一種大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料及其制備方法，根據(jù)胞狀結(jié)構(gòu)大變形的受力特性，對(duì)需大變形的單胞胞壁用玻璃纖維布和柔性環(huán)氧樹脂成型，由于采用柔性環(huán)氧樹脂實(shí)現(xiàn)了大變形功能；對(duì)起連接作用的胞壁用玻璃纖維和環(huán)氧樹脂成型，對(duì)單胞行之間的連接用碳纖維和環(huán)氧樹脂成型，以獲得高的剛度，滿足承受面外載荷及保持胞狀結(jié)構(gòu)在變形中形態(tài)的要求。該方法采用一次鋪貼、一次固化成型，避免二次鋪貼、固化帶來的界面缺陷，提高了單胞行間界面結(jié)合力，簡化了工藝，降低成本。用該方法制備出的胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料可應(yīng)用于變體機(jī)翼蒙皮或變體結(jié)構(gòu)的柔性支撐體。
【專利說明】一種大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可實(shí)現(xiàn)大變形的柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料及其制備方法，可用于變體機(jī)翼蒙皮或需要大變形的變體結(jié)構(gòu)的支撐體。

【背景技術(shù)】
[0002]變體機(jī)翼及變體結(jié)構(gòu)是下一代變體飛行器重要組成部分，是目前國內(nèi)外的新的研宄熱點(diǎn)。
[0003]變體機(jī)翼是指機(jī)翼的橫截面面積、前后緣彎度、翼展、后掠角等參數(shù)可根據(jù)環(huán)境變化或任務(wù)不同進(jìn)行變化的機(jī)翼。傳統(tǒng)鉸鏈?zhǔn)降目刂泼婊蛟錾b置，如:襟翼、副翼等，這種靠分離部件來改變機(jī)翼幾何外形的，不能被稱為變體機(jī)翼。變體機(jī)翼綜合了不同飛行條件下的翼型，通過飛行過程翼型的變化改變氣動(dòng)性能完成不同的任務(wù)，從而提高飛行性能和任務(wù)執(zhí)行效率，且在減重、降噪、降低能耗具有一定的優(yōu)勢(shì)。在變體機(jī)翼發(fā)展新形勢(shì)下，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料如金屬材料、玻璃纖維及碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料因剛性大，無法滿足變體機(jī)翼大變形對(duì)蒙皮的發(fā)展需要。用于變體機(jī)翼的蒙皮必須具有一定的柔性以實(shí)現(xiàn)不同翼型之間光滑轉(zhuǎn)換，同時(shí)能夠承受飛行過程中的氣動(dòng)載荷。因此在進(jìn)行蒙皮設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮各種因素，既要有足夠的柔韌度產(chǎn)生所需的變形量，又要求蒙皮不能過于柔軟以承受一定面外載荷，同時(shí)要降低對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能量的要求。
[0004]基于柔性蒙皮的特殊要求，國內(nèi)外大量的科研人員從不同的角度，提出了應(yīng)用不同形式的大變形柔性蒙皮。一是在傳統(tǒng)的樹脂基復(fù)合材料中嵌入形狀記憶合金絲，通過對(duì)形狀記憶合金絲的激勵(lì)，實(shí)現(xiàn)蒙皮的彎曲變形；停止對(duì)形狀記憶和金屬的激勵(lì)，則蒙皮在復(fù)合材料彈性回復(fù)力的作用下恢復(fù)到原理形狀。但由于形狀記憶合金絲是利用通電電阻熱進(jìn)行激勵(lì)，在激勵(lì)過程中容易在形狀記憶合金絲與復(fù)合材料基體接觸面產(chǎn)生間隙甚至脫離，導(dǎo)致激勵(lì)失敗，無法產(chǎn)生變形。因此如何提高形狀記憶合金絲與復(fù)合材料基體間的界面接觸強(qiáng)度及其疲勞性能是該類柔性蒙皮的主要問題，也是制約其發(fā)展的重要因素。二是近年來新出現(xiàn)的一種材料稱為形狀記憶聚合物。用該類材料制作的蒙皮，可在翼型需要改變時(shí)對(duì)形狀記憶聚合物加熱則變的柔軟易于變形；在承受載荷時(shí)對(duì)其冷卻，則形狀記憶聚合物可保持翼型并具有足夠的剛度，再次加熱即可恢復(fù)原來形狀。從目前的研宄看，該類材料僅適用變體機(jī)翼的彎曲變形，且在激勵(lì)方式存在困難。三是以柔性胞狀結(jié)構(gòu)為支撐體以彈性材料為表層的新型柔性蒙皮，該類蒙皮首先由美國馬里蘭大學(xué)相關(guān)研宄人員提出。該類蒙皮性能主要由柔性胞狀支撐體決定，而低模量、大應(yīng)變的彈性表層僅是為了提高光滑的氣動(dòng)外形。
