連續(xù)植物纖維復合材料制備桁架式點陣結構的制作方法
【專利摘要】連續(xù)植物纖維復合材料制備桁架點陣結構，它涉及一種連續(xù)植物纖維復合材料桁架點陣結構及其制備方法。本發(fā)明采用植物纖維作為增強體，樹脂作為基體，通過編織纏繞的方法一體化成型制備連續(xù)植物纖維復合材料桁架式點陣結構。本發(fā)明的制備方法包括五個步驟：一、植物纖維預處理，將連續(xù)植物纖維原料梳理成統(tǒng)一粗細并進行堿處理；二、浸漬樹脂，將預處理后的連續(xù)植物纖維放入樹脂中進行浸漬處理；三、編織纏繞，將經過浸漬的植物纖維在模具上進行編織纏繞，固定模具；四、真空高溫固化，將模具放入真空干燥箱中，使其固化成型；五、冷卻脫模，將固化后的模具拆下，從而獲得桁架式點陣結構。本發(fā)明用于植物纖維復合材料制備技術領域。
【專利說明】
連續(xù)植物纖維復合材料制備桁架式點陣結構
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種連續(xù)植物纖維復合材料桁架式點陣結構及其制備方法，屬于植物纖維復合材料制備技術領域。
【背景技術】
[0002]點陣結構正是綜合考慮了材料設計、結構設計、功能設計等因素的新型結構功能材料，具有比強度高、比剛度高和多功能的特點，能夠滿足輕質高強的結構設計要求。
[0003]傳統(tǒng)復合材料點陣結構通常碳纖維和玻璃纖維等為增強體，玻璃纖維和碳纖維復合材料在給人類生活帶來方便的同時，又給人類帶來了資源短缺、回收利用及環(huán)境影響等新的問題，將天然植物纖維復合材料引入到點陣結構中，通過合理的結構設計和逐步完善的制備工藝，生產出滿足社會需求的新型結構功能材料，拓寬復合材料點陣結構應用范圍的同時，將對天然植物資源高效綜合利用、促進可持續(xù)綠色高新技術產業(yè)及新材料科學的發(fā)展有著一定意義。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明提出了一種利用連續(xù)植物纖維復合材料來制備桁架式點陣結構，現(xiàn)有的復合材料點陣結構多為碳纖維或玻璃纖維復合材料點陣結構，本發(fā)明將連續(xù)植物纖維引入到復合材料點陣結構中，從而提出利用連續(xù)植物纖維復合材料來制備桁架式點陣結構的制備方法。
[0005]本發(fā)明為解決上述問題所采取的技術方案如下:
[0006]所述連續(xù)植物纖維復合材料桁架式點陣結構以菠蘿葉纖維、劍麻纖維或任何連續(xù)植物纖維為增強體材料，酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂為基體材料。
[0007]所述連續(xù)植物纖維復合材料桁架式點陣結構，其桁架結構類型為多層桁架式點陣結構。
[0008]所述連續(xù)植物纖維復合材料桁架式點陣結構的制備過程為:
[0009]步驟一、連續(xù)植物纖維預處理，根據(jù)設計的結構桿件尺寸及模具尺寸將連續(xù)植物纖維原料沿同一方向梳理成統(tǒng)一粗細并進行堿處理；
[0010]步驟二、浸漬樹脂，將步驟一中預處理之后的連續(xù)植物纖維入酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂中進行浸漬處理，浸漬時間為I?2小時；
[0011]步驟三、清理模具，用丙酮或脫模劑清理硅橡膠模具表面，清理后在模具表面涂上脫模劑；
[0012]步驟四、編織纏繞，將步驟二中經過浸漬處理的連續(xù)植物纖維在步驟三清理過的模具上按照設計的纏繞順序進行編織纏繞，之后固定模具；
[0013]步驟五、真空高溫固化，將步驟四中浸漬后的模具放入真空干燥箱中固化，固化溫度為100?180 °C，固化壓力為0.3?2MPa，固化時間為1.5?4小時；
[0014]步驟六、冷卻脫模，將步驟五中固化好的模具從真空干燥箱中取出并拆下模具，從而獲得連續(xù)植物纖維復合材料桁架式點陣結構。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的有益效果:
[0016]本發(fā)明提出利用連續(xù)植物纖維復合材料制備桁架式點陣結構，通過以上制備方法制備出滿足社會需求的新型結構功能材料，所制備的點陣結構形式為多層桁架點陣結構，其制備過程為一體成型，所制備出來的復合材料點陣結構空間貫通，便于實現(xiàn)通氣、導熱、導電等多功能性，拓寬了點陣結構的應用范圍的同時，將對天然植物纖維的高效綜合利用及新材料的綠色可持續(xù)發(fā)展起到一定作用。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的連續(xù)植物纖維復合材料桁架式點陣結構的纏繞方式第一步示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明的連續(xù)植物纖維復合材料桁架式點陣結構的纏繞方式第二步示意圖；
[0019]圖3是本發(fā)明的連續(xù)植物纖維復合材料桁架式點陣結構的纏繞方式第三步示意圖；
[0020]圖4是本發(fā)明的連續(xù)植物纖維復合材料桁架式點陣結構的纏繞方式第四步示意圖；
[0021]圖5是本發(fā)明的連續(xù)植物纖維復合材料桁架式點陣結構纏繞一層的結構示意圖；
[0022]圖6是本發(fā)明的連續(xù)植物纖維復合材料桁架式點陣結構示意圖；
【具體實施方式】
[0023]【具體實施方式】一:所述連續(xù)植物纖維復合材料制備桁架式點陣結構，其中涉及到的模具具體制作過程如下:根據(jù)具體結構設計用厚度5mm、高35mm的細松木條訂在表面光滑的木板上形成網(wǎng)格結構，作為母模，將硅膠與固化劑按照100:3的比例進行配比，沿同一個方向攪拌均勻，倒入母模中，常溫下固化I小時，之后拆下模具，模具制作完成后備用。
[0024]【具體實施方式】二:所述連續(xù)植物纖維復合材料桁架式點陣結構，其空間結構為多層桁架式點陣結構，所述連續(xù)植物纖維復合材料桁架式點陣結構的制備過程為:
[0025]步驟一、連續(xù)植物纖維預處理，根據(jù)設計的結構桿件尺寸及模具尺寸將連續(xù)植物纖維原料沿同一方向梳理成統(tǒng)一粗細并進行堿處理；
[0026]步驟二、浸漬樹脂，將步驟一中預處理之后的連續(xù)植物纖維入酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂中進行浸漬處理，浸漬時間為I?2小時；
[0027]步驟三、清理模具，用丙酮或脫模劑清理硅橡膠模具表面，清理后在模具表面涂上脫模劑；
[0028]步驟四、編織纏繞，將步驟二中經過浸漬處理的連續(xù)植物纖維在步驟三清理過的模具上按照設計的纏繞順序進行編織纏繞，之后固定模具；
[0029]步驟五、真空高溫固化，將步驟四中浸漬后的模具放入真空干燥箱中固化，固化溫度為100?180 °C，固化壓力為0.3?2MPa，固化時間為1.5?4小時；
[0030]步驟六、冷卻脫模，將步驟五中固化好的模具從真空干燥箱中取出并拆下模具，從而獲得連續(xù)纖維復合材料桁架式點陣結構。
[0031]【具體實施方式】三:本實施方式所述的連續(xù)植物纖維復合材料制備桁架式點陣結構中的連續(xù)植物纖維為菠蘿葉纖維，對【具體實施方式】一中步驟一進行限制，在步驟一中將菠蘿葉纖維沿同一方向分散、梳理好后放入濃度為5wt%的堿溶液中，常溫下浸漬處理I小時，堿處理之后用蒸餾水清洗纖維至中性，之后在60°C鼓風干燥箱中烘干至恒重。
[0032]本實施方式所述的連續(xù)植物纖維復合材料制備桁架式點陣結構中的連續(xù)植物纖維為菠蘿葉纖維，對【具體實施方式】一中步驟二進行限制，在步驟二中將步驟一中烘干至恒重的菠蘿葉纖維浸入到環(huán)氧樹脂中，浸漬時間為I小時。
[0033]【具體實施方式】四:本實施方式是對【具體實施方式】一中步驟三進行詳細說明，下面結合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6具體說明本實施方式。
