本發(fā)明專利技術(shù)公開一種具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元及含該單元復(fù)合材料，該具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元，該構(gòu)件單元由纖維層在空間上沿兩維方向上曲折設(shè)置構(gòu)成，所述構(gòu)件單元是纖維層卷制構(gòu)成層卷結(jié)構(gòu)單元、層疊結(jié)構(gòu)單元或包芯結(jié)構(gòu)單元。采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明專利技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)單纖維層在復(fù)合材料構(gòu)件中鋪放形式的改變，在上面層和下面層之間設(shè)置有層疊結(jié)構(gòu)單元或?qū)泳斫Y(jié)構(gòu)單元或包芯結(jié)構(gòu)單元，使構(gòu)件厚度方向上具有承擔(dān)載荷的纖維，從而提高纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的抗分層能力。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于纖維增強(qiáng)層狀復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，具體地說(shuō)涉及具有抗分層特性的纖維增強(qiáng)層狀復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。利用單向或多向纖維單層單元通過(guò)卷制成或折疊成在厚度方向有纖維通過(guò)的結(jié)構(gòu)單元，并將這些單元加以有機(jī)組合，從而使層狀纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)具有所需要的抗分層能力。
技術(shù)介紹
作為一種先進(jìn)的工程材料，復(fù)合材料特別是纖維增強(qiáng)復(fù)合材料正在逐步取代傳統(tǒng)工程材料(如金屬材料和木材)廣泛地應(yīng)用于航天、航空、航海、建筑、汽車、體育及醫(yī)療器械等工業(yè)領(lǐng)域，由于這類材料具有重量輕、比剛度大、比強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng)、耐腐蝕、可設(shè)計(jì)性好等特點(diǎn)，除了用于薄壁覆蓋件外，也越來(lái)越多地用于結(jié)構(gòu)承載件。雖然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的復(fù)合方式不斷出新，但應(yīng)用最廣泛的仍然是層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)形式。這類復(fù)合材料結(jié)構(gòu)通常應(yīng)用一組薄的單纖維層板(單向纖維或多向纖維、編織或非編織、樹脂預(yù)浸或非預(yù)浸)，按照一定的順序鋪設(shè)并經(jīng)相應(yīng)的加工工序固化后，層間基體將各個(gè)層板粘合在一起，從而得到所需要形狀與尺寸的構(gòu)件。顯然，由于復(fù)合材料材料制造工藝的特殊性，所得到的結(jié)構(gòu)件就具有傳統(tǒng)工程材料無(wú)法實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。例如，通過(guò)改變每層纖維的數(shù)量或方向可以制成在不同方向具有不同性能的結(jié)構(gòu)，從而在滿足結(jié)構(gòu)承載需要的同時(shí)，得到最輕的構(gòu)件重量，這對(duì)以輕量化為目標(biāo)的現(xiàn)代制造工業(yè)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。但是，由于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料使用高性能纖維與性能較弱基體材料相結(jié)合的自身特點(diǎn)，如果材料內(nèi)部固化不良或者有外來(lái)雜質(zhì)，當(dāng)遇到反復(fù)循環(huán)載荷或沖擊載荷時(shí)，基體本身就容易破壞，其相鄰纖維就有可能無(wú)法保持在原來(lái)的位置或原來(lái)給定的方向，特別是在沿層間方向存在的剪切應(yīng)力，非常容易引起層間分離，形成像云母狀的層狀結(jié)構(gòu)，從而影響層狀復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的承載能力，限制它們?cè)诟訌V泛領(lǐng)域和特殊場(chǎng)合的推廣和使用。分層作為層狀復(fù)合材料層最常見的一種失效模式，一直是復(fù)合材料科學(xué)