[0005]由于胞狀結(jié)構(gòu)和柔性表層構(gòu)成的柔性蒙皮具有質(zhì)量輕、面外抗彎剛度大、且可實(shí)現(xiàn)大變形，是各類柔性蒙皮中關(guān)注重點(diǎn)。胞狀結(jié)構(gòu)是該類蒙皮主要研宄內(nèi)容，目前提出的可獲得大變形的胞狀結(jié)構(gòu)，主要有:六邊形柔性胞狀結(jié)構(gòu)，由于該類結(jié)構(gòu)泊松比不為零，即在面內(nèi)拉伸時(shí)一個(gè)方向伸長，與之垂直方向則產(chǎn)生收縮，是限制其應(yīng)用的不利因素。另外六邊形胞狀結(jié)構(gòu)在變形時(shí)，局部存在大的應(yīng)變，對(duì)外驅(qū)動(dòng)力要求高；拉脹胞狀結(jié)構(gòu)，該類胞狀結(jié)構(gòu)可在面內(nèi)兩個(gè)方向同時(shí)拉伸從而獲得大變形，該類胞狀結(jié)構(gòu)在變形過程中面內(nèi)的兩個(gè)方向需同時(shí)變形；零泊松比柔性胞狀結(jié)構(gòu)，由六邊形胞和內(nèi)凹六邊形胞組合而成，如圖1所示，該類胞狀結(jié)構(gòu)變形時(shí)，當(dāng)面內(nèi)一個(gè)方向伸縮，與之垂直的方向保持原來的大小不發(fā)生變化，因而被稱為零泊松比胞狀結(jié)構(gòu)，是目前研宄最多的一類胞狀結(jié)構(gòu)，該類胞狀結(jié)構(gòu)用在變體機(jī)翼上，可實(shí)現(xiàn)機(jī)翼的彎曲變形、翼展伸縮等。研宄內(nèi)容主要集中在基于胞狀理論研宄、胞狀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能之間的關(guān)系，探索胞狀結(jié)構(gòu)的幾何尺寸對(duì)力學(xué)性能參數(shù)的影響。對(duì)于柔性胞狀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方式及制備工藝研宄較少，現(xiàn)有的試驗(yàn)樣件主要集中在實(shí)驗(yàn)室用于驗(yàn)證理論的正確性，如采用3D打印的光敏樹脂、工程塑料；采用硅橡膠的一次成型等。采用這些材料制備的胞狀結(jié)構(gòu)，因?yàn)槭钦麄€(gè)結(jié)構(gòu)式同一種中材料，基體剛度大，在變形過程中容易發(fā)生斷裂，因而難以獲得大變形。采用硅橡膠制備的胞狀結(jié)構(gòu)雖然可以獲得大變形，但由于整個(gè)結(jié)構(gòu)為柔性，不能夠承受面外載荷，且在變形過程中面內(nèi)一邊伸長，與之垂直的邊則產(chǎn)生收縮。這些胞狀結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)驗(yàn)證中都不能充分滿足理論變形對(duì)尺度要求，且無法在實(shí)際工程中得到應(yīng)用，是制約該類材料研宄發(fā)展的瓶頸。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，使其具有良好的大變形特性，又能夠承受外載荷并保持胞狀結(jié)構(gòu)的形態(tài)。同時(shí)提出一種制備上述大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的方法。
[0007]技術(shù)方案:一種大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，包括若干單胞行，相鄰的所述單胞行之間通過剛性碳纖維復(fù)合材料連接；所述單胞行包括若干六邊形單胞結(jié)構(gòu)和與之配套的內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)，所述六邊形單胞結(jié)構(gòu)和內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)依次間隔設(shè)置；其中，所述六邊形單胞結(jié)構(gòu)為兩層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層的六個(gè)胞壁為玻璃纖維，需變形的四個(gè)胞壁用柔性環(huán)氧樹脂浸透成型后形成外層，其余兩個(gè)胞壁用環(huán)氧樹脂浸透成型后形成外層。
