本發(fā)明涉及構件制造領域，尤其是涉及一種復合材料構件及其制造工藝。

背景技術：

船舶的船體一般采用鋼材、木材、有色金屬、水泥、玻璃纖維等材料制作。但是這些單一材質的船體，其缺陷是：鋼材船體本身材料比重大船體重、易腐蝕；木材船體吸水性大、易腐爛和破損及較重；有色金屬船體易腐蝕、造價昂貴；水泥船材料比重大、笨重易龜裂破損而不耐沖擊；玻璃纖維船比重較大、易龜裂分層，不耐沖擊、維修困難，制造工藝繁瑣、成本高。

塑料船艇具有抗腐蝕、重量輕、浮力大不易沉沒等優(yōu)點，目前小型游船很大一部分采用塑料船艇體。滾塑成型是制造塑料船的常用方法，然而現(xiàn)在市場上所見的全塑船仍然存在船體較重且浮力小的缺點，使用受到限制。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術的不足，提供一種復合材料構件，為浮力大的不沉構件，重量非常輕，搬運十分便捷，如果應用于船舶領域，可克服現(xiàn)生產(chǎn)出的全塑料船重量較重浮力小的缺陷，該復合材料制造的船為不沉船，其各項性能均優(yōu)于現(xiàn)有技術的傳統(tǒng)材料制備的船舶。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種復合材料構件，其特征在于，由外殼、n-1個發(fā)泡層和第n發(fā)泡體組成，其中，n是大于1的自然數(shù)，所述外殼滾塑成型且具有一空腔，n-1個發(fā)泡層依次自所述外殼的內表面逐層向內鋪設且每個發(fā)泡層圍合成一空腔，第n發(fā)泡體填充于由第n-1發(fā)泡層圍合而成的空腔內。

該復合材料構件包括外殼、一個發(fā)泡層和一個發(fā)泡體，由于本發(fā)明構件的外殼是空心的，在其內部填充各層發(fā)泡材料，降低構件整體密度，增大浮力。

進一步地，所述n-1個發(fā)泡層均選用與所述外殼相同或相容的材質。這使外殼與第一發(fā)泡層、各發(fā)泡層之間的相容性更好，不僅構件本身更輕質，且構件各層之間連接緊密，以便達到更好抗沖擊性能、抗震性能，強度和剛性高，經(jīng)久耐用。

進一步地，所述外殼由主載體塑料制成，或由主載體塑料中的一種與添加物中的一種或幾種混合而成的混合材料制成，所述主載體塑料是聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚氯乙烯塑料、聚氨酯塑料或eva(乙烯-醋酸乙烯共聚物)塑料，所述添加物是纖維粉、金屬粉或顏料；所述n-1個發(fā)泡層，是發(fā)泡聚乙烯、發(fā)泡聚丙烯、發(fā)泡聚氯乙烯、發(fā)泡聚氨酯或發(fā)泡eva(乙烯-醋酸乙烯共聚物)材料，或是聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚氯乙烯塑料、聚氨酯塑料、eva(乙烯-醋酸乙烯共聚物)塑料中的一種與纖維粉、金屬粉或顏料中的一種或幾種混合而成的混合物發(fā)泡材料；所述第n發(fā)泡體由與第n-1發(fā)泡層，是發(fā)泡聚苯乙烯、發(fā)泡聚乙烯、發(fā)泡聚丙烯、發(fā)泡聚氯乙烯、發(fā)泡聚氨酯或發(fā)泡eva(乙烯-醋酸乙烯共聚物)，或選用聚苯乙烯塑料、聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚氯乙烯塑料、聚氨酯塑料或eva(乙烯-醋酸乙烯共聚物)塑料中的一種與纖維粉、金屬粉、顏料中的一種或幾種混合而成的混合物材料的發(fā)泡體。

以上外殼、各個發(fā)泡層及發(fā)泡體中添加物的增加，可以帶來相應的特性，例如，為了增加構件的韌性添加纖維粉，為了增加構件的硬度增加金屬粉，為了使構件具有選定的顏色增加的顏料等材料與主載體混合。

