一種樹脂蜂窩夾芯結(jié)構及其復合材料結(jié)構的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種樹脂蜂窩夾芯結(jié)構及其復合材料結(jié)構的制備方法，屬于復合材料 的制備和應用技術領域。
【背景技術】
[0002] 蜂窩夾芯復合材料結(jié)構是W多孔蜂窩材料為芯材，纖維增強樹脂基復合材料為面 板的夾芯結(jié)構。復合材料面板具有優(yōu)異的力學性能；而蜂窩芯材可均勻分散載荷，避免了面 板由于應力集中而產(chǎn)生的破壞，因此蜂窩夾芯復合材料結(jié)構具有優(yōu)異的壓縮性能和彎曲性 能。
[0003] 蜂窩芯材最早出現(xiàn)于上世紀H十年代，英國人NormanDebruyne設計并制造了六 邊形的鉛質(zhì)蜂窩結(jié)構，二戰(zhàn)期間該結(jié)構成功的應用于飛機夾層結(jié)構設計，隨后美國在其研 制的F-11UF-14等飛機上使用面積占飛機表面總面積的70%W上，波音公司在其設計的 Boeing747飛機上首先使用芳絕紙蜂窩復合板作為飛機的地板結(jié)構，開創(chuàng)了蜂窩復合材料 應用的新領域。目前蜂窩結(jié)構材料在飛機、火箭及航天飛行器的設計中正得到越來越廣泛 的使用。
[0004] 蜂窩芯材的發(fā)展經(jīng)歷了鉛蜂窩、芳絕紙蜂窩（Nomex)的發(fā)展歷程。盡管采用鉛蜂 窩或芳絕紙蜂窩制備的夾芯復合材料具有較為優(yōu)異的力學性能，但鉛蜂窩和紙蜂窩屬于開 孔蜂窩材料，蜂窩夾芯材料在使用過程中，尤其在面板出現(xiàn)裂紋和孔隙時，水分很容易進入 蜂窩網(wǎng)格區(qū)域，在低溫條件下水分發(fā)生凝固體積膨脹，使鄰近的蜂窩網(wǎng)格結(jié)構發(fā)生破壞，導 致夾層結(jié)構的力學性能下降。有數(shù)據(jù)表明多數(shù)蜂窩夾芯結(jié)構雷達罩，因蜂窩進水而需要維 修，大大縮短了飛行器的平均無故障飛行時間。盡管夾芯結(jié)構的使用可大幅度降低飛機的 重量，而蜂窩夾芯結(jié)構高昂的成本和維護費用讓各航空公司望而卻步，轉(zhuǎn)而尋找更為可靠 的夾芯結(jié)構。此外采用鉛蜂窩或芳絕紙蜂窩制備復合材料時，需要根據(jù)夾芯結(jié)構對蜂窩芯 材進行外形加工，然后才能與面板進行粘接，最終制備成各種不同形狀的蜂窩夾芯結(jié)構，成 型工藝較為繁瑣，制造成本較高。
[0005] 3D打印技術是一種較為先進的材料成型技術，該技術采用先"微分"后"積分"的 原理，先將實體模型進行剖切，獲得各剖面的形態(tài)；后采用"積分原理"把實體的每一個剖面 依次成型，最終制備出完整實體的過程。3D打印可制備出各種復雜形狀的實體，具有高效 率、高精度的特點。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明W解決上述問題為目的，主要解決傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)格結(jié)構在水分侵蝕條件下力 學性能下降及成型工藝較為繁瑣，制造成本較高的技術問題，而提供一種閉孔的樹脂蜂窩 夾芯結(jié)構及制備方法，并采用該蜂窩制備出蜂窩夾芯復合材料結(jié)構。具體地說本發(fā)明所設 計一類閉孔蜂窩結(jié)構，采用3D打印技術來實現(xiàn)閉孔蜂窩芯材的制備，后采用真空袋或樹脂 傳遞模塑成型工藝，將蜂窩芯模與復合材料面板粘接成復合材料蜂窩夾芯結(jié)構。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過下述技術方案實現(xiàn)的：一種樹脂蜂窩夾芯結(jié)構及其復合材料 結(jié)構的制備方法，該方法包括如下步驟：