[0008]進(jìn)一步的，所述柔性環(huán)氧樹脂包括如下組分，以質(zhì)量份數(shù)計(jì):
[0009]6350柔性環(huán)氧樹脂1.8-2.2份
[0010]A70固化劑I份。
[0011]進(jìn)一步的，所述環(huán)氧樹脂包括如下組分，以質(zhì)量份數(shù)計(jì):
[0012]E51 環(huán)氧樹脂 0.8-1.2 份
[0013]3060固化劑 I份。
[0014]進(jìn)一步的，所述剛性碳纖維復(fù)合材料由碳纖維布浸透環(huán)氧樹脂形成型。
[0015]一種大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料制備方法，包括如下步驟:
[0016]步驟I)，制備模具:根據(jù)大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的單胞行結(jié)構(gòu)，制備六邊形單胞結(jié)構(gòu)模具、內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)模具以及與所述內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)模具匹配的五邊形端頭模具；
[0017]步驟2)，在模具上涂刷脫模劑并晾干；
[0018]步驟3)，裁剪增強(qiáng)纖維布:根據(jù)所述單胞結(jié)構(gòu)模具和五邊形端頭模具的大小裁剪所需的玻璃纖維布，根據(jù)柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的大小裁剪單胞行結(jié)構(gòu)之間的碳纖維布；
[0019]步驟4)，調(diào)制樹脂:將6350柔性環(huán)氧樹脂、A70固化劑按質(zhì)量份數(shù)比(1.8?2.2): I調(diào)制得到所述柔性環(huán)氧樹脂；將E51環(huán)氧樹脂、3060固化劑按質(zhì)量份數(shù)比(0.8?1.2): I調(diào)制得到所述環(huán)氧樹脂；
[0020]步驟5)，鋪貼單胞模具:在六邊形單胞結(jié)構(gòu)模具上纏繞6?8層玻璃纖維布并收緊，然后，所述六邊形單胞結(jié)構(gòu)模具中對(duì)應(yīng)單胞結(jié)構(gòu)中需變形胞壁的四條邊，用柔性環(huán)氧樹脂浸透后成型，所述六邊形單胞結(jié)構(gòu)模具的其余兩條邊用環(huán)氧樹脂浸透后成型；五邊形端頭模具除端頭外側(cè)邊以外的四條邊鋪貼6?8層玻璃纖維布并收緊，然后，所述五邊形端頭模具中對(duì)應(yīng)單胞結(jié)構(gòu)中需變形胞壁的兩條邊，用柔性環(huán)氧樹脂浸透后成型，所述五邊形端頭模具中鋪貼玻璃纖維布的其余兩條邊用環(huán)氧樹脂浸透后成型；
[0021]步驟6)，組合單胞行結(jié)構(gòu)模具:根據(jù)所需的大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料尺寸，將鋪貼好的若干六邊形單胞結(jié)構(gòu)模具和內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)模具依次間隔設(shè)置，形成長條狀單胞行結(jié)構(gòu)模具，并將兩個(gè)五邊形端頭模具配套設(shè)置在所述單胞行結(jié)構(gòu)模具的兩端;
[0022]步驟7)，鋪貼所述單胞行結(jié)構(gòu)模具間的剛性碳纖維復(fù)合材料:取組合好的一個(gè)單胞行結(jié)構(gòu)模具作為第一行，在其兩邊分別鋪貼8?10層碳纖維布，并用步驟4)調(diào)制的環(huán)氧樹脂浸透；再取一個(gè)單胞行結(jié)構(gòu)模具作為第二行，將其一邊與第一行的一邊貼緊，在第二行的另一邊鋪貼同樣層數(shù)的碳纖維布，并用步驟4)調(diào)制好的環(huán)氧樹脂浸透；根據(jù)所需的大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料尺寸，按同樣方法鋪貼其余單胞行結(jié)構(gòu)模具；
[0023]步驟8)，固化成型:將鋪貼好的所有單胞行結(jié)構(gòu)模具的四周用壓板壓緊，然后放入烘箱內(nèi)升溫至80?100°C，固化8?12小時(shí)；