進一步地，所述n-1個發(fā)泡層由與所述外殼相同或相容材料發(fā)泡而成，所述第n發(fā)泡體與第n-1發(fā)泡層的材質相同或相容。

優(yōu)選地，所述第n發(fā)泡體的材料密度是第n-1發(fā)泡層的材料密度的十分之一至三分之一。

本發(fā)明還提供一種復合材料構件的制造工藝，其特征在于包括以下步驟：

(1)按構件形狀制造模具，將外殼原料加入模具中，加熱滾塑成型后冷卻脫模，得到具有中空空腔的外殼；

(2)n-1個發(fā)泡層的制備：在外殼機械打孔制作噴注孔，通過噴注孔依次注入n-1層發(fā)泡材料和發(fā)泡劑混合料，依次在不低于每層發(fā)泡材料熔化及發(fā)泡的溫度條件下逐漸加溫成型，逐層發(fā)泡形成n-1個發(fā)泡層由所述外殼的內表面逐層向內鋪設且每層圍合成一空腔，所述n-1層發(fā)泡材料與外殼的材料為相同材料或相容性材料；

(3)第n發(fā)泡體的制備：在外殼噴注孔對應位置制作第n-1發(fā)泡層噴注孔，通過外殼及n-1個發(fā)泡層的噴注孔往第n-1發(fā)泡層形成的空腔內注入第n發(fā)泡材料和發(fā)泡劑混合料，在不低于第n發(fā)泡材料熔化及發(fā)泡的溫度條件下逐漸加溫成型，第n發(fā)泡材料與發(fā)泡劑在注入前充分混合后注入空腔內依附在第n-1發(fā)泡層上，且填充滿整個第n-1發(fā)泡層圍合而成的空腔；

所述的n均為大于1的自然數(shù)。

上述n-1個發(fā)泡層和第n發(fā)泡體制備時，每個發(fā)泡層發(fā)泡成型后如果其內部有新的空腔形成，那么在新形成的空腔內，再次注入發(fā)泡材料和發(fā)泡劑，產(chǎn)生新的發(fā)泡層進行填充，直至最后形成充滿內部空腔的新的發(fā)泡體即第n發(fā)泡體。

優(yōu)選地，所述第(3)步驟第n發(fā)泡體制備時將構件作360度滾動加熱。

進一步地，所述外殼原料是主載體塑料，或由主載體塑料中的一種與添加物中的一種或幾種混合而成的混合料，其中所述主載體塑料是聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚氯乙烯塑料、聚氨酯塑料或eva塑料，所述添加物是纖維粉、金屬粉或顏料。

進一步地，主載體塑料粉料占總外殼原料的重量百分比是9％～100％。

進一步地，所述n-1個發(fā)泡層材料是聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚氯乙烯塑料、聚氨酯塑料或eva塑料，或是聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚氯乙烯塑料、聚氨酯塑料或eva塑料粉料中的一種與纖維粉、金屬粉或顏料中的一種或幾種混合而成的混合物材料；所述第n發(fā)泡材料是聚苯乙烯塑料、聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚氯乙烯塑料、聚氨酯塑料或eva塑料，或選用聚苯乙烯塑料、聚乙烯塑料、聚丙烯塑料、聚氯乙烯塑料、聚氨酯塑料或eva塑料中的一種與纖維粉、金屬粉、顏料中的一種或幾種混合而成的混合物材料。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明的復合材料構件浮力大，重量非常輕，搬運便捷，應用于船舶領域，可克服現(xiàn)生產(chǎn)出的全塑料船重量較重浮力小的缺陷，且由于構件本身由多層材料構成，可根據(jù)構件的強度、硬度等各項性能的需求對其發(fā)泡層和發(fā)泡體調節(jié)以達到目的。

(2)作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，n-1個發(fā)泡層與外殼是同一種材料或是性質(化學性質)相近的材料，兩者相容性好，可達到無縫連接，其粘結牢固；第n-1發(fā)泡層的表面(與第n發(fā)泡體接觸的一面)以及每個發(fā)泡層的表面是不平整的和不規(guī)則的，充滿了完整或不完整的氣泡，當?shù)趎-1發(fā)泡層在與第n發(fā)泡體結合或每個發(fā)泡層之間結合時，互相之間的連接是交錯形式的，緊密的物理連接，使外殼、n-1個發(fā)泡層、第n發(fā)泡體成為一個整體，力學性能更優(yōu)，抗沖擊性能和抗震性更好，強度和剛性高，經(jīng)久耐用；第n發(fā)泡材料還可以選擇的是密度更輕的發(fā)泡材料，比第n-1發(fā)泡層材料輕3～10倍，因為第n泡材料填充的空間為外殼內部大部分的空間，整個構件的重量可以大大減輕，浮力更大，應用于船舶領域，則使本發(fā)明的船體不易沉，更輕質，搬運更方便，且比現(xiàn)有其他材料制造的船更耐腐蝕和耐沖擊，且可根據(jù)需要帶來一定的韌性及硬度等特性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的復合材料構件俯視結構示意圖；

