[发明专利]一种新型点阵结构复合材料

说明书

技术领域：

本发明涉及一种新型点阵结构复合材料，属于三维结构复合材料设计技术领域。

背景技术：

21世纪初，哈佛大学的Evans、剑桥大学的Ashby、MIT的Gibson等学者率先提出一种空间点阵结构材料。近年来，轻质、高强点阵结构材料已成为研究热点之一，许多国家在对各种轻质、低密度、高性能材料的研究过程中，提出了工程化应用的要求。剑桥大学、哈佛大学的研究结果表明，在同等重量下点阵结构比无序微结构金属泡沫有更好的力学性能，且结构可按要求进行力学优化设计，是一种理想的轻质结构材料。

利用特种立体纺织成型技术，以连续长纤维束作为桁架结构的增强骨架部分，所制备出的织物具有点阵结构的特点，织物经过树脂复合后可形成轻质、高强的复合材料。这类点阵结构复合材料的开发，一方面满足了承载需要的高比强度、比刚度的要求；另一方面可以实现隔热、保温、吸能、降噪等多功能要求。

发明内容：

本发明开发了一种新型点阵结构复合材料，不但解决了中空织物芯部的结点固结问题，而且赋予了材料结构与功能方面更多的应用。其具有轻质、高强、高模、隔热、保温、吸能、降噪、抗冲击、耐腐蚀等特点，市场应用前景广阔。本发明具体的技术解决方案是：

1.点阵结构的设计。包括：芯材纱线的走向(芯材纱线有三类，两两之间的纱线夹角均呈90°且在空间内无交点；三类纱线与上下两个表面的夹角均为45°)；芯材纱线的密度(同类纱线的相邻两个点之间的距离为2cm)；芯材的高度(按照应用领域不同，芯材高度可设计范围为1mm～50mm之间)。

2.原料选择。点阵复合材料具有较强的结构可设计性，同时，其原料选用范围也很广，包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、高强涤纶纤维等。本发明选用玻璃纤维为增强体、环氧树脂为主要基体，主要考虑到玻璃纤维织物与环氧树脂基体良好的复合性能。

3.复合材料预制件(织物)的制备。①上下表面织物的制备。选用线密度为1500tex的玻璃纤维为原料，在全自动剑杆织样机上制织平纹结构的织物，备用；②点阵复合材料织物的制备。选用大号缝针及钩纱器，将芯材纱线按点阵结构的规律缝编到上下表面。为了保证点阵织物的稳定性，在上下织物表面分别描绘出各体系点的分布，同时在上下表面之间嵌夹一层泡沫以固定芯材高度。

4.点阵复合材料的制备。采用手糊成型方法，将配制好的环氧树脂体系与点阵复合材料织物进行复合成型。复合工艺：由于织物中间有泡沫，首先，在织物上表面涂覆环氧树脂，并用刷子刷匀、压实树脂；其次，静置一会后，将织物翻转过来，在下表面涂覆环氧树脂，并用刷子刷匀、压实树脂；再次，将剩余的树脂涂在织物上，并将涂好树脂的点阵复合材料织物放置于电热鼓风干燥箱，烘干固化后取出；最后，将固化好的点阵复合材料去除芯层中的泡沫，即为点阵复合材料。

附图说明：

图1为点阵结构复合材料上、下面板对应系统点；

图2为点阵结构复合材料示意图；

图3为点阵结构复合材料实物图。

具体实施方式：

下面结合附图对新型点阵结构复合材料的具体实施方式进行说明。

结合附图1，点阵结构复合材料上、下面板各系统纱线的分布如下：

①第一个方向的纱线(系统点1和1”连接线方向的纱线)与上、下表面的交点有如下规律：平面内点的连线分别为水平方向和垂直于水平方向，点与点之间的距离为2cm；

②第二个方向的纱线(系统点2和2”连接线方向的纱线)与上、下表面的交点有如下规律：平面内点的连线分别为与水平方向呈30°夹角和垂直于水平方向，点与点之间的距离为2cm；

③第三个方向的纱线(系统点3和3”连接线方向的纱线)与上、下表面的交点有如下规律：平面内点的连线分别于水平方向呈20°夹角和垂直于水平方向，点与点之间的距离为2cm.织物的高度为2cm。

结合附图2，按照附图1所述方法缝制的点阵结构复合材料示意图如图2所示。上下面板对应系统点的如图1所示，最后成形的图如2所示。

结合附图3，点阵结构复合材料的制备工艺：首先，在织物上表面涂覆环氧树脂，并用刷子刷匀、压实树脂；其次，静置一会后，将织物翻转过来，在下表面涂覆环氧树脂，并用刷子刷匀、压实树脂；再次，将剩余的树脂涂在织物上，并将涂好树脂的点阵复合材料织物放置于电热鼓风干燥箱，烘干固化后取出；最后，将固化好的点阵复合材料去除芯层中的泡沫，即为点阵复合材料。