[0024]步驟9)，取出固化完成的模具，打開壓板并脫模，得到所需的大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。
[0025]進(jìn)一步的，所述六邊形單胞結(jié)構(gòu)模具、內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)模具以及五邊形端頭模具均采用LY12鋁合金制備而成。
[0026]有益效果:本發(fā)明的大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中，單胞行結(jié)構(gòu)由六邊形單胞結(jié)構(gòu)和內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)間隔組合而成，根據(jù)胞狀結(jié)構(gòu)的受力特性，對(duì)在外力作用下需產(chǎn)生大變形的單胞胞壁采用柔性樹脂與玻璃纖維布成型，保證胞壁具有一定柔性；對(duì)單胞行間的胞壁采用環(huán)氧樹脂與玻璃纖維成型，保證薄壁的剛性；單胞行之間再通過碳纖維與環(huán)氧樹脂連接，保證單胞行連接處剛性，且在外力條件下結(jié)構(gòu)形式保持不變，同時(shí)能夠承受一定的面外載荷；在外力拉伸/壓縮作用下，沿拉伸/壓縮方向發(fā)生伸長/縮短，但由于六邊形與內(nèi)凹六邊形的特殊結(jié)構(gòu)在垂直于拉伸/壓縮方向的尺寸則保持不變，從而達(dá)到零泊松比的大變形效果。成型時(shí)先在在模具上鋪貼并組合好，然后一次固化成型。由于單胞行是柔性結(jié)構(gòu)，單胞行間為剛性連接，因此所制成的胞狀結(jié)構(gòu)即具有良好的大變形特性，又能夠承受外載荷并保持胞狀結(jié)構(gòu)的形態(tài)。采用一次成型固化的工藝方法，制備出的胞狀結(jié)構(gòu)界面結(jié)合強(qiáng)度高，可滿足變體結(jié)構(gòu)對(duì)大變形的應(yīng)用需求。
[0027]采用本方法制備的柔性胞狀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了變體結(jié)構(gòu)對(duì)大變形的需求，解決了目前研宄中僅有理論研宄，無法制備的工藝問題；制備工藝方法中巧妙地選取兩種不同樹脂和增強(qiáng)纖維，既滿足了變體結(jié)構(gòu)對(duì)柔性大變形的要求，又實(shí)現(xiàn)了承受一定面外載荷目的；在單胞行之間的連接處采用環(huán)氧樹脂基體，保證了單胞行之間的連接強(qiáng)度和可靠性；采用一次鋪貝占、固化成型，避免二次鋪貼、固化帶來單胞行間界面帶來的缺陷，提高了單胞行間界面結(jié)合力，簡化了工藝，提高效率，降低生產(chǎn)成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明的大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料示意圖；
[0029]圖2是六邊形單胞結(jié)構(gòu)模具結(jié)構(gòu)圖；
[0030]圖3是內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)模具結(jié)構(gòu)圖；
[0031]圖4是五邊形端頭模具結(jié)構(gòu)圖；
[0032]圖5是鋪貼有玻璃纖維和樹脂的六邊形單胞結(jié)構(gòu)模具結(jié)構(gòu)圖；
[0033]圖6是鋪貼有玻璃纖維和樹脂的五邊形端頭模具結(jié)構(gòu)體；
[0034]圖7是鋪貼后模具組成的單胞行結(jié)構(gòu)圖；
[0035]圖8是兩邊鋪貼剛性碳纖維復(fù)合材料的單胞行結(jié)構(gòu)圖；
[0036]圖9是貼好的所有單胞行結(jié)構(gòu)模具的四周用壓板壓緊的結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0038]實(shí)施例1:如圖1所示，一種大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，包括若干單胞行，相鄰的單胞行之間通過由碳纖維布浸透環(huán)氧樹脂形成型的剛性碳纖維復(fù)合材料連接。單胞行包括若干六邊形單胞結(jié)構(gòu)和與之配套的內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)，六邊形單胞結(jié)構(gòu)和內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)依次間隔設(shè)置。其中，六邊形單胞結(jié)構(gòu)為兩層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層的六個(gè)胞壁為玻璃纖維；如圖5所示，需變形的四個(gè)胞壁用柔性環(huán)氧樹脂浸透成型后形成外層，其余兩個(gè)胞壁用環(huán)氧樹脂浸透成型后形成外層。