圖2是實施例1的圖1的a-a剖視圖；

圖3是實施例2的圖1的a-a剖視圖；

圖4是實施例4的復合材料構件截面剖視圖；

其中，各附圖標記表示的含義是：

1-第一發(fā)泡層，2-第二發(fā)泡層(體)，3-第三發(fā)泡層(體)，4-第四發(fā)泡層(體)，s-外殼。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實施例1

如圖1～2所示，本實施例的復合材料構件由外殼s、第一發(fā)泡層1和第二發(fā)泡體2組成，外殼滾塑成型且具有一空腔，第一發(fā)泡層1鋪設于整個外殼s的內表面，第一發(fā)泡層1選用和外殼s相同材質，第二發(fā)泡體2填充于由第一發(fā)泡層1圍合而成的空腔內。本實施例中，該復合材料構件是船體。

其中，船體可以是一體成型的；也可以是由獨立的船身和船底固定拼接而成，船體的每個獨立部分都由上述復合材料組成。

本實施例中，外殼s是聚乙烯塑料，第一發(fā)泡層1是發(fā)泡聚乙烯。第二發(fā)泡體2是聚乙烯和鋅粉的混合物的發(fā)泡材料。

本實施例的復合材料構件制造工藝，包括以下步驟：

(1)按照船體結構制造模具，將聚乙烯塑料加入模具中，加熱滾塑成型后冷卻脫模，得到具有中空空腔的外殼s；

(2)第一發(fā)泡層1的制備：在外殼機械打孔制作噴注孔，通過噴注孔注入聚乙烯塑料和發(fā)泡劑的混合料，逐漸加溫至不低于聚乙烯熔化及發(fā)泡的溫度條件，形成熔融聚乙烯，發(fā)泡后形成第一發(fā)泡層鋪設于整個外殼的內表面，并圍合成一空腔；

(3)第二發(fā)泡體2的制備：在外殼噴注孔對應位置制作第一發(fā)泡層噴注孔，通過外殼及第一發(fā)泡層的噴注孔往第一發(fā)泡層形成的空腔內注入聚乙烯塑料、鋅粉和發(fā)泡劑混合料，逐漸加溫至不低于聚乙烯和鋅粉的混合物的熔化及發(fā)泡的溫度條件下，發(fā)泡形成第二發(fā)泡體填充滿整個第一發(fā)泡層圍合而成的空腔；優(yōu)選地，第二發(fā)泡體的密度是第一發(fā)泡層的密度的十分之一至三分之一，這樣可以更好地大大減輕構件本身的重量，增大在水面的浮力。

實施例2

如圖1、3，本實施例的復合材料構件由外殼s、第一發(fā)泡層1、第二發(fā)泡層2和第三發(fā)泡體3組成，外殼s滾塑成型且具有一空腔，第一發(fā)泡層1鋪設于整個外殼s的內表面且形成一空腔，第二發(fā)泡層2鋪設于第一發(fā)泡層1的內表面且形成一空腔，第三發(fā)泡體3填充于由第二發(fā)泡層2圍合而成的空腔內。其中，外殼s是聚丙烯與顏料的混合物制成，其中聚丙烯占該混合物總量的百分比是9％，第一發(fā)泡層1是發(fā)泡聚丙烯，第二發(fā)泡層2是聚丙烯與鐵粉的混合物的發(fā)泡材料，第三發(fā)泡體3是聚丙烯與纖維粉的混合物的發(fā)泡材料。本實施例中，該復合材料構件是船體。

