專利名稱：輕質(zhì)仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層及其制備方法，特別涉及一種輕質(zhì)仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層及其制造方法，并應(yīng)用于帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車(chē)的機(jī)車(chē)和每一節(jié)車(chē)廂中，屬于工程材料制備、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
最近，江雷等(中國(guó)專利:201110209112. 4、中國(guó)專利:201110242739、中國(guó)專利201110242755. 9)提出了帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車(chē)，該列車(chē)的機(jī)車(chē)和每節(jié)車(chē)廂的頂部分別安裝有仿制飛機(jī)的機(jī)翼結(jié)構(gòu)的仿機(jī)翼。通過(guò)與列車(chē)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的氣流作用于仿機(jī)翼
結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生上抬力，從而減少列車(chē)對(duì)鐵軌的壓力。該高速列車(chē)要求設(shè)計(jì)的車(chē)廂夾芯層盡可能輕而不損失強(qiáng)度。夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料因比剛度大的突出優(yōu)點(diǎn)，其作為高速列車(chē)車(chē)廂夾芯層材料的應(yīng)用愈來(lái)愈受重視。針對(duì)夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，面板層與夾芯層的粘結(jié)強(qiáng)度及芯子層的構(gòu)型是影響夾層結(jié)構(gòu)性能的關(guān)鍵因素?，F(xiàn)有的夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其中間夾芯層、與上、下面板多為獨(dú)立的分離實(shí)體，采用膠結(jié)而成，界面構(gòu)造單一，很容易導(dǎo)致上、下面板層與中間夾芯層脫膠分層剝離；另外，現(xiàn)有夾層結(jié)構(gòu)的芯子層缺乏有效的支撐點(diǎn)，均不具備較高的高度，達(dá)到20mm以上時(shí)，芯子易失穩(wěn)，發(fā)生剪切破壞；此外，現(xiàn)有夾層結(jié)構(gòu)的芯子構(gòu)型多是單方向受力，很容易使芯子朝一個(gè)方向單方向產(chǎn)生破壞，最終導(dǎo)致復(fù)合材料結(jié)構(gòu)無(wú)法使用。因此，需要設(shè)計(jì)和制備新型的夾層結(jié)構(gòu)功能復(fù)合材料，以滿足現(xiàn)代高速列車(chē)等領(lǐng)域結(jié)構(gòu)超輕型化，最佳構(gòu)形設(shè)計(jì)，多功能化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。鳥(niǎo)類(lèi)具有最優(yōu)的骨骼結(jié)構(gòu)，含有大量孔隙相通的周期性輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。飛鳥(niǎo)骨骼結(jié)構(gòu)不僅具有明顯的直線軸向骨骼作為支撐，同時(shí)還具有多方向的斜向骨骼作為有效支撐，提供了鳥(niǎo)類(lèi)飛行所需的強(qiáng)度。借助于飛鳥(niǎo)骨骼結(jié)構(gòu)，制備輕質(zhì)仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料夾芯層，并應(yīng)用于帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車(chē)的機(jī)車(chē)和每一節(jié)車(chē)廂中，是本發(fā)明的目的所在。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種輕質(zhì)仿鳥(niǎo)骨骼中空夾芯結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層及其制備方法，并應(yīng)用于帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車(chē)的機(jī)車(chē)和每一節(jié)車(chē)廂中。該復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層結(jié)構(gòu)整體性好，質(zhì)量輕、大大提高了結(jié)構(gòu)的承載效率，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、抗壓、抗剪、抗沖擊、耐疲勞等性能都得到顯著增強(qiáng)。