[0039]其中，柔性環(huán)氧樹脂包括如下組分，以質(zhì)量份數(shù)計(jì):
[0040]6350柔性環(huán)氧樹脂1.8份
[0041]A70固化劑I份。
[0042]環(huán)氧樹脂包括如下組分，以質(zhì)量份數(shù)計(jì):
[0043]E51環(huán)氧樹脂0.8份
[0044]3060固化劑 I份。
[0045]制備上述大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的方法包括如下步驟:
[0046]步驟I)，制備模具:根據(jù)大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的單胞行結(jié)構(gòu)，制備如圖2所示的六邊形單胞結(jié)構(gòu)模具、如圖3所示的內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)模具以及與內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)模具匹配的五邊形端頭模具，如圖4所示，五邊形端頭模具用于單胞行的端頭成型和壓緊。內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)模具用于兩個(gè)六邊形單胞結(jié)構(gòu)模具之間的過度連接。所有模具均次用LY12鋁合金制備而成，模具的厚度根據(jù)需要的柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料決定。
[0047]步驟2)，在模具上涂刷脫模劑并晾干。
[0048]步驟3)，裁剪增強(qiáng)纖維布:根據(jù)單胞結(jié)構(gòu)模具和五邊形端頭模具的大小裁剪所需的玻璃纖維布，根據(jù)柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的大小裁剪單胞行結(jié)構(gòu)之間的碳纖維布。
[0049]步驟4)，調(diào)制樹脂:將6350柔性環(huán)氧樹脂、A70固化劑按質(zhì)量份數(shù)比1.8:1調(diào)制得到柔性環(huán)氧樹脂；將E51環(huán)氧樹脂、3060固化劑按質(zhì)量份數(shù)比0.8: I調(diào)制得到環(huán)氧樹脂。
[0050]步驟5)，鋪貼單胞模具:在六邊形單胞結(jié)構(gòu)模具上纏繞6層玻璃纖維布并收緊，然后，六邊形單胞結(jié)構(gòu)模具中對(duì)應(yīng)單胞結(jié)構(gòu)中需變形胞壁的四條邊11、12、13、14，用柔性環(huán)氧樹脂浸透后成型，六邊形單胞結(jié)構(gòu)模具的其余兩條邊15、16用環(huán)氧樹脂浸透后成型，如圖5所示。五邊形端頭模具除端頭外側(cè)邊以外的四條邊鋪貼6層玻璃纖維布并收緊，然后，五邊形端頭模具中對(duì)應(yīng)單胞結(jié)構(gòu)中需變形胞壁的兩條邊17、18，用柔性環(huán)氧樹脂浸透后成型，五邊形端頭模具中鋪貼玻璃纖維布的其余兩條邊19、20用環(huán)氧樹脂浸透后成型，如圖6所示。內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)模具不貼纖維鋪層。
[0051]步驟6)，組合單胞行結(jié)構(gòu)模具:根據(jù)所需的大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料尺寸，將鋪貼好的若干六邊形單胞結(jié)構(gòu)模具和內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)模具依次間隔設(shè)置，形成長條狀單胞行結(jié)構(gòu)模具，并將兩個(gè)五邊形端頭模具配套設(shè)置在所述單胞行結(jié)構(gòu)模具的兩端，如圖7所示。
