合材料夹层结构的应用领域越来越广泛，可涉及军事设施、国防工程、车辆、舰船、建筑、桥梁等领域；如发达国家采用复合材料夹层结构制造舰船构件、火车及大型客车的车厢、集装箱、运料罐车以及化工储罐等，甚至用于美国宇航局漫游者号月球登陆车；在桥梁建筑领域，可用于屋面板、建筑模板、墙体隔板、桥面板、机场临时垫板、轻便舟桥等。由此可见，复合材料夹层结构是一种具有广阔发展前景的材料与结构形式。

在我国，复合材料夹层结构多以蜂窝为芯材，但蜂窝夹层结构的面板与芯材的接触面积小，因此其粘结性能相对较弱。另外，我国也有以聚氨酯等泡沫为芯材的复合材料夹层结构，但由于该泡沫的抗压和抗剪能力较低，因此并不能充分利用纤维面板的抗拉能力，从而使得该夹层结构形式不能得以广泛应用。

发明内容

本实用新型的目的则是针对目前泡沫和轻木芯材的抗压和抗剪能力较低、芯材与面板的界面构造简单等技术的不足，提供一种格构增强型复合材料夹层结构，可显著提高芯材的抗压与抗剪能力以及芯材与面板之间的抗剥离能力。

本实用新型的目的可以通过以下措施来达到：

一种格构增强型复合材料夹层结构，它包括芯材1，纤维面板2，沿芯材1的厚度方向上剖开，在剖开空隙位置中填充树脂形成树脂腹板3，或者在其中填充纤维布，纤维布与树脂形成复合材料腹板4，在芯材1的上下表面铺设有纤维布层，其与树脂固化形成纤维面板2。

其中，所述的树脂腹板3与复合材料腹板4的尺寸、排列方式均任意，优选为正交布置。

所述的芯材1为泡沫、轻木或其他任意材质，它包括：聚氨酯泡沫、聚氯乙烯泡沫、碳泡沫、泡桐木、杉木、橡木或胶合板。

所述的纤维布为纤维材质，它包括：单轴向、双轴向或多轴向的碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或杂交纤维布。

所述的树脂腹板3与复合材料腹板4沿芯材1厚度方向上竖直或倾斜布置。

所述的树脂包括：不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或酚醛树脂。

所述的纤维面板2布置于芯材1上、下表面的厚度既可以一致也可以不一致而且纤维布层的铺设方向与层数可根据需要灵活调整。

上述的格构增强型复合材料夹层结构可以采用如下所述方法制备得到：

a.沿泡沫或轻木芯材1的厚度方向剖开，在芯材1平面方向上，可单向也可双向或多向剖开，剖开的位置、尺寸与数量可根据受力需要任意布置，在芯材1厚度方向上，剖开的形状可竖直或倾斜；

b.处理完毕的芯材1可根据构件需要，加工成梁、板、壳形状；

c将一层或多层纤维布铺设于芯材1的上下表面；

e.其中步骤b，c也可由本步骤代替：将一层或多层纤维布填充于芯材1剖开的位置上，然后再将一层或多层纤维布铺设于芯材1的上下表面。

f.通过真空袋成型工艺、真空导入成型工艺或RTM成型工艺将树脂灌入到真空袋或模具中；

g.待树脂固化成型后，取出，纤维布层与树脂固化成纤维面板2，芯材1剖开的位置填满树脂形成树脂腹板3，而在剖开位置中填充的纤维材料则与树脂形成复合材料腹板4。

这样即可获得一种芯材抗压与抗剪能力以及面板与芯材之间粘结能力得以显著提高的格构增强型复合材料夹层结构。

本实用新型具有如下优点：