專利名稱：一種纖維增強三維夾芯復合材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種纖維增強三維夾芯復合材料。
背景技術：
自二十世紀四十年代開始，低密度三維夾芯層料復合材料就被廣泛地應用于航空航天、船舶、交通、建筑、能源等領域。三維夾芯復合材料可提高彎曲強度、降低重量，具有相同負荷能力的夾層結構要比實體層狀結構輕好幾倍。三維夾芯復合材料能夠降低單位體積的成本、削弱噪音與震動、增加耐熱、抗疲勞和防火性能等。三維夾芯復合材料的作用機理是將剪切力從表皮層傳向內層，使兩個表皮層在靜態和動態載荷下都能保持穩定，并且吸收沖擊能來提供抗破壞性能。目前市場上的三維夾芯復合材料通常是采用厚度較小、強度高、剛度大的材料作為面層，采用密度小、厚度較大、能承受一定剪切力的材料作為芯層，再用膠接的方法將面層和芯層連接起來。這種三維夾芯復合材料的主要特點是抗彎剛度大，可在結構質量較小的情況下承受較大的彎曲載荷，具有較高的抗彎剛度和質量比。但是，當其受到沖擊時，可能會導致面層與芯層之間發生脫落、面層損傷、芯層塌陷、整體貫穿；或者當面層破壞后導致水或其他物質滲入芯層，從而使芯層結構失效。另外，這種三維夾芯復合材料的受損修復也比較困難，而且即使修復后其功能也不能完全恢復。為了提高三維夾芯復合材料的整體性能，采用穿刺、縫合等工藝在面層與芯層之間引入Z向纖維。這種制作工藝雖然提高了三維夾芯復合材料的剪切、彎曲、抗沖擊等強度，但由于其加工復雜、效率較低，無法進行規模化生產。近年來出現的三維整體夾芯織物增強復合材料，所采用的三維預制件，其上增強層和下增強層在芯層填充之前即已連接。這就使得后期芯層的填充工藝變得相當復雜且困難。同時，該復合材料的三維預制體由于受織造工藝的限制，其總體高度、面層厚度與層數有限，從而也限制了該類結構復合材料的應用。

發明內容
本發明要解決的技術問題是現有的三維夾芯復合材料整體性能強的成本高、制作過程復雜且難度高，成本低、容易制作的三維夾芯復合材料，整體性能差。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是一種纖維增強三維夾芯復合材料，包括至少兩層的纖維增強層，以及至少一層的芯層，所述芯層位于兩相鄰纖維增強層之間；前述纖維增強層與芯層的接觸面上均設有經樹脂浸潤后的毛圈，所述毛圈嵌入芯層的基體內。將帶毛圈的纖維增強層放入樹脂中浸潤后，毛圈與纖維增強層的表面基本垂直， 使毛圈可以深入到中間芯層的基體中，從而使各連接層間的剪切強度、抗沖擊性能和壓縮性能都得到了很大的提高；前述毛圈一般通過梳理纖維增強層表面得到，即毛圈與纖維增強層材質一樣。為進一步加強復合材料的整體性能，所述毛圈均勻設置在纖維增強層與芯層的接觸面上，其高度為2 40mm，平面密度為1 200根/cm2。
作為本發明的一種改進，所述芯層為發泡材料或蜂窩材料。所述芯層采用發泡材料時，所述發泡材料為酚醛泡沫、聚氨酯泡沫、環氧泡沫、聚氯乙烯泡沫或聚甲基丙烯酰亞胺泡沫，芯層厚度為5 100mm。所述芯層采用蜂窩材料時，所述蜂窩材料為鋁蜂窩、紙蜂窩或塑料蜂窩，芯層厚度為5 40mmo作為本發明的一種改進方案，所述纖維增強層的材質為玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維中的一種或兩種以上的混合纖維。各種纖維的特點不同，如玻璃纖維絕緣性好、耐熱性強、抗腐蝕性好，機械強度高，玄武巖纖維具有優良的耐化學性，因此，本領域技術人員可以根據生產需要，選用一種纖維單用，或按需要的比例，選用兩種以上的纖維混合使用。作為本發明的另一種改進方案，所述浸潤設有毛圈的纖維增強層時采用的樹脂為酚醛類、環氧類、聚酯類或聚酰亞胺類樹脂。本發明的優點是結構簡單、制作工藝簡單、成本低、面層與芯層不易分離，且產品的力學性能好。四

圖1纖維增強層的結構示意圖2為圖1的A向視圖3為實施例1結構1的示意圖4為圖3的A向視圖5為實施例1結構2的示意圖6為圖5的A向視圖7為蜂窩材料的結構示意圖8為圖7的A向視圖9為實施例2的結構示意圖10為圖9的A向視圖。五具體實施例方式
下面結合附圖對本發明做進一步說明。實施例1 (芯層采用泡沫材料)