[0052]步驟7)，鋪貼單胞行結(jié)構(gòu)模具間的剛性碳纖維復(fù)合材料4:取組合好的一個(gè)單胞行結(jié)構(gòu)模具作為第一行，在其兩邊分別鋪貼8層碳纖維布，并用步驟4)調(diào)制的環(huán)氧樹脂浸透；再取一個(gè)單胞行結(jié)構(gòu)模具作為第二行，將其一邊與第一行的一邊貼緊，在第二行的另一邊鋪貼同樣層數(shù)的碳纖維布，并用步驟4)調(diào)制好的環(huán)氧樹脂浸透，形成如圖8所示結(jié)構(gòu)；根據(jù)所需的大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料尺寸，按同樣方法鋪貼其余單胞行結(jié)構(gòu)模具。
[0053]步驟8)，固化成型:將鋪貼好的所有單胞行結(jié)構(gòu)模具的四周用壓板5壓緊，并用固定螺栓6固定，然后放入烘箱內(nèi)升溫至80°C，固化8小時(shí)，如圖9所示。
[0054]步驟9)，取出固化完成的模具，打開壓板并脫模，得到所需的大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。
[0055]實(shí)施例2: —種大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，包括若干單胞行，相鄰的單胞行之間通過由碳纖維布浸透環(huán)氧樹脂形成型的剛性碳纖維復(fù)合材料連接。單胞行包括若干六邊形單胞結(jié)構(gòu)和與之配套的內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)，六邊形單胞結(jié)構(gòu)和內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)依次間隔設(shè)置。其中，六邊形單胞結(jié)構(gòu)為兩層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層的六個(gè)胞壁為玻璃纖維；需變形的四個(gè)胞壁用柔性環(huán)氧樹脂浸透成型后形成外層，其余兩個(gè)胞壁用環(huán)氧樹脂浸透成型后形成外層。
[0056]其中，柔性環(huán)氧樹脂包括如下組分，以質(zhì)量份數(shù)計(jì):
[0057]6350柔性環(huán)氧樹脂 2.2份
[0058]A70固化劑I份。
[0059]環(huán)氧樹脂包括如下組分，以質(zhì)量份數(shù)計(jì):
[0060]E51環(huán)氧樹脂 1.2份
[0061]3060固化劑 I份。
[0062]制備上述大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的方法包括如下步驟:
[0063]步驟I)，制備模具:根據(jù)大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的單胞行結(jié)構(gòu)，制備如圖2所示的六邊形單胞結(jié)構(gòu)模具、如圖3所示的內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)模具以及與內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)模具匹配的五邊形端頭模具，如圖4所示，五邊形端頭模具用于單胞行的端頭成型和壓緊。內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)模具用于兩個(gè)六邊形單胞結(jié)構(gòu)模具之間的過度連接。所有模具均次用LY12鋁合金制備而成，模具的厚度根據(jù)需要的柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料決定。
[0064]步驟2)，在模具上涂刷脫模劑并晾干。
[0065]步驟3)，裁剪增強(qiáng)纖維布:根據(jù)單胞結(jié)構(gòu)模具和五邊形端頭模具的大小裁剪所需的玻璃纖維布，根據(jù)柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的大小裁剪單胞行結(jié)構(gòu)之間的碳纖維布。
[0066]步驟4)，調(diào)制樹脂:將6350柔性環(huán)氧樹脂、A70固化劑按質(zhì)量份數(shù)比2.2:1調(diào)制得到柔性環(huán)氧樹脂；將E51環(huán)氧樹脂、3060固化劑按質(zhì)量份數(shù)比1.2:1調(diào)制得到環(huán)氧樹脂。
