[发明专利]一种高性能热塑性复合材料金字塔型和X型点阵夹芯板及其制备方法

说明书

一种高性能热塑性复合材料金字塔型和X型点阵夹芯板及其制备方法，它涉及一种点阵夹芯板及其制备方法。本发明解决了现有树脂基复合材料芯子制备工艺复杂，芯子制备过程中易引入缺陷，制备效率低，芯子难以整体成型的问题，同时X型点阵结构中杆交错形成的二维节点有效地解决了现有树脂基复合材料点阵夹芯结构在压缩和剪切变形中的非弹性屈曲抗力较低的问题。本发明制备方法如下：一、制备热塑性复合材料层合板；二、制备周期排列菱形结构热塑性复合材料层合板网；三、将层合板网放入隧道式红外线烘箱；四、通过冲压模具制备金字塔点阵芯子和X型点阵芯子；五、制备高性能热塑性复合材料金字塔型和X型点阵夹芯板。

技术领域

本发明涉及一种高性能热塑性树脂基复合材料金字塔型和X型点阵夹芯板及其制备方法。

背景技术

复合材料点阵夹芯结构由于其轻质高强化和多功能方面的优点，自其被提出以后就不仅得到了各国科研工作者的研究而且被众多领域(如航空航天、船舶、汽车)。广泛采用。传统复合材料夹芯结构通常采用热固性树脂基复合材料。但热固性复合材料存在一定的缺点，如韧性差，环境适应性较差，固化周期长，难以回收等。此外热固性树脂基复合材料点阵夹芯结构成型时芯子与内外蒙皮的结合问题至今仍无法较好的突破，对于大尺寸结构，成型难度大，制造成本高，结构受损后无法修复。而热塑性复合材料点阵夹芯结构通过材料自身特性克服了传统点阵夹芯结构的的弊端，热塑性复合材料具有较高的断裂韧性，耐水性易于储存，可多次加工，可回收等特点，使得点阵夹芯结构的优异力学性能和多功能特性得以充分发挥。传统的复合材料胶接技术具有较长的工艺周期，较差的抗冲击性能、疲劳性能、耐湿热性能等缺点且大多数情况下胶接后不可拆卸。相比之下热塑性复合材料焊接技术一项非常快速和短周期的连接技术，可实现构件的拼接和损伤构件的修补，便于制备大尺寸构件且连接处和修补处具有高强度和耐用性的特点，可以最大限度的发挥高性能热塑性复合材料的性能优势。目前常用的热塑性复合材料焊接方式有感应焊接、电阻焊接、超声焊接和激光焊接，

该焊接技术已得到应用，如Fokker公司通过感应焊接法将加强筋焊接在飞机的主承力结构的扭矩盒上，Boeing公司新一代客机机翼前缘筋与蒙皮采用超声焊接方式连接。在树脂基复合材料芯子制备中存在工艺复杂，芯子制备过程中易引入缺陷，制备效率低，芯子难以整体成型等亟待解决的问题，还存在树脂基复合材料点阵夹芯结构在压缩和剪切变形中的非弹性屈曲抗力较低，复合材料结构连接困难，连接处性能差等问题。目前没有一种有效的技术解决上述问题，更没有相关的报道将热塑性材料引入复合材料点阵夹芯结构中以解决上述问题的报道。

发明内容

本发明解决了现有树脂基复合材料芯子制备工艺复杂，芯子制备过程中易引入缺陷，制备效率低，芯子难以整体成型的问题，同时X型点阵结构中杆交错形成的二维节点有效地解决了现有树脂基复合材料点阵夹芯结构在压缩和剪切变形中的非弹性屈曲抗力较低的问题。此外，利用热塑性复合材料焊接技术，解决传统复合材料结构连接困难，连接处性能差等问题。

本发明是利用热塑性树脂基复合材料可重复加热、多次加工的特点，提出一种采用热冲压方式制备复合材料点阵芯子的方法，而对于热固性树脂基复合材料该制备方法是不可能实现的。

本发明的一种高性能热塑性复合材料金字塔型点阵夹芯板，它包括金字塔型点阵芯子、复合材料上面板和复合材料下面板；

所述的金字塔型点阵芯子是由多个金字塔点阵结构单胞组成；每个金字塔型点阵结构单胞是由上端杆、下端杆和斜杆组成的具有金字塔型的一体件；

所述下端杆和上端杆相互平行，所述上端杆和下端杆之间通过斜杆连接形成梯型的一体件，其中，每个下端杆的一端分别与两个斜杆一端连接，两个斜杆的另一端分别与上端杆的两端连接；

所述金字塔型点阵芯子中所有金字塔型点阵结构单胞的上端杆的上表面均与热塑性复合材料上面板连接，所有金字塔型点阵结构单胞的下端杆的下表面均与热塑性复合材料下面板连接。