[发明专利]一种泡沫夹芯整体结构复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料制备技术，具体为一种采用缝纫和树脂传递模塑技术(RTM)一次成型的泡沫夹芯整体结构复合材料及其制备方法，国际专利主分类号拟为Int.Cl.B32B 7/00(2006.01)I。

背景技术

泡沫夹芯结构复合材料是由高强度的上、下面层和硬质泡沫夹芯层(中间层)所组成。传统的泡沫夹芯结构复合材料成型工艺是预制胶接成型工艺。该工艺需要分别预先成型所述复合材料的泡沫夹芯层和上、下面层，并分别进行加工修整，再用胶膜将所述芯材和上、下面层粘接固化成为整体夹芯结构复合材料。随着复合材料工艺的不断进步，近年来，研发了真空辅助树脂传递模塑成型技术(Vacuum-Assisted Resin Transfer Molding，简称VARTM)。该工艺是利用真空使树脂流动，并渗透到中间夹有泡沫芯层的上、下面层纤维中，一次性整体成型的复合材料制备方法。但该工艺方法对树脂反应体系要求苛刻，且所得制品只有一面光滑，质量不理想。无论是传统的预制胶接成型工艺，还是所述的VARTM工艺都存在着以下不足：所得复合材料制品的中间层和上、下面层界面构造单一，容易导致面层与中间层脱胶分层剥离，使得整体夹芯结构复合材料的法向强度和刚度大幅降低，无法正常使用，更不能满足高性能夹芯结构复合材料设计需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，设计一种泡沫夹芯整体结构复合材料及其制备方法，该复合材料整体性好，不会分层脱落，使用寿命长，并且力学性能优良，形状结构尺寸精确，上、下面层的外表面均平整光滑；该制备方法工艺简单，环境污染小，生产效率高，成本相对较低。

本发明解决所述复合材料技术问题的技术方案是：设计一种泡沫夹芯整体结构复合材料，该复合材料包括上面层、下面层和泡沫夹芯层，其特征在于所述的泡沫夹芯层为闭孔硬质泡沫材料，且该泡沫夹芯层与上面层和下面层用缝合线按设计规律缝合为一个整体，并采用树脂传递模塑工艺一次注脂成型；所述上面层和下面层的外表面均平整光滑。

本发明解决所述制备方法技术问题的技术方案是：设计一种泡沫夹芯整体结构复合材料的制备方法，该制备方法适用于本发明所述的泡沫夹芯整体结构复合材料，包括以下工序：

1.制备泡沫夹芯层

按照常规闭孔硬质泡沫材料的制备工艺，制备复合材料泡沫夹芯层；所述泡沫夹芯层是聚氨酯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酰亚胺和聚醚酰亚胺等中的一种。

2.制备上、下面层

按照常规纺织方法制备高性能纤维材料织物的上面层和下面层；所述高性能纤维材料是碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和高强聚乙烯纤维等中的一种；所述的织物是指多轴向织物、经编织物、纬编织物、缝合织物、针织物以及二维和三维编织织物等中的一种。

3.打针孔

用打孔机在所述泡沫夹芯层上按照设计规律垂直打针孔，针孔的直径与缝合线的直径相匹配；针孔密度为4000-9000孔/每平方米；所述设计规律(即缝合的行距和针距)为四边形、对角四边形和六边形中的一种。

4.缝合

在所述泡沫夹芯层的两侧，分别铺放厚度均为0.8-1.2mm的上、下面层织物，利用缝合线垂直穿过上面层织物、所述泡沫夹芯层的针孔和下面层织物，将泡沫夹芯层与上、下面层缝合为一个整体，形成泡沫夹芯整体结构复合材料预成型体；所述的缝合线是指卡夫拉纤维、碳纤维和玻璃纤维等制成的纱线中的一种；缝合方式为锁式缝合，改进锁式缝合或链式缝合；缝合密度为4000-9000根/每平方米。

5.树脂传递模塑工艺成型

将所述的泡沫夹芯整体结构复合材料预成型体放入模具中，模具内腔高度为所述夹芯层和上、下面层厚度之和；合模密封后，注入树脂，使上、下面层和缝合线充分浸渍树脂，固化脱膜后，即得到本发明的泡沫夹芯整体结构复合材料；所述的树脂采用不饱和树脂、乙烯基树脂、改性酚醛树脂和环氧树脂等中一种。

与现有技术相比，本发明将RTM工艺与纤维缝纫技术相结合，应用于泡沫夹芯结构复合材料的制备中，所得泡沫夹芯整体结构复合材料制品的两个外表面均平整光滑，形状结构尺寸精确，且弯曲、平压和耐冲击等力学性能大幅度提高，穿透在面层与夹芯层之间的缝合线、且浸透树脂后，作为纤维增强体可以明显提高上、下面层与中间层之间的抗剥离强度，整体性能优良。本发明的制备方法工艺简单，环境污染小，生产效率高，无需特殊设备，模具投资少，适于制造复杂结构形状的制品并可一次成型，且所得复合材料产品质量优良。

在申请人检索的范围内，本发明的泡沫夹芯结构复合材料及其制备方法没见有相关文献报道。

附图说明