[0067]步驟5)，鋪貼單胞模具:在六邊形單胞結(jié)構(gòu)模具上纏繞8層玻璃纖維布并收緊，然后，六邊形單胞結(jié)構(gòu)模具中對(duì)應(yīng)單胞結(jié)構(gòu)中需變形胞壁的四條邊11、12、13、14，用柔性環(huán)氧樹脂浸透后成型，六邊形單胞結(jié)構(gòu)模具的其余兩條邊15、16用環(huán)氧樹脂浸透后成型，如圖5所示。五邊形端頭模具除端頭外側(cè)邊以外的四條邊鋪貼8層玻璃纖維布并收緊，然后，五邊形端頭模具中對(duì)應(yīng)單胞結(jié)構(gòu)中需變形胞壁的兩條邊17、18，用柔性環(huán)氧樹脂浸透后成型，五邊形端頭模具中鋪貼玻璃纖維布的其余兩條邊19、20用環(huán)氧樹脂浸透后成型，如圖6所示。內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)模具不貼纖維鋪層。
[0068]步驟6)，組合單胞行結(jié)構(gòu)模具:根據(jù)所需的大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料尺寸，將鋪貼好的若干六邊形單胞結(jié)構(gòu)模具和內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)模具依次間隔設(shè)置，形成長條狀單胞行結(jié)構(gòu)模具，并將兩個(gè)五邊形端頭模具配套設(shè)置在所述單胞行結(jié)構(gòu)模具的兩端，如圖7所示。
[0069]步驟7)，鋪貼單胞行結(jié)構(gòu)模具間的剛性碳纖維復(fù)合材料4:取組合好的一個(gè)單胞行結(jié)構(gòu)模具作為第一行，在其兩邊分別鋪貼10層碳纖維布，并用步驟4)調(diào)制的環(huán)氧樹脂浸透；再取一個(gè)單胞行結(jié)構(gòu)模具作為第二行，將其一邊與第一行的一邊貼緊，在第二行的另一邊鋪貼同樣層數(shù)的碳纖維布，并用步驟4)調(diào)制好的環(huán)氧樹脂浸透，形成如圖8所示結(jié)構(gòu)；根據(jù)所需的大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料尺寸，按同樣方法鋪貼其余單胞行結(jié)構(gòu)模具。
[0070]步驟8)，固化成型:將鋪貼好的所有單胞行結(jié)構(gòu)模具的四周用壓板5壓緊，并用固定螺栓6固定，然后放入烘箱內(nèi)升溫至100°C，固化12小時(shí)，如圖9所示。
[0071]步驟9)，取出固化完成的模具，打開壓板并脫模，得到所需的大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。
[0072]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其特征在于:包括若干單胞行，相鄰的所述單胞行之間通過剛性碳纖維復(fù)合材料連接；所述單胞行包括若干六邊形單胞結(jié)構(gòu)和與之配套的內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)，所述六邊形單胞結(jié)構(gòu)和內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)依次間隔設(shè)置；其中，所述六邊形單胞結(jié)構(gòu)為兩層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層的六個(gè)胞壁為玻璃纖維，需變形的四個(gè)胞壁用柔性環(huán)氧樹脂浸透成型后形成外層，其余兩個(gè)胞壁用環(huán)氧樹脂浸透成型后形成外層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其特征在于:所述柔性環(huán)氧樹脂包括如下組分，以質(zhì)量份數(shù)計(jì): 6350柔性環(huán)氧樹脂1.8-2.2份 A70固化劑I份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其特征在于:所述環(huán)氧樹脂包括如下組分，以質(zhì)量份數(shù)計(jì): E51環(huán)氧樹脂0.8-1.2份 3060固化劑 I份。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其特征在于:所述剛性碳纖維復(fù)合材料由碳纖維布浸透環(huán)氧樹脂形成型。