關(guān)注的重點(diǎn)，許多提高復(fù)合材料分層破壞抗力的技術(shù)措施應(yīng)運(yùn)而生。常見的方法有:基體改性增韌、層間短細(xì)纖維(或塑性顆粒)增韌、關(guān)鍵層截?cái)?阻止剪切應(yīng)力傳遞)、剛性層替換、鋪放順序優(yōu)化、層間縫合、三維編織、邊緣包覆增強(qiáng)(如美國(guó)專利US6277463B1、US6544366B2和US20010053432A1)等。其它一些方法如2.5維編織增強(qiáng)(三維編織后沿水平面剪斷，從而在厚度方向留下垂直短纖維)、垂直Z-軸釘扎技術(shù)(在厚度方向插入纖維棒或金屬釘或金屬絲)、層間非規(guī)則界面的相互鑲嵌(如美國(guó)專利US6333092B1)等也多是在上述技術(shù)基礎(chǔ)上的改進(jìn)。總之，這些技術(shù)措施雖然在實(shí)際應(yīng)用中均有一定的效果，但或多或少也存在著各種各樣的不足。有些是以犧牲材料的剪切模量、抗拉強(qiáng)度或其它面內(nèi)性能為代價(jià)，有些則大大地增加了構(gòu)件的重量；許多技術(shù)措施不僅使制造成本大幅度提高，而且工藝過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)比較困難
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服上述不足提供一種具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元及含該單元復(fù)合材料，其成本低廉、對(duì)最終產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)重量、體積和性能沒有較大影響。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案: 一種具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元，該構(gòu)件單元由纖維層在空間上沿兩維方向上曲折設(shè)置構(gòu)成。上述具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元，所述構(gòu)件單元是纖維層連續(xù)卷制構(gòu)成層卷結(jié)構(gòu)單元，層卷結(jié)構(gòu)單元的纖維層在空間上沿兩維方向上曲折設(shè)置。上述具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元，所述構(gòu)件單元是纖維層連續(xù)疊制構(gòu)成的層疊結(jié)構(gòu)單元，層疊結(jié)構(gòu)單元的纖維層在空間上沿兩維方向上曲折設(shè)置。上述具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元,所述該構(gòu)件單元是由芯材和包裹在芯材外面的纖維包覆層構(gòu)成的包芯結(jié)構(gòu)單元，包芯結(jié)構(gòu)單元的纖維層在空間上沿兩維方向上曲折設(shè)置，芯材是普通層狀纖維增強(qiáng)復(fù)合材料或泡沫塑料層或金屬芯層，或者芯材是纖維連續(xù)疊制構(gòu)成的層疊結(jié)構(gòu)單元，或者芯材是纖維層層疊構(gòu)成的層疊結(jié)構(gòu)單元。上述具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元，所述包芯結(jié)構(gòu)單元是具有規(guī)則形狀的包芯結(jié)構(gòu)單元，由規(guī)則形狀的芯材和包裹在芯材外面的纖維包覆層構(gòu)成。上述具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元，所述包芯結(jié)構(gòu)單元是異形包芯結(jié)構(gòu)單元，該異形包芯結(jié)構(gòu)單元由四種異形包芯結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的至少兩種相互拼接構(gòu)成，該異形包芯結(jié)構(gòu)構(gòu)件均由異形芯材及包裹在異形芯材外面的纖維包覆層構(gòu)成，異形芯材構(gòu)件有四種結(jié)構(gòu)，第一種異形芯材構(gòu)件的兩側(cè)面對(duì)稱設(shè)置有凹槽，第二種異形芯材構(gòu)件的兩側(cè)面對(duì)稱設(shè)置有能卡進(jìn)第一種異形芯材側(cè)面凹槽相配的凸塊，第三種異形芯材構(gòu)件的一個(gè)側(cè)面上設(shè)置有凹槽，第四種結(jié)構(gòu)構(gòu)件是異形芯材的一個(gè)側(cè)面設(shè)置有凸塊。