該制備方法工藝簡(jiǎn)單，環(huán)境污染小，生產(chǎn)效率高，成本相對(duì)較低。本發(fā)明解決所述輕質(zhì)仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種輕質(zhì)仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層，它由上面板層、下面板層和設(shè)置于上、下面板層之間的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層構(gòu)成。其特征在于上、下面板層形成夾層結(jié)構(gòu)，所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層以垂直軸紗為中心，以中性面內(nèi)橫向紗線作為芯子有效支撐，由孔隙相通周期性排列的仿鳥(niǎo)骨骼中空構(gòu)型單胞組成的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且該仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層與上、下面板層按設(shè)計(jì)規(guī)律編織為一個(gè)整體，并采用樹(shù)脂傳遞工藝，在大型熱壓罐中固化成型。本發(fā)明的進(jìn)一步特征是所述的上面板層、下面板層是采用機(jī)織工藝技術(shù)，由高性能纖維材料織造面板層預(yù)成型件來(lái)制備得到；所述的上、下面板層預(yù)成型件的織物組織結(jié)構(gòu)可以分別采用平紋、斜紋、緞紋或變化組織結(jié)構(gòu)中的任何一種。所述的織物組織結(jié)構(gòu)是面板層經(jīng)紗和緯紗的交織規(guī)律。所述的高性能纖維材料是指碳纖維、凱夫拉纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、高強(qiáng)聚乙烯纖維、玄武巖纖維等中的一種。本發(fā)明的特征還在于上面板層和下面板層形成夾層結(jié)構(gòu)，仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層與上、下面板層間通過(guò)三維整體機(jī)織工藝，編織為一個(gè)完全不分離的整體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的特征還在于所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層是由孔隙相通周期性排列的仿 鳥(niǎo)骨骼中空構(gòu)型單胞組成的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所述的單胞為仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層的最小重復(fù)單元。本發(fā)明的特征還在于所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)關(guān)于中性面為完全對(duì)稱結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的特征還在于所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空構(gòu)型含有垂直于上、下面板的直法向紗線，即軸紗。本發(fā)明的特征還在于所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層單胞結(jié)構(gòu)以垂直軸紗為中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)，且軸紗起有效的軸向支撐作用。本發(fā)明的特征還在于所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空構(gòu)型，沿某一方向(沿寬度方向或厚度方向)來(lái)看，構(gòu)型呈現(xiàn)完全的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，起著有效的雙向支撐作用。本發(fā)明的特征還在于所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層，沿面內(nèi)兩個(gè)方向(面內(nèi)寬度方向和厚度方向)來(lái)看，雙方向芯子層呈現(xiàn)完全的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，起著有效的面內(nèi)雙向支撐作用。本發(fā)明的特征還在于所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層的中性面還包括兩組橫向紗線沿寬度方向的橫向紗線和沿厚度方向的橫向紗線。