[发明专利]一种面芯增强复合材料格栅夹芯板及其制备方法

说明书

本发明提供了一种面芯增强复合材料格栅夹芯板及其制备方法，属于复合材料技术领域。步骤如下：一、利用面板模具制备带卡槽的复合材料上面板和带卡槽的复合材料下面板；二、设计和组装格栅芯体活动模具；三、利用格栅芯体活动模具制备复合材料格栅芯体；四、制备复合材料格栅夹芯板。本发明复合材料格栅夹芯板芯体具有正交各向异性，面板和芯体之间通过卡槽进行嵌合，增强了界面结合能力，提高了复合材料格栅夹芯板的承载能力，且所述的格栅芯体活动模具可以通过活动块的自由拆卸组合来组装成具有多种行列组合的芯体模具，从而可以制备同种单胞的不同排列组合复合材料格栅夹芯板，并且工艺简单，脱模容易。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及超轻质材料格栅类结构设计，具体为一种面芯增强复合材料格栅夹芯板及其制备方法。

背景技术

很多工程结构轻量化要求减轻重量的同时提高其性能，而为实现结构轻量化主要采取两种途径：一、优化改进结构构型，采用承载能力高的结构构型，二、采用轻质材料，特别是实现结构的复合材料化。因此在承载结构设计和使用中越来越多的采用轻质高强的先进复合材料格栅夹芯结构来代替传统的金属材料结构，大幅度减轻结构重量的同时提高结构的力学性能。

复合材料格栅夹芯结构是一种具有优异力学性能的新型轻量化结构，具有周期性有序、可设计性强以及芯体内部空间开放的特点，在刚度、强度、稳定性和振动特性方面具有优异的特征，同时具有材料结构一体化和设计制造一体化的优点，在航空、航天、船舶和交通领域具有广阔的应用前景。本发明涉及的复合材料Kagome格栅夹芯结构的芯体在整个结构中起重要作用，一方面支撑上下面板和传递载荷，因此要求面板和芯体间需要较高的面芯结合能力；另一方面芯体内部开放的空间可减轻重量，且可以填充隔热、隔声材料，实现结构的多功能性。

但是由于Kagome格栅特殊的几何形状，使其制造工艺极为复杂，采用现有的工艺往往无法制备出所期望的高性能。而且常规夹芯结构的面板和芯体间接触处面积小，结合强度低，承受外力时容易出现面芯脱粘，降低结构的整体力学性能，这些都限制了Kagome格栅的应用。此外现有制备工艺只能根据模具的现有构型，制备固定单胞组合的格栅结构，无法做到同一模具制备同种单胞的不同排列组合的格栅结构，降低了模具的使用效率。

有关复合材料格栅夹芯板的设计和制造方法的相关研究包括：中国专利CN203307725U公开了一种带有加强件的复合材料正交格栅结构夹芯桥面板，其技术特征是在复合材料芯体交叉处设置复合材料加强件系统，复合材料加强件系统与复合材料格栅芯体在胶接的基础上增设抗剪螺栓连接，复合材料加强件系统由四个加强件组成，每个加强件由两个垂直的侧板和上下板组成。中国专利CN 204585876U公开了一种复合材料格栅生产模具，其技术特征是该模具的上板面密布有凸块，相邻凸块间具有间隙，这些间隙构成纤维附着槽，在加工复合材料矩形格栅芯体时纤维附着在纤维附着槽中并成型固化，最后通过脱模顶针顶出固化后的复合材料格栅芯体，获得复合材料格栅芯体。中国学者黄其忠：“先进复合材料格栅结构软模辅助共固化工艺研究”，大连理工大学，博士学位论文，2013年。其利用硅橡胶模具制备复合材料格栅结构，其中硅橡胶受热膨胀为格栅芯体壁板固化提供侧压力，且可同时实现格栅芯体和单侧面板的共固化成型。

发明内容

本发明是为了解决现有复合材料格栅夹芯板中面板和芯体间结合强度低以及制备工艺中模具使用效率低，无法做到同一模具制备同种单胞的不同排列组合的问题，而提供了一种复合材料格栅夹芯板设计及其模块化制备装置，其利用上、下面板上的卡槽和芯体嵌合来实现面芯增强，通过拆卸组装活动块来实现芯体脱模以及生产同种单胞的不同排列组合的复合材料格栅芯体。

本发明的技术方案：

一种面芯增强复合材料格栅夹芯板，包括正交各向异性Kagome的格栅芯体、带卡槽的复合材料上面板和带卡槽的复合材料下面板；