5.一種大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟I)，制備模具:根據(jù)大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的單胞行結(jié)構(gòu)，制備六邊形單胞結(jié)構(gòu)模具、內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)模具以及與所述內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)模具匹配的五邊形端頭模具； 步驟2)，在模具上涂刷脫模劑并晾干； 步驟3)，裁剪增強(qiáng)纖維布:根據(jù)所述單胞結(jié)構(gòu)模具和五邊形端頭模具的大小裁剪所需的玻璃纖維布，根據(jù)柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的大小裁剪單胞行結(jié)構(gòu)之間的碳纖維布； 步驟4)，調(diào)制樹脂:將6350柔性環(huán)氧樹脂、A70固化劑按質(zhì)量份數(shù)比(1.8?2.2): I調(diào)制得到所述柔性環(huán)氧樹脂；將E51環(huán)氧樹脂、3060固化劑按質(zhì)量份數(shù)比(0.8?1.2): I調(diào)制得到所述環(huán)氧樹脂； 步驟5)，鋪貼單胞模具:在六邊形單胞結(jié)構(gòu)模具上纏繞6?8層玻璃纖維布并收緊，然后，所述六邊形單胞結(jié)構(gòu)模具中對(duì)應(yīng)單胞結(jié)構(gòu)中需變形胞壁的四條邊，用柔性環(huán)氧樹脂浸透后成型，所述六邊形單胞結(jié)構(gòu)模具的其余兩條邊用環(huán)氧樹脂浸透后成型；五邊形端頭模具除端頭外側(cè)邊以外的四條邊鋪貼6?8層玻璃纖維布并收緊，然后，所述五邊形端頭模具中對(duì)應(yīng)單胞結(jié)構(gòu)中需變形胞壁的兩條邊，用柔性環(huán)氧樹脂浸透后成型，所述五邊形端頭模具中鋪貼玻璃纖維布的其余兩條邊用環(huán)氧樹脂浸透后成型； 步驟6)，組合單胞行結(jié)構(gòu)模具:根據(jù)所需的大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料尺寸，將鋪貼好的若干六邊形單胞結(jié)構(gòu)模具和內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)模具依次間隔設(shè)置，形成長條狀單胞行結(jié)構(gòu)模具，并將兩個(gè)五邊形端頭模具配套設(shè)置在所述單胞行結(jié)構(gòu)模具的兩端；步驟7)，鋪貼所述單胞行結(jié)構(gòu)模具間的剛性碳纖維復(fù)合材料:取組合好的一個(gè)單胞行結(jié)構(gòu)模具作為第一行，在其兩邊分別鋪貼8?10層碳纖維布，并用步驟4)調(diào)制的環(huán)氧樹脂浸透；再取一個(gè)單胞行結(jié)構(gòu)模具作為第二行，將其一邊與第一行的一邊貼緊，在第二行的另一邊鋪貼同樣層數(shù)的碳纖維布，并用步驟4)調(diào)制好的環(huán)氧樹脂浸透；根據(jù)所需的大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料尺寸，按同樣方法鋪貼其余單胞行結(jié)構(gòu)模具； 步驟8)，固化成型:將鋪貼好的所有單胞行結(jié)構(gòu)模具的四周用壓板壓緊，然后放入烘箱內(nèi)升溫至80?100°C，固化8?12小時(shí)； 步驟9)，取出固化完成的模具，打開壓板并脫模，得到所需的大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種大變形柔性胞狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料制備方法，其特征在于:所述六邊形單胞結(jié)構(gòu)模具、內(nèi)凹六邊形單胞過渡結(jié)構(gòu)模具以及五邊形端頭模具均采用LY12鋁合金制備而成。
【文檔編號(hào)】B64C1/12GK104443346SQ201410643306
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】李杰鋒, 沈星, 潘榮華, 馬傳焱, 陳金金 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)