其中，沿寬度方向橫向紗線將相鄰兩組仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子捆綁并沿面內(nèi)寬度方向取向；沿厚度方向橫向紗線將相鄰兩組仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子捆綁并沿面內(nèi)厚度方向取向。本發(fā)明的特征還在于所述的橫向紗線從相鄰兩組仿鳥(niǎo)骨中空芯子紗線的中心穿過(guò)，并與相鄰的仿鳥(niǎo)骨中空芯子紗線形成“8”字型線圈纏繞捆綁。本發(fā)明的特征還在于所述的沿寬度方向和沿厚度方向的橫向緯紗與芯子層紗線的所有交叉重合點(diǎn)分布在中性面上，對(duì)芯子層起著有效支撐作用。本發(fā)明的特征還在于所述的軸紗、沿寬度方向橫向紗線、沿厚度方向橫向紗線在中性面上相互交織重合于一點(diǎn)，對(duì)芯子層起著有效支撐作用。本發(fā)明的特征還在于所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空構(gòu)型的位置、密度、軸向紗的數(shù)量、橫向紗的數(shù)量均可進(jìn)行任意設(shè)置和調(diào)節(jié)。本發(fā)明的特征還在于所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空構(gòu)型即可為直線形式也可為曲線形式，如有“直線”形斜向交叉構(gòu)型、“S”形斜向交叉構(gòu)型、“波浪形”斜向交叉構(gòu)型、“C”形斜向交叉構(gòu)型，“I”字形等構(gòu)型。
本發(fā)明的特征還在于所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)還可以形成雙夾層、多夾層結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的特征還在所述仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層外形尺寸長(zhǎng)度范圍為0-28米，寬度范圍為0-3. 5米，高度范圍為0-3. 5米；上面板層厚度范圍為0-0. 020米，下面板層厚度范圍為0-0. 020米，所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層高度范圍可達(dá)到0-0. 160米之間，針對(duì)單夾層結(jié)構(gòu)，仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層連接上、下層面板層形成的整體高度范圍為0-0. 180米之間。針對(duì)雙夾層結(jié)構(gòu)，仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層連接上、下層面板層形成的整體高度范圍為0-0. 360米之間。本發(fā)明的特征還在于整體復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層采用樹(shù)脂注入工藝，先在室溫下進(jìn)行固化，并采用大型熱壓罐進(jìn)行高溫高壓熟化。所述的熱壓罐外形尺寸為30-35米，直徑為5. 5米；可控溫度范圍為室溫到300°C，最大壓力水平可達(dá)到7個(gè)大氣壓。本發(fā)明的特征還在于所述復(fù)合材料的上、下面板層的外表面均平整光滑，形狀尺寸精確，無(wú)需進(jìn)行二次加工，不會(huì)造成纖維及復(fù)合材料損傷。
本發(fā)明所述輕質(zhì)仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層的制備方法，其特征在于按如下步驟進(jìn)行制備I)上、下面板層制備；所述的上面板層、下面板層是采用機(jī)織工藝技術(shù)，由高性能纖維材料織造面板層預(yù)成型件來(lái)制備得到；所述的上、下面板層預(yù)成型件的織物組織結(jié)構(gòu)可以分別采用平紋、斜紋、緞紋或變化組織結(jié)構(gòu)中的任何一種。按照設(shè)計(jì)的織物組織結(jié)構(gòu)，由上面板層經(jīng)紗系統(tǒng)和上面板層緯紗系統(tǒng)交織形成上面板層，由下面板層經(jīng)紗系統(tǒng)和下面板層緯紗系統(tǒng)交織形成下面板層。2)制備中空芯子層；(a)間隔紗線系統(tǒng)沿寬度方向的間隔紗線系統(tǒng)，除了與步驟I)所述上面板層的緯紗系統(tǒng)交織外，還跨層與下面板層的緯紗系統(tǒng)交織，沿寬度方向?qū)⑸?、下面板層織造成一個(gè)整體，構(gòu)成夾層結(jié)構(gòu)。沿厚度方向的間隔紗線系統(tǒng)，除了與步驟I)所述上面板層的經(jīng)紗系統(tǒng)交織外，還跨層與下面板層的經(jīng)紗系統(tǒng)交織，沿厚度方向?qū)⑸?、下面板層織造成一個(gè)整體，構(gòu)成夾層結(jié)構(gòu)。所述的間隔紗線系統(tǒng)從一個(gè)面板層跨層向另一個(gè)面板層交織時(shí)，其在兩夾層面板間的空間走向相反。