一种柔性复合材料曲面结构及其制备方法与流程

本发明涉及复合材料，具体涉及一种柔性复合材料曲面结构及其制备方法。

背景技术：

1、在工程领域，需要对某些可运动部位进行全面防护。现有技术大多采用单一材料或多材料简单复合来进行防护，但均难以满足变形和承载的双向要求。因此，需要开发一种复合材料，来满足对变形和承载的要求，以实现异形结构的全防护，即全覆盖、全运动过程防护。

技术实现思路

1、鉴于背景技术中存在的问题，本发明提供一种柔性复合材料曲面结构，其由多种材料复合而成，通过合理的刚度设计，能够实现异形结构的全防护。

2、具体地，本发明第一方面提供一种柔性复合材料曲面结构，包括：

3、增强骨架层，所述增强骨架层为曲面结构，曲面处开设有缝隙；

4、第一弹性包覆层，所述第一弹性包覆层包覆在所述增强骨架层的上下表面并且填充在所述缝隙中；

5、胶粘层，所述胶粘层设置在所述增强骨架层和所述第一弹性包覆层之间。

6、本发明通过合理的成型工艺，将多种材料复合在一起，充分发挥组分材料优势，在性能上取长补短，形成协同效应，使柔性复合材料曲面结构具有高刚度、高强度，从而满足复杂条件下的使用要求，解决了全覆盖、全运动过程防护要求，能够兼顾变形和承载要求，适合异形曲面构件的特殊防护，满足多工况使用条件，实现全覆盖式的表面防护及多运动状态下的实时贴合，达到全防护的效果。

7、另外，本发明的柔性复合材料曲面结构还具有高弹性、耐湿热环境、耐化学品、耐疲劳等特点，能够满足复杂条件下的使用要求。

8、此外，本发明的柔性复合材料曲面结构具有较强的可设计性，可根据不同的使用部位、使用工况，进行结构设计、功能设计。该柔性复合材料曲面结构适用于航空航天领域。

9、在一些实施例中，所述增强骨架层的材质可为树脂基复合材料或金属材料。所述增强骨架层主要起到力学承载的作用。

10、在一些具体实施例中，所述增强骨架层的材质可为碳纤维增强环氧树脂。

11、在一些实施例中，所述第一弹性包覆层的材质可为橡胶材料或热塑性弹性体。弹性包覆层具有大的变形能力，能够满足异形结构不同工况下的全覆盖式防护要求。

12、在一些具体实施例中，所述第一弹性包覆层的材质可为丁苯橡胶。

13、在一些实施例中，所述胶粘层为无机或有机胶粘剂。所述胶粘层可实现所述增强骨架层与所述第一弹性包覆层的良好界面结合。

14、在一些实施例中，所述柔性复合材料曲面结构还包括：

15、包覆增强层，所述包覆增强层设置在所述第一弹性包覆层的至少部分表面；

16、第二弹性包覆层，所述第二弹性包覆层设置在所述包覆增强层表面。

17、在两层弹性包覆层之间设置包覆增强层，能够对弹性包覆层进行增强，包覆增强层可提高所述弹性包覆层的撕裂强度。

18、在一些实施例中，所述包覆增强层的材质为弹性织物或纤维丝束。

19、在一些实施例中，所述第二弹性包覆层的材质为橡胶材料或热塑性弹性体。优选地，所述第二弹性包覆层的材质与所述第一弹性包覆层的材质相同。

20、在一些实施例中，所述柔性复合材料曲面结构还包括：

21、功能层，所述功能层设置在所述第二弹性包覆层的至少部分表面上。

22、所述功能层可根据防护需要进行设置。

23、在一些实施例中，所述功能层的材质可为导电涂料、吸波涂料或耐磨涂料。

24、第二方面，本发明提供所述柔性复合材料曲面结构的制备方法，包括以下步骤：

25、提供曲面结构的增强骨架层，并在曲面处进行开缝处理，形成缝隙；

26、在所述增强骨架层的上下表面和所述缝隙的侧壁上涂覆胶粘剂，形成胶粘层；

27、在所述增强骨架层的上下表面和所述缝隙中形成第一弹性包覆层，所述第一弹性包覆层经所述胶粘层与所述增强骨架层结合；

28、模压成型后进行硫化成型。

29、本发明方法工艺简单，有利于推广使用。

30、开始制备前，可将增强骨架层、弹性包覆层、包覆增强层按照设计方案进行裁切。

31、增强骨架层根据运动变形、承载要求进行裁切，开缝处理后缝隙部分通过弹性包覆层进行填充，能够使所得复合材料满足异形结构的全防护要求，在空间上能实现全覆盖式的表面防护，在时间上能够实现不同运动工况下的实时贴合。