如圖1-4所示，本發明包括兩層經樹脂浸潤和固化的纖維增強層1、一層芯層3，所述芯層3位于兩纖維增強層1之間；纖維增強層1與芯層3的接觸面上設有毛圈2，毛圈2嵌入到發泡芯層3的基體中，這樣，兩層纖維增強層1通過其表面的毛圈2與芯層3相連接。生產產品時，首先，將兩層設有毛圈2的纖維增強層1浸入酚醛樹脂中浸潤，浸潤完畢后取出，然后，在兩層纖維增強層1之間填充酚醛泡沫材料，形成芯層3 ；在纖維增強層 1和芯層3固化后，纖維增強層1表面的毛圈2即嵌入到發泡芯層3膨脹的基體中，芯層膨脹后的厚度為100mm，毛圈嵌入芯層中的厚度為40mm，毛圈的平面密度為80根/cm2。如圖5-6所示，本發明包括三層經樹脂浸潤和固化的纖維增強層1、兩層芯層3，每兩層纖維增強層1之間夾有一層芯層3 ；纖維增強層1與芯層3的接觸面上設有毛圈2，毛圈2嵌入到發泡芯層3的基體中，達到纖維增強層1與芯層3連接的目的。生產產品時，首先，將三層設有毛圈2的纖維增強層1浸入酚醛樹脂中浸潤，浸潤完畢后取出，然后，在各相鄰兩層纖維增強層1之間填充酚醛泡沫材料，形成兩層芯層3 ；在纖維增強層1和芯層3固化后，三層纖維增強層1表面的毛圈2即嵌入到發泡芯層3膨脹的基體中，芯層膨脹后的厚度為80mm，第一層和第三層纖維增強層表面的毛圈嵌入芯層中的厚度為30mm，第二層纖維增強層表面的毛圈嵌入芯層中的厚度為20mm，毛圈的平面密度為 80 根/cm2。上述復合材料還可包括四層及四層以上經樹脂浸潤和固化的纖維增強層。實施例2 (芯層采用蜂窩材料)
如圖7-10所示，一種纖維增強三維夾芯復合材料，該復合材料包括兩層經樹脂浸潤和固化的纖維增強層1和夾在纖維增強層1之間的芯層3 ；纖維增強層1與芯層3的接觸面上設有毛圈2，毛圈2嵌入到蜂窩芯層3的基體中，這樣，兩層纖維增強層1通過其表面的毛圈2與芯層3相連接。生產產品時，將兩層設有毛圈2的纖維增強層1浸入環氧樹脂中浸潤；選擇厚度為 40mm的鋁蜂窩作為芯層3，并在其上下兩個層面各涂覆一層環氧樹脂膠衣；將兩層纖維增強層1貼覆在芯層3的上下兩面，待纖維增強層1固化后，纖維增強層1表面的毛圈2即嵌入到蜂窩芯層3的基體中，毛圈2嵌入芯層3基體中的厚度為10mm，毛圈的平面密度為100 根 /cm2。上述復合材料還可包括三層及三層以上經樹脂浸潤和固化的纖維增強層。
權利要求
1.一種纖維增強三維夾芯復合材料，包括至少兩層的纖維增強層(1)，以及至少一層的芯層(3)，所述芯層(3)位于兩相鄰纖維增強層(1)之間；其特征在于，前述纖維增強層 (1)與芯層(3)的接觸面上均設有經樹脂浸潤后的毛圈(2)，所述毛圈(2)嵌入芯層(3)的基體內。
2.根據權利要求1所述的一種纖維增強三維夾芯復合材料，其特征在于，所述毛圈(3) 均勻設置在纖維增強層(1)與芯層(3)的接觸面上，其高度為2 40mm，平面密度為1 200 根 /cm2。
3.根據權利要求1或2所述的一種纖維增強三維夾芯復合材料，其特征在于，所述芯層 (3)為發泡材料或蜂窩材料。
4.根據權利要求3所述的一種纖維增強三維夾芯復合材料，其特征在于，所述芯層(3) 采用發泡材料時，所述發泡材料為酚醛泡沫、聚氨酯泡沫、環氧泡沫、聚氯乙烯泡沫或聚甲基丙烯酰亞胺泡沫，芯層(3)厚度為5 100mm。
5.根據權利要求3所述的一種纖維增強三維夾芯復合材料，其特征在于，所述芯層(3) 采用蜂窩材料時，所述蜂窩材料為鋁蜂窩、紙蜂窩或塑料蜂窩，芯層(3)厚度為5 40mm。
6.根據權利要求1或2所述的一種纖維增強三維夾芯復合材料，其特征在于，所述纖維增強層(1)的材質為玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維中的一種或兩種以上的混合纖維。
7.根據權利要求1或2所述的一種纖維增強三維夾芯復合材料，其特征在于，所述浸潤設有毛圈的纖維增強層(1)時采用的樹脂為酚醛類、環氧類、聚酯類或聚酰亞胺類樹脂。
全文摘要
本發明公開了一種纖維增強三維夾芯復合材料，包括至少兩層的纖維增強層，以及至少一層的芯層，所述芯層位于兩相鄰纖維增強層之間；前述纖維增強層與芯層的接觸面上均設有經樹脂浸潤后的毛圈，所述毛圈嵌入芯層的基體內。本發明結構簡單、制作工藝簡單、成本低、面層與芯層不易分離，且產品的力學性能好。
文檔編號B32B27/04GK102367019SQ201110342158
公開日2012年3月7日 申請日期2011年11月3日 優先權日2011年11月3日
發明者匡寧, 張艷紅, 王曉文, 鄭云, 馬健 申請人:中材科技股份有限公司