[000引 （1)采用UG、Pro/Engineer、CAD軟件建立樹脂蜂窩夾芯結(jié)構模型，閉孔蜂窩芯單 元包括上封閉平面、蜂窩、下封閉平面H部分組成。樹脂蜂窩夾芯結(jié)構模型由閉孔蜂窩芯單 元沿著厚度方向重復打印形成。
[0009] (2)采用Replicator或化ra切片軟件將蜂窩芯模的模型進行剖分，獲得各剖面的 形狀及控制代碼，并依次生成振鏡或十字滑臺的運動代碼序列或生成投影儀的投影圖案。
[0010] (3)將高性能光敏樹脂及短纖維置于超聲波振蕩器中，震蕩至纖維分散均勻。
[0011] (4)將步驟（3)制備的光敏樹脂混合物倒入透明膠槽中，將樣品臺向下運動，直至 與透明膠槽底部接觸。
[001引妨計算機運行打印軟件，執(zhí)行步驟似所生成的代碼，控制掃描機構帶動激光器 運動，光線由透明膠槽底部向樣品臺方向照射，使光敏樹脂固化并粘接在樣品臺上，當每一 個剖面固化完成后，將樣品臺向上移動1個固化厚度，依次生成夾芯結(jié)構的各剖面圖形，最 終獲得樹脂蜂窩夾芯結(jié)構。
[0013] (6)將樹脂蜂窩夾芯結(jié)構由樣品臺上取下，采用紫外線燈繼續(xù)照射，直至光敏樹脂 完全固化。
[0014] (7)將樹脂蜂窩夾芯結(jié)構用細砂紙將表面打磨粗糖，并在其表面涂覆熱固性樹脂。
[0015] (8)將纖維預浸布按樹脂蜂窩夾芯結(jié)構表面輪廓剪裁，在樹脂蜂窩夾芯結(jié)構表面 鋪放（若采用樹脂傳遞模塑成型工藝，則鋪放纖維布）。
[0016] (9)將鋪好纖維預浸布的樹脂蜂窩夾芯結(jié)構放入真空袋中，抽真空使真空袋均勻 的貼附于工件表面（若采用樹脂傳遞模塑成型工藝，則抽真空過程注入熱固性樹脂）。
[0017] (10)將裝有工件的真空袋置于熱壓罐或鼓風干燥箱中進行固化。
[0018] (11)完成固化后將復合材料夾芯結(jié)構取出，最終獲得樹脂蜂窩夾芯復合材料。
[0019] 上述樹脂蜂窩夾芯結(jié)構為閉孔蜂窩芯單元，沿著厚度方向重復打印而成，閉孔蜂 窩芯單元可W為平面，也可W為曲面。閉孔蜂窩芯單元由：上封閉平面、蜂窩、下封閉平面H 部分組成。蜂窩截面為六邊形蜂窩或矩形蜂窩依次排列而成，蜂窩壁厚0. 1-lOmm;蜂窩單 元高度為2-300mm;上、下封閉平面起封閉蜂窩孔，形成閉孔蜂窩的作用，厚度為0. 05-5mm。
[0020] 上述高性能光敏樹脂為；不飽和聚醋光敏樹脂、環(huán)氧光敏樹脂、丙帰酸型光敏樹脂 (如；深圳寶麗摩科技有限公司研發(fā)的化te-IXute-IlXute-Vn光敏樹脂或帝斯曼公司 值SM)生產(chǎn)的Somos?系列光敏樹脂）。
[0021] 上述短纖維為：短切碳纖維、短切玻璃纖維、短切芳絕纖維、短切PB0纖維、單壁碳 納米管、多壁碳納米管、碳化娃晶須、氣相生長碳纖維中的一種或幾種。
[0022] 上述紫外線燈功率為5-300瓦。
[0023] 上述熱固性樹脂為環(huán)氧樹脂、雙馬來醜亞胺樹脂、不飽和聚醋、酪醒樹脂中的一 種。
[0024] 上述纖維布為：碳纖維布、玻璃纖維布、芳絕纖維布、PB0纖維布。纖維預浸布為： 浸潰環(huán)氧樹脂、不飽和聚醋、雙馬來醜亞胺樹脂、酪醒樹脂的碳纖維布、玻璃纖維布、芳絕纖 維布、PB0纖維布，纖維預浸布層數(shù)可為1-100層。