(1)如圖1所示在硅橡膠模具的凹槽中進行菠蘿葉纖維的纏繞，圖中上、下、左、右的位置標記用UOl?U15、D01?D15、L01?L15、R01?R15來表示，第一步:將步驟二中預浸漬的連續(xù)菠蘿葉纖維一頭放在L15的位置，之后按照如圖1中箭頭所示的方向進行纏繞，當?shù)竭_D15位置時按照箭頭方向繼續(xù)纏繞到R13位置;第二步:經過第一步纖維到達R13位置后按照如圖2所示箭頭指引方向進行纏繞，當纖維到達LOl位置時，按照箭頭方向繼續(xù)到達D02位置；第三步:經過第二步纖維到達D02位置后按照如圖3所示箭頭方向繼續(xù)纏繞到R14位置;第四步:經過第三步纖維到達R14位置后按照如圖4所示箭頭指引方向繼續(xù)進行纏繞，當纖維到達L02位置時按照圖4所示方向圍繞模具外圍凹槽纏繞一圈回到L02位置。經過以上四步完成了菠蘿葉纖維的第一匝纏繞，其纏繞的匝數(shù)根據(jù)設計的桁架桿件厚度d而定，d值取5mm，即完成桁架式點陣結構的第一層纏繞，圖5纏繞完成一層的結構示意圖；
(2)完成第一層纏繞后在模具的豎向即(U01，D01)?(U15，D15)方向的凹槽放入長20mm、寬為5mm、高1mm的硅橡膠塊，之后重復進行第四步，當纏繞厚度與硅橡膠塊高度齊平時再重復操作第一步到第四步即完成第二層桁架式點陣結構的纏繞；
(3)完成第二層纏繞后重復(2)即完成第三層纏繞，這一過程可重復操作制備多層桁架式點陣結構，完成整個結構的編織纏繞這一步驟后進行真空高溫固化、冷卻脫模等步驟的操作，從而完成整個制備過程，圖6為連續(xù)植物纖維復合材料制備桁架式點陣結構的示意圖。
【主權項】
1.連續(xù)植物纖維復合材料制備桁架式點陣結構，其特征在于:所述復合材料桁架式點陣結構以菠蘿葉纖維或任何植物纖維為增強體材料，酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂為基體材料。2.根據(jù)權利要求1所述的連續(xù)植物纖維復合材料制備桁架式點陣結構，其特征在于:所述復合材料桁架式點陣結構，其桁架結構類型為多層桁架式點陣結構。3.根據(jù)權利要求1所述的連續(xù)植物纖維復合材料制備桁架式點陣結構，其特征在于:所述復合材料桁架式點陣結構的制備過程為: 步驟一、連續(xù)植物纖維預處理，根據(jù)設計的結構桿件尺寸及模具尺寸將連續(xù)植物纖維原料沿同一方向梳理成統(tǒng)一粗細并進行堿處理； 步驟二、浸漬樹脂，將步驟一中預處理之后的連續(xù)植物纖維入酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂中進行浸漬處理，浸漬時間為I?2小時； 步驟三、清理模具，用丙酮或脫模劑清理硅橡膠模具表面，清理后在模具表面涂上脫模劑； 步驟四、編織纏繞，將步驟二中經過浸漬處理的連續(xù)植物纖維在步驟三清理過的模具上按照設計的纏繞順序進行編織纏繞，之后固定模具； 步驟五、真空高溫固化，將步驟四中浸漬后的模具放入真空干燥箱中固化，固化溫度為10?180 °C，固化壓力為0.3?2MPa，固化時間為I.5?4小時； 步驟六、冷卻脫模，將步驟五中固化好的模具從真空干燥箱中取出并拆下模具，從而獲得連續(xù)植物纖維復合材料桁架式點陣結構。4.根據(jù)權利要求1所述的連續(xù)植物纖維復合材料制備桁架式點陣結構，其特征在于:所述復合材料桁架式點陣結構，在制備過程步驟一中，將連續(xù)植物纖維沿同一方向分散、梳理好后放入濃度為5wt%的堿溶液中，常溫下浸漬處理I小時，堿處理之后用蒸餾水清洗纖維至中性，之后在60°C鼓風干燥箱中烘干至恒重。
【文檔編號】C08L1/02GK106009524SQ201610537608
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月11日
【發(fā)明人】王雪, 胡英成, 郝美榮
【申請人】東北林業(yè)大學