上述具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元，所述包芯結(jié)構(gòu)單元是異形包芯結(jié)構(gòu)單元，該異形包芯結(jié)構(gòu)單元由四種異形包芯結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的至少兩種相互拼接構(gòu)成，該異形包芯結(jié)構(gòu)構(gòu)件均由異形芯材及包裹在異形芯材外面的纖維包覆層構(gòu)成該異形包芯結(jié)構(gòu)構(gòu)件均由異形芯材及包裹在異形芯材外面的纖維包覆層構(gòu)成，異形芯材構(gòu)件有四種結(jié)構(gòu)，異形芯材構(gòu)件有四種結(jié)構(gòu)，在第一種異形芯材構(gòu)件的兩側(cè)面對(duì)稱設(shè)置有燕尾槽，第二種異形芯材構(gòu)件的兩側(cè)面對(duì)稱設(shè)置有能卡進(jìn)第一種異形芯材側(cè)面燕尾槽相配的燕尾凸塊，第三異形芯材構(gòu)件的一個(gè)側(cè)面上設(shè)置有燕尾槽，第四種結(jié)構(gòu)的異形芯材構(gòu)件的一個(gè)側(cè)面上設(shè)置有燕尾凸塊。當(dāng)層卷結(jié)構(gòu)單元、層疊結(jié)構(gòu)單元和包芯結(jié)構(gòu)單元的纖維層只采用單向單纖維層時(shí)，其纖維方向應(yīng)該與層卷結(jié)構(gòu)單元、層疊結(jié)構(gòu)單元或包芯結(jié)構(gòu)單元的長(zhǎng)軸方向垂直或成一定的角度。當(dāng)層卷結(jié)構(gòu)單元、層疊結(jié)構(gòu)單元和包芯結(jié)構(gòu)單元的纖維層不是采用單向單纖維層時(shí)，其纖維方向與層卷結(jié)構(gòu)單元、層疊結(jié)構(gòu)單元或包芯結(jié)構(gòu)單元的長(zhǎng)軸方向之間可以是任意角度。一種含有上述具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元的復(fù)合材料，包括兩個(gè)面層，在兩個(gè)面層之間設(shè)置有具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元。上述含有具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元的復(fù)合材料，在兩個(gè)面層之間的具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元是一層，具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元由至少一個(gè)具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元排列而成；對(duì)于層卷結(jié)構(gòu)單元，該具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元由一個(gè)層卷結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，或者由多個(gè)層卷結(jié)構(gòu)單元排列而成；對(duì)于層疊結(jié)構(gòu)單元，該具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元由一個(gè)該層疊結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，或者是由多個(gè)該層疊結(jié)構(gòu)單元橫向或豎向相互插接或并列排列，或者由多個(gè)該層疊結(jié)構(gòu)單元橫豎交替排列構(gòu)成；或者該具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元由層卷結(jié)構(gòu)單元和層疊結(jié)構(gòu)單元交錯(cuò)排列；對(duì)于具有規(guī)則形狀的包芯結(jié)構(gòu)單元，該具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元由一個(gè)該包芯結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，或者由多個(gè)該包芯結(jié)構(gòu)單元橫向或豎向排列構(gòu)成；對(duì)于異形包芯結(jié)構(gòu)單元，該異形包芯結(jié)構(gòu)單元由四種異形包芯結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的至少兩種相互拼接，構(gòu)成規(guī)則或不規(guī)則的具有抗分層特性的復(fù)合材料中間層。上述含有具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元的復(fù)合材料，在兩個(gè)面層之間的具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元至少是兩層，兩層是同方向疊加或橫向豎向交錯(cuò)疊加，每層具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元由至少一個(gè)具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元排列而成；對(duì)于層卷結(jié)構(gòu)單元，該具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元由一個(gè)層卷結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，或者由多個(gè)層卷結(jié)構(gòu)單元排列而成；對(duì)于層疊結(jié)構(gòu)單元，該具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元由一個(gè)該層疊結(jié)構(gòu)單本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元，其特征在于：該構(gòu)件單元由纖維層在空間上沿兩維方向上曲折設(shè)置構(gòu)成。