本實施例的復合材料構件制造工藝，包括以下步驟：

(1)按照船體結構制造模具，將聚丙烯粉料及顏料的混合物加入模具中，加熱滾塑成型后冷卻脫模，得到具有中空空腔的外殼；

(2)在外殼機械打孔制作噴注孔，通過噴注孔注入聚丙烯粉料和發(fā)泡劑的混合料，逐漸加溫至不低于聚丙烯塑料熔化及發(fā)泡的溫度條件下，熔融聚丙烯發(fā)泡形成第一發(fā)泡層鋪設于整個外殼的內表面，第一發(fā)泡層圍合成一空腔；然后在外殼噴注孔對應位置制作第一發(fā)泡層噴注孔，通過外殼及第一發(fā)泡層的噴注孔往第一發(fā)泡層形成的空腔內注入聚丙烯粉料、鐵粉和發(fā)泡劑混合料，逐漸加溫至不低于聚丙烯粉料和鐵粉的混合物熔化及發(fā)泡的溫度條件下，發(fā)泡形成第二發(fā)泡層鋪設在第一發(fā)泡層圍合而成的空腔內表層；

(3)按同樣的方式制作噴注孔，往第二發(fā)泡層形成的空腔內采用同樣的工藝，再注入聚丙烯粉料和纖維粉的混合料，逐漸加溫至不低于聚丙烯和纖維粉的混合物的熔化及發(fā)泡溫度條件，并將船體作360度滾動加熱，發(fā)泡形成第三發(fā)泡體3，直至填充滿第二發(fā)泡層2內的空腔。

實施例3

本實施例的復合材料構件結構同實施例1，本實施例中，該復合材料構件是船體，外殼s是由聚氯乙烯粉料、纖維粉和顏料的混合物制成，其中聚氯乙烯粉料占該混合物總量的百分比是90％，第一發(fā)泡層1是聚氯乙烯和纖維粉的混合物的發(fā)泡材料，第二發(fā)泡體2是聚氯乙烯、銅粉和顏料的混合物的發(fā)泡材料。

本實施例的復合材料構件制造工藝，包括以下步驟：

(1)按照船體結構制造模具，將聚氯乙烯粉料、纖維粉和顏料的混合物加入模具中，加熱滾塑成型后冷卻脫模，得到具有中空空腔的外殼s；

(2)在外殼機械打孔制作噴注孔，通過噴注孔注入聚氯乙烯粉料和發(fā)泡劑混合料，逐漸加溫至不低于聚氯乙烯熔化及發(fā)泡的溫度條件下，形成熔融聚氯乙烯，發(fā)泡形成第一發(fā)泡層1鋪設于整個外殼的內表面；

(3)在外殼噴注孔對應位置制作第一發(fā)泡層噴注孔，通過外殼及第一發(fā)泡層1的噴注孔往第一發(fā)泡層1形成的空腔內注入聚氯乙烯粉料、銅粉、顏料和發(fā)泡劑混合料，逐漸加溫至不低于聚氯乙烯粉料、銅粉、顏料的混合物的熔化及發(fā)泡的溫度條件，并將船體作360度滾動加熱，發(fā)泡形成第二發(fā)泡體2填充滿整個第一發(fā)泡層1圍合而成的空腔內。

實施例4：

如圖1、4所示，本實施例的復合材料構件由外殼s、3個發(fā)泡層和第四發(fā)泡體4組成，所述3個發(fā)泡層分別是第一發(fā)泡層1、第二發(fā)泡層2、第三發(fā)泡層3，外殼s滾塑成型且具有一空腔，第一發(fā)泡層1鋪設于整個外殼s的內表面且形成一空腔，第一發(fā)泡層1、第二發(fā)泡層2、第三發(fā)泡層3依次自外殼s的內表面逐層向上鋪設且每層圍合成一空腔，第四發(fā)泡體4填充于由第二發(fā)泡層2圍合而成的空腔內。其中，外殼s是聚乙烯塑料，第一發(fā)泡層1是發(fā)泡聚乙烯，第二發(fā)泡層2是聚乙烯與鐵粉的混合物的發(fā)泡材料，第三發(fā)泡層3是聚乙烯與纖維粉的混合物的發(fā)泡材料，第四發(fā)泡體4是聚苯乙烯粉料與顏料的混合物的發(fā)泡材料。