(b)軸向紗線系統(tǒng)軸向紗線系統(tǒng)，在每相鄰兩組沿寬度方向的芯子間隔紗線系統(tǒng)的中間位置，由軸紗引紗裝置沿著厚度方向逐行垂直喂入，或在每相鄰沿厚度方向的芯子間隔紗線系統(tǒng)的中間位置，由軸紗引紗裝置沿著寬度方向逐列垂直喂入；軸向紗線系統(tǒng)貫穿整個(gè)夾層結(jié)構(gòu)的高度方向，并夾持在上面板層和下面板層相鄰的經(jīng)紗紗線系統(tǒng)行之間。(C)橫向紗線系統(tǒng)沿寬度方向橫向紗線系統(tǒng)，由引紗裝置攜帶，沿著厚度方向逐行由中性面位置喂入，將相鄰兩根中空芯子間隔紗線捆綁并沿面內(nèi)寬度方向取向。沿厚度方向橫向紗線系統(tǒng)由引紗裝置攜帶，沿著寬度方向逐行由中性面位置喂入，將相鄰兩根中空芯子間隔紗線捆綁并沿面內(nèi)厚度方向取向。重復(fù)所述工藝步驟(1)(2)，即可獲得本發(fā)明所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層預(yù)制件。3)樹(shù)脂固化成型。將織造好的仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層預(yù)制件，采用樹(shù)脂傳遞工藝，注入環(huán)氧樹(shù)脂，使上、下面板層和中空芯子層充分浸潰樹(shù)脂，先在室溫下固化，再放置于大型熱壓罐中，在高溫高壓下熟化。樹(shù)脂復(fù)合固化后，即得到本發(fā)明的仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果本發(fā)明的輕質(zhì)仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層采用三維整體機(jī)織工藝，將仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層與上面板層、下面板層間編織成一個(gè)完全不分離的整體結(jié)構(gòu)，徹底避免了傳統(tǒng)夾層結(jié)構(gòu)的面板層與夾芯層的脫膠分層剝離。本發(fā)明具有垂直于上、下面板的 軸紗作為有效支撐，大大提高了復(fù)合材料的軸向抗壓等力學(xué)性能；本發(fā)明制備的仿鳥(niǎo)骨骼中空構(gòu)型沿寬度或厚度方向及面內(nèi)雙方向呈完全對(duì)稱結(jié)構(gòu)，起著有效的雙向支撐作用，同時(shí)，由于芯子層中性面橫向紗線的加入，使芯子層的受力有效的傳遞給橫向紗線，對(duì)芯子層起著有效支撐作用，這樣，芯子的高度得到了顯著的增加，克服了現(xiàn)有夾層結(jié)構(gòu)中，夾層芯子的高度有限以及芯子缺乏有效支撐點(diǎn)的弱點(diǎn)，具有更大的孔隙率，密度大大降低，提高了材料的承載效率。同時(shí)，本發(fā)明制備的仿鳥(niǎo)骨骼中空構(gòu)型的孔隙是連通的，方便了多功能化的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，如布線、隔熱，減震、吸聲和配置電池等。此外，本發(fā)明采用樹(shù)脂傳遞工藝，大型熱壓罐固化成型，上、下面板層的外表面均平整光滑，無(wú)需進(jìn)行二次加工，不會(huì)造成復(fù)合材料損傷。總體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明制備的輕質(zhì)仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層比傳統(tǒng)的夾層結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的綜合性能，整體性更好、力學(xué)性能更加優(yōu)越，質(zhì)量更輕，承載效率更高，功能性更好。本發(fā)明制備的輕質(zhì)仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料夾芯層除應(yīng)用于高速列車(chē)領(lǐng)域，還能夠適用于航空航天、航海、以及國(guó)防裝備等諸多高新技術(shù)產(chǎn)品領(lǐng)域。在申請(qǐng)人檢索的范圍內(nèi)，本發(fā)明的輕質(zhì)仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層及其制備方法還未見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。