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元，其特征在于:該構(gòu)件單元由纖維層在空間上沿兩維方向上曲折設(shè)置構(gòu)成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元，其特征在于:所述構(gòu)件單元是纖維層連續(xù)卷制構(gòu)成層卷結(jié)構(gòu)單元，層卷結(jié)構(gòu)單元的纖維層在空間上沿兩維方向上曲折設(shè)置。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元，其特征在于:所述構(gòu)件單元是纖維層連續(xù)疊制構(gòu)成的層疊結(jié)構(gòu)單元，層疊結(jié)構(gòu)單元的纖維層在空間上沿兩維方向上曲折設(shè)置。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元，其特征在于:所述該構(gòu)件單元是由芯材和包裹在芯材外面的纖維包覆層構(gòu)成的包芯結(jié)構(gòu)單元，包芯結(jié)構(gòu)單元的纖維層在空間上沿兩維方向上曲折設(shè)置，芯材是普通層狀纖維增強(qiáng)復(fù)合材料或泡沫塑料層或金屬芯層，或者芯材是纖維連續(xù)疊制構(gòu)成的層疊結(jié)構(gòu)單元，或者芯材是纖維層層疊構(gòu)成的層疊結(jié)構(gòu)單元。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元，其特征在于:所述包芯結(jié)構(gòu)單元是具有 規(guī)則形狀的包芯結(jié)構(gòu)單元，由規(guī)則形狀的芯材和包裹在芯材外面的纖維包覆層構(gòu)成。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元，其特征在于:所述包芯結(jié)構(gòu)單元是異形包芯結(jié)構(gòu)單元，該異形包芯結(jié)構(gòu)單元由四種異形包芯結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的至少兩種相互拼接構(gòu)成，該異形包芯結(jié)構(gòu)構(gòu)件均由異形芯材及包裹在異形芯材外面的纖維包覆層構(gòu)成，異形芯材構(gòu)件有四種結(jié)構(gòu)，第一種異形芯材構(gòu)件的兩側(cè)面對(duì)稱設(shè)置有凹槽，第二種異形芯材構(gòu)件的兩側(cè)面對(duì)稱設(shè)置有能卡進(jìn)第一種異形芯材側(cè)面凹槽相配的凸塊，第三種異形芯材構(gòu)件的一個(gè)側(cè)面上設(shè)置有凹槽，第四種結(jié)構(gòu)構(gòu)件是異形芯材的一個(gè)側(cè)面設(shè)置有凸塊。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有抗分層特性的復(fù)合材料構(gòu)件單元，其特征在于:所述包芯結(jié)構(gòu)單元是異形包芯結(jié)構(gòu)單元，該異形包芯結(jié)構(gòu)單元由四種異形包芯結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的至少兩種相互拼接構(gòu)成，該異形包芯結(jié)構(gòu)構(gòu)件均由異形芯材及包裹在異形芯材外面的纖維包覆層構(gòu)成該異形包芯結(jié)構(gòu)構(gòu)件均由異形芯材及包裹在異形芯材外面的纖維包覆層構(gòu)成，異形芯材構(gòu)件有四種結(jié)構(gòu)，異形芯材構(gòu)件有四種結(jié)構(gòu)，在第一種異形芯材構(gòu)件的兩側(cè)面對(duì)稱設(shè)置有燕尾槽，第二種異形芯材構(gòu)件的兩側(cè)面對(duì)稱設(shè)置有能卡進(jìn)第一種異形芯材側(cè)面燕尾槽相配的燕尾凸塊，第三異形芯材構(gòu)件的一個(gè)側(cè)面上設(shè)置有燕尾槽，第四種結(jié)構(gòu)的異形芯材構(gòu)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐獻(xiàn)忠，侯金平，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：漯河天英材料高科有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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