32、在一些实施例中，提供曲面结构的增强骨架层包括：裁切增强骨架层，例如可裁切出10-20层(如15层)所述增强骨架层，清理模具后，可将裁切后的增强骨架层铺贴在模具中，合模后模压成型。增强骨架层的模压成型可在180±5℃温度下，3±2mpa压力下模压成型，出模后裁切掉工艺余边。模压成型时间可为3h±5min。

33、在一些实施例中，在涂覆胶粘剂之前，对所述增强骨架层的表面和侧面以及所述缝隙的侧壁进行打磨清洁。涂覆后，可静置于通风良好、干燥阴凉处待溶剂挥发。胶粘层的厚度可为0.02-0.04mm。

34、在一些实施例中，在形成所述第一弹性包覆层之后，可在160℃±5℃温度下，10mpa±2mpa压力下进行模压成型，模压成型时间可为60min±3min。

35、在一些实施例中，在形成所述第一弹性包覆层之后且在模压成型之前，所述制备方法还包括：

36、在所述第一弹性包覆层的至少部分表面上形成包覆增强层；

37、在所述包覆增强层的表面上形成第二弹性包覆层。

38、在一些实施例中，在模压成型之后且在硫化成型之前，所述制备方法还包括：在所述第二弹性包覆层的至少部分表面上形成功能层。所述功能层可通过喷涂形成。

39、相比现有技术，本发明的有益效果：

40、本发明提供一种柔性复合材料曲面结构及其制备方法，通过合理的成型工艺，将多种材料复合在一起，充分发挥组分材料优势，在性能上取长补短，形成协同效应，使柔性复合材料曲面结构具有高刚度、高强度，从而满足复杂条件下的使用要求，解决了全覆盖、全运动过程防护要求，能够兼顾变形和承载要求，适合异形曲面构件的特殊防护，满足多工况使用条件，实现全覆盖式的表面防护及多运动状态下的实时贴合，达到全防护的效果。

技术特征：

1.一种柔性复合材料曲面结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的柔性复合材料曲面结构，其特征在于，所述增强骨架层的材质为树脂基复合材料或金属材料；

3.根据权利要求2所述的柔性复合材料曲面结构，其特征在于，所述增强骨架层的材质为碳纤维增强环氧树脂；

4.根据权利要求1-3中任一项所述的柔性复合材料曲面结构，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求4所述的柔性复合材料曲面结构，其特征在于，所述包覆增强层的材质为弹性织物或纤维丝束；

6.根据权利要求4所述的柔性复合材料曲面结构，其特征在于，还包括：

7.根据权利要求6所述的柔性复合材料曲面结构，其特征在于，所述功能层的材质为导电涂料、吸波涂料或耐磨涂料。

8.权利要求1-7中任一项所述的柔性复合材料曲面结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在形成所述第一弹性包覆层之后且在模压成型之前，所述制备方法还包括：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，在模压成型之后且在硫化成型之前，所述制备方法还包括：在所述第二弹性包覆层的至少部分表面上形成功能层。

技术总结
本发明涉及一种柔性复合材料曲面结构及其制备方法，通过合理的成型工艺，将多种材料复合在一起，充分发挥组分材料优势，在性能上取长补短，形成协同效应，使柔性复合材料曲面结构具有高刚度、高强度，从而满足复杂条件下的使用要求，解决了全覆盖、全运动过程防护要求，能够兼顾变形和承载要求，适合异形曲面构件的特殊防护，满足多工况使用条件，实现全覆盖式的表面防护及多运动状态下的实时贴合，达到全防护的效果。

技术研发人员：王赫,钱黄海,马绪强,李跃腾,程丽君,刘嘉
受保护的技术使用者：北京航空材料研究院股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22