圖I是帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車(chē)的示意圖。圖2是復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層的示意圖。圖3是本發(fā)明提供的輕質(zhì)仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖3中仿鳥(niǎo)骨骼中空構(gòu)型單胞的放大圖。圖5是本發(fā)明的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明的芯子層中性面橫向紗線與芯子紗線纏繞交織結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明提供的仿鳥(niǎo)骨骼中空“直線”形交叉結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是本發(fā)明提供的仿鳥(niǎo)骨骼中空“波浪形”形交叉結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是本發(fā)明提供的仿鳥(niǎo)骨骼中空“C”形交叉結(jié)構(gòu)示意圖。圖10是本發(fā)明提供的仿鳥(niǎo)骨骼中空“S”形交叉雙夾層結(jié)構(gòu)示意圖。圖11是本發(fā)明提供的仿鳥(niǎo)骨骼中空“S”形交叉制造示意圖。圖12是本發(fā)明提供的仿鳥(niǎo)骨骼中空“波浪形”形交叉制造示意圖。圖13是本發(fā)明提供的仿鳥(niǎo)骨骼中空“直線”形交叉制造示意圖。
I-帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車(chē)；2-仿機(jī)翼；3_列車(chē)車(chē)廂；4_車(chē)廂夾芯層；5-上面板層；6_下面板層；7_仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層；8_仿鳥(niǎo)骨骼中空構(gòu)型單胞；9_軸向紗線；10_沿寬度方向橫向紗線；11_沿厚度方向橫向紗線；12_ “直線”形交叉構(gòu)型；13_ “波浪”形交叉構(gòu)型；14_ “C”形交叉構(gòu)型；15- “S”形交叉構(gòu)型；16_上面板層經(jīng)紗系統(tǒng)；17_上面板層經(jīng)紗系統(tǒng)；18_上面板層緯紗系統(tǒng)；19_下面板層經(jīng)紗系統(tǒng)；20_下面板層經(jīng)紗系統(tǒng)；21-下面板層緯紗系統(tǒng)；22_間隔紗線系統(tǒng)；23_間隔紗線系統(tǒng)；
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖I所示，為帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車(chē)的示意圖。圖2是復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層的示意圖，車(chē)廂結(jié)構(gòu)包括夾芯層4。圖3為本發(fā)明提供的一種輕質(zhì)仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)示意圖。該復(fù)合 材料由上面板層5、下面板層6以及設(shè)置在上、下面板層之間的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層7構(gòu)成，其特征在于上，下面板層形成夾層結(jié)構(gòu)，且仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層7與上、下面板層間編織為一個(gè)完全不分離的整體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的特征還在于所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層7是由孔隙相通周期性排列的仿鳥(niǎo)骨骼中空構(gòu)型單胞8組成的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所述的單胞為仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層的最小重復(fù)單元。參見(jiàn)圖4和圖5。本發(fā)明的特征還在于所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層含有垂直于上、下面板的直法向紗線，即軸紗9，參見(jiàn)圖5。本發(fā)明的特征還在于所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層單胞結(jié)構(gòu)以垂直軸紗9為中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)，且軸紗起有效的軸向支撐作用，參見(jiàn)圖4。本發(fā)明的特征還在于所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空夾芯結(jié)構(gòu)關(guān)于中性面為完全對(duì)稱結(jié)構(gòu)。參見(jiàn)圖3。本發(fā)明的特征還在于所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層以中性面內(nèi)沿寬度方向橫向紗線10和沿厚度方向橫向紗線11作為芯子有效支撐。參見(jiàn)圖5。