[00巧]本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果：
[0026] 制造方法簡便、產(chǎn)品質(zhì)量可靠，具有較強的可操作性，可用于高性能復合材料夾芯 結(jié)構的制造。采用本方法制備的樹脂蜂窩夾芯結(jié)構不僅具有蜂窩尺寸可設計、蜂窩密度可 調(diào)控的特點，還可W根據(jù)復合材料夾芯結(jié)構曲面形狀，打印出相應形狀的蜂窩結(jié)構，省去傳 統(tǒng)鉛蜂窩、紙蜂窩使用過程繁瑣的機加工藝，有利于降低生產(chǎn)成本。采用該樹脂蜂窩芯材制 備的復合材料蜂窩夾芯結(jié)構具有可設計性強、質(zhì)量穩(wěn)定、密度小、力學性能可靠及強度高的 特點，可滿足航空航天領域?qū)Ω咝阅芊涓C夾芯結(jié)構的需求，為蜂窩夾芯結(jié)構在航空航天、車 輛、船舶等高技術領域的應用奠定了良好的基礎。
【附圖說明】
[0027] 圖1為閉孔蜂窩芯單元示意圖。
[002引圖中；1、上封閉平面；2、蜂窩；3、下封閉平面。
[0029] 圖2為樹脂蜂窩夾芯結(jié)構。
[0030] 圖3六邊形蜂窩結(jié)構。
[0031] 圖4矩形蜂窩結(jié)構。
[0032] 圖5樹脂蜂窩夾芯結(jié)構打印設備示意圖。
[0033] 圖中；4、升降滑臺；5、透明膠槽；6、掃描光線；7、掃描機構、8樣品臺。
[0034] 參照圖1-4, 一種樹脂蜂窩夾芯結(jié)構由閉孔蜂窩芯單元沿著厚度方向重復打印而 成，閉孔蜂窩芯單元包括上封閉平面1和下封閉平面3,所述的上封閉平面1和下封閉平面 3的間設有蜂窩2,所述蜂窩2的形狀呈六邊形或矩形。
【具體實施方式】
[0035] W下實施例用W說明本發(fā)明。
[0036] 實施例1
[0037] 參照圖5,采用UG、Pro/Engineer、CAD軟件建立正六邊形邊長為10mm，蜂窩壁厚 0. 3mm;閉孔蜂窩芯單元高10mm，封閉平面厚0. 3mm;閉孔蜂窩芯模厚度為30mm的六邊形樹 脂蜂窩夾芯結(jié)構。采用Replicator或化ra切片軟件將樹脂蜂窩夾芯結(jié)構進行剖分，獲得 各剖面的形狀，并依次生成振鏡運動代碼序列。深圳寶麗摩科技有限公司的化te-W光敏 樹脂及碳納米管置于超聲波振蕩器中，震蕩分散1小時。將上一步制備的光敏樹脂混合物 倒入透明膠槽5中。將樣品臺向下運動與透明膠槽5的底部接觸。計算機運行深圳寶麗摩 科技有限公司研發(fā)的Smart-I打印軟件，執(zhí)行蜂窩芯模剖分生成的代碼，控制掃描機構7 驅(qū)動激光器工作，產(chǎn)生掃描光線6由透明膠槽5底部向樣品臺8方向照射，使化te-W光敏 樹脂固化并粘接在樣品臺8底部，當每一個剖面固化完成后，通過升降滑臺4將樣品臺向上 移動1個固化厚度（采用化te-W光敏膠，固化厚度約0. 05mm)，依次生成夾芯結(jié)構的各剖 面圖形，最終獲得樹脂蜂窩夾芯結(jié)構。將樹脂蜂窩夾芯結(jié)構由樣品臺上8取下，采用功率為 50瓦的紫外燈繼續(xù)照射，直至光敏樹脂完全固化。將樹脂蜂窩夾芯結(jié)構用細砂紙將表面打 磨粗糖，并在涂覆環(huán)氧樹脂。將環(huán)氧纖維預浸布按樹脂蜂窩夾芯結(jié)構表面輪廓剪裁，在樹脂 蜂窩夾芯結(jié)構表面鋪放，纖維預浸布層數(shù)可為10層。將鋪好纖維預浸布的樹脂蜂窩夾芯結(jié) 構放入真空袋中，抽真空使真空袋均勻的貼附于工件表面。將裝有工件的真空袋置于熱壓 罐或鼓風干燥箱中進行固化。完成固化后將復合材料夾芯結(jié)構取出，最終獲得樹脂蜂窩夾 芯復