本實施例的復合材料構件制造工藝，包括以下步驟：

(1)按照構件結構制造模具，將聚氨酯粉料加入模具中，加熱滾塑成型后冷卻脫模，得到具有中空空腔的外殼；

(2)在外殼機械打孔制作噴注孔，通過噴注孔注入聚乙烯塑料和發(fā)泡劑混合料，逐漸加熱至不低于聚乙烯塑料熔化及發(fā)泡的溫度條件，熔融聚乙烯發(fā)泡形成第一發(fā)泡層鋪設于整個外殼的內表面，第一發(fā)泡層圍合成一空腔；然后在外殼噴注孔對應位置制作第一發(fā)泡層噴注孔，通過外殼及第一發(fā)泡層的噴注孔往第一發(fā)泡層形成的空腔內注入聚乙烯塑料、鐵粉和發(fā)泡劑混合料，逐漸加溫至不低于聚乙烯塑料和鐵粉的混合物熔化及發(fā)泡的溫度條件下，發(fā)泡形成第二發(fā)泡層鋪設在第一發(fā)泡層圍合而成的空腔內表層；按上述同樣的方式制作噴注孔，往第二發(fā)泡層形成的空腔內再注入聚乙烯塑料、纖維粉和發(fā)泡劑混合料，逐漸加溫至不低于聚乙烯塑料和纖維粉的混合物熔化及發(fā)泡的溫度條件下，發(fā)泡形成第三發(fā)泡層鋪設在第二發(fā)泡層圍合而成的空腔內表層；

(3)在外殼噴注孔對應位置制作第三發(fā)泡層噴注孔，通過外殼及各發(fā)泡層的噴注孔往第三發(fā)泡層形成的空腔內注入聚苯乙烯塑料、顏料和發(fā)泡劑混合料，逐漸加溫至不低于聚苯乙烯塑料和顏料的混合物熔化及發(fā)泡的溫度條件下，發(fā)泡形成第四發(fā)泡體填充滿整個第三發(fā)泡層圍合而成的空腔內。

實施例5：

本實施例的復合材料構件結構同實施例2，本實施例中，該復合材料構件是船體，外殼s是由eva塑料和顏料的混合物制成，第一發(fā)泡層1是eva塑料和纖維粉的混合物的發(fā)泡材料，第二發(fā)泡層2是eva塑料、鋁粉和纖維粉的混合物的發(fā)泡材料，第三發(fā)泡體3是發(fā)泡聚苯乙烯。

本實施例的復合材料構件制造工藝，包括以下步驟：

(1)按照船體結構制造模具，將eva塑料及顏料的混合物加入模具中，加熱滾塑成型后冷卻脫模，得到具有中空空腔的外殼；

(2)在外殼機械打孔制作噴注孔，通過噴注孔注入eva塑料、纖維粉和發(fā)泡劑的混合料，逐漸加溫至不低于eva塑料和纖維粉的混合料熔化及發(fā)泡的溫度條件下形成第一發(fā)泡層鋪設于整個外殼的內表面，第一發(fā)泡層圍合成一空腔；然后在外殼噴注孔對應位置制作第一發(fā)泡層噴注孔，通過外殼及第一發(fā)泡層的噴注孔往第一發(fā)泡層形成的空腔內注入eva塑料、鋁粉、纖維粉和發(fā)泡劑混合料，逐漸加溫至不低于eva塑料、鋁粉和纖維粉的混合物熔化及發(fā)泡的溫度條件下，發(fā)泡形成第二發(fā)泡層鋪設在第一發(fā)泡層圍合而成的空腔內表層；

(3)按同樣的方式制作噴注孔，往第二發(fā)泡層形成的空腔內采用同樣的工藝，再注入聚苯乙烯塑料，逐漸加溫至不低于聚苯乙烯熔化及發(fā)泡溫度條件，并將船體作360度滾動加熱，發(fā)泡形成第三發(fā)泡體3，直至填充滿第二發(fā)泡層2內的空腔。

以上各實施例的復合材料構件的結構實質是相同的，按照預定設計和生產(chǎn)工藝，如第二發(fā)泡層沒有全部填充滿第一發(fā)泡體形成的空腔，而只是在第一發(fā)泡層內壁形成新的一層發(fā)泡層，則可采用同樣的工藝，在第二層發(fā)泡體形成的空腔再噴注新的相容的發(fā)泡材料進行填充或再次形成新的一層發(fā)泡層(或發(fā)泡體)，即：在外殼s的內部可形成n層發(fā)泡材料，其中第n層發(fā)泡體填充滿第n-1層發(fā)泡層所形成的空腔，以上所述n是大于1的自然數(shù)。

本發(fā)明的復合材料構件可以應用于包括船舶領域在內的各領域中。

本發(fā)明并不局限于上述實施方式，如果對本發(fā)明的各種改動或變形不脫離本發(fā)明的精神和范圍，倘若這些改動和變形屬于本發(fā)明的權利要求和等同技術范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變形。