本發(fā)明的特征還在于沿寬度方向橫向紗線10將相鄰兩組仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子紗線捆綁并沿面內(nèi)寬度方向取向；沿厚度方向橫向紗線11將相鄰兩組仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子紗線捆綁并沿面內(nèi)厚度方向取向。參見(jiàn)圖5。本發(fā)明的特征還在于所述的橫向紗線從相鄰兩組仿鳥(niǎo)骨中空芯子紗線的中心穿過(guò)，并與相鄰的仿鳥(niǎo)骨中空芯子紗線形成“8”字型線圈纏繞捆綁。參見(jiàn)圖6。本發(fā)明的特征還在于所述的沿寬度方向和沿厚度方向的橫向緯紗與芯子層紗線的所有交叉重合點(diǎn)分布在中性面上，對(duì)芯子層起著有效支撐作用。本發(fā)明的特征還在于所述的軸紗、沿寬度方向橫向紗線、沿厚度方向橫向紗線相互交織于一點(diǎn)，對(duì)芯子層起著有效支撐作用。參見(jiàn)圖4。本發(fā)明的特征還在于所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空構(gòu)型即可為直線形式也可為曲線形式，如有“直線”形斜向交叉構(gòu)型12 (參見(jiàn)圖7)、“波浪”形斜向交叉構(gòu)型13 (參見(jiàn)圖8)、“C”形斜向交叉構(gòu)型14 (參見(jiàn)圖9)，“S”形斜向交叉構(gòu)型15 (參見(jiàn)圖10)、等構(gòu)型。本發(fā)明的特征還在于所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空構(gòu)型，沿某一方向(沿寬度方向或厚度方向)來(lái)看，構(gòu)型呈現(xiàn)完全的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，起著有效的雙向支撐作用。參見(jiàn)圖3-圖9。本發(fā)明的特征還在于所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層，沿面內(nèi)兩個(gè)方向(面內(nèi)寬度方向和厚度方向)來(lái)看，雙方向芯子層呈現(xiàn)完全的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，起著有效的面內(nèi)雙向支撐作用。參見(jiàn)圖3_圖9。本發(fā)明的特征還在于所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)還可以形成雙夾層、多夾層結(jié)構(gòu)。參見(jiàn)圖10。本發(fā)明的特征還在于所述仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層外形尺寸長(zhǎng)度范圍為0-28米，寬度范圍為0-3. 5米，高度范圍為0-3. 5米；上面板層厚度范圍為0-0. 020米，下面板層厚度范圍為0-0. 020米，所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層高度范圍可達(dá)到0-0. 160米之間，針對(duì)單夾層結(jié)構(gòu)，仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層連接上、下層面板層形成的整體高度范圍為0-0. 180米之間。針對(duì)雙夾層結(jié)構(gòu)，仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層連接上、下層面板層形成的整體高度范圍為0-0. 360米之間。
本發(fā)明同時(shí)設(shè)計(jì)了所述仿鳥(niǎo)骨骼中空夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法，其特征在于按如下步驟進(jìn)行制備I)制備上、下面板層；所述的上面板層5、下面板層6是采用機(jī)織工藝技術(shù)，由高性能纖維材料織造面板層預(yù)成型件來(lái)制備得到；所述的上、下面板層預(yù)成型件的織物組織結(jié)構(gòu)可以分別采用平紋、斜紋、緞紋或變化組織結(jié)構(gòu)中的任何一種。所述的織物組織結(jié)構(gòu)是面板層經(jīng)紗和緯紗的交織規(guī)律。所述的高性能纖維材料是指碳纖維、凱夫拉纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、高強(qiáng)聚乙烯纖維、玄武巖纖維等中的一種。參見(jiàn)圖11，按照設(shè)計(jì)的織物組織結(jié)構(gòu)，上面板層由上面板層經(jīng)紗系統(tǒng)16，17和上面板層緯紗系統(tǒng)18交織形成，下面板層由下面板層經(jīng)紗系統(tǒng)19，20和下面板層緯紗系統(tǒng)21交織形成。上面板層經(jīng)紗系統(tǒng)和下面板層經(jīng)紗系統(tǒng)由同一個(gè)經(jīng)軸送出，且機(jī)織上面板層經(jīng)紗系統(tǒng)的送經(jīng)量與機(jī)織下面板層經(jīng)紗系統(tǒng)的送經(jīng)量相同。上面板層緯紗系統(tǒng)和下面板層緯紗系統(tǒng)由同一個(gè)緯紗梭子引緯，且機(jī)織上面板層緯紗系統(tǒng)的引緯量和機(jī)織下面板層緯紗系統(tǒng)的引緯量相同。2)制備中空芯子層；(a)間隔紗線系統(tǒng)參見(jiàn)圖11，沿寬度方向的間隔紗線系統(tǒng)22，23，除了與步驟I)所述上面板層的緯紗系統(tǒng)18交織外，還跨層與下面板層的緯紗系統(tǒng)21交織，沿寬度方向?qū)⑸?、下面板層織造成一個(gè)整體，構(gòu)成夾層結(jié)構(gòu)。所述的間隔紗線系統(tǒng)22，23從一個(gè)面板層跨層向另一個(gè)面板層交織時(shí)，其在兩夾層面板間的空間走向相反，中空構(gòu)型沿寬度方向呈現(xiàn)完全的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，起著有效的雙向支撐作用。同理，沿厚度方向的間隔紗線系統(tǒng)，除了與步驟I)所述上面板層的經(jīng)紗系統(tǒng)交織夕卜，還跨層與下面板層的經(jīng)紗系統(tǒng)交織，沿厚度方向?qū)⑸?、下面板層織造成一個(gè)整體，構(gòu)成夾層結(jié)構(gòu)。所述的沿厚度方向間隔紗線系統(tǒng)從一個(gè)面板層跨層向另一個(gè)面板層交織時(shí)，其在兩夾層面板間的空間走向相反，中空構(gòu)型沿厚度方向呈現(xiàn)完全的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，起著有效的雙向支撐作用。本發(fā)明所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層，沿面內(nèi)兩個(gè)方向(面內(nèi)寬度方向和厚度方向)，雙方向芯子層呈現(xiàn)完全的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，起著有效的面內(nèi)雙向支撐作用。
(b)軸向紗線系統(tǒng)軸向紗線系統(tǒng)9，在每相鄰兩組沿寬度方向的芯子間隔紗線系統(tǒng)的中間位置，由軸紗引紗裝置沿著厚度方向逐行垂直喂入，或在每相鄰沿厚度方向的芯子間隔紗線系統(tǒng)的中間位置，由軸紗引紗裝置沿著寬度方向逐列垂直喂入；軸向紗線系統(tǒng)貫穿整個(gè)夾層結(jié)構(gòu)的高度方向，并夾持在上面板層和下面板層相鄰的經(jīng)紗紗線系統(tǒng)行之間，實(shí)現(xiàn)含軸向紗線系統(tǒng)的仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的織造。所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層單胞結(jié)構(gòu)以垂直軸紗為中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)，且軸紗起有效的軸向支撐作用。(C)橫向紗線系統(tǒng)沿寬度方向橫向紗線系統(tǒng)10，由引紗裝置攜帶，由中性面位置按一定的喂入方式，將相鄰兩根仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子間隔紗線捆綁并沿面內(nèi)寬度方向取向；沿厚度方向橫向紗線系統(tǒng)7由引紗裝置攜帶，由中性面位置按一定的喂入方式，將相鄰兩根仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子 間隔紗線捆綁并沿面內(nèi)厚度方向取向。所述的沿寬度方向和沿厚度方向的橫向紗線從相鄰兩根仿鳥(niǎo)骨中空芯子間隔紗線的中心穿過(guò)，并與相鄰的仿鳥(niǎo)骨中空芯子間隔紗線形成“8”字型線圈纏繞捆綁。所述的沿寬度方向和沿厚度方向的橫向緯紗與芯子層紗線的所有交叉重合點(diǎn)分布在中性面上；所述的沿寬度方向的橫向緯紗、沿厚度方向的橫向緯紗和軸紗在中性面上相互交織重合于一點(diǎn)，對(duì)芯子層起著有效支撐作用。重復(fù)所述工藝步驟(1)(2)，即可獲得本發(fā)明所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層預(yù)制件。3)樹(shù)脂固化成型。預(yù)制件織造完成后，對(duì)預(yù)制件進(jìn)行崩直張拉，克服在織造過(guò)程中產(chǎn)生的紗線松緊不一的狀況。將織造好的仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層預(yù)制件，采用樹(shù)脂傳遞工藝，注入樹(shù)脂，使上、下面板層和芯子層充分浸潰樹(shù)脂，先在室溫下固化，再放置于大型熱壓罐中，復(fù)合固化后，即得到本發(fā)明的仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層；所述的樹(shù)脂采用環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、不飽和樹(shù)脂、乙烯基樹(shù)脂等中的一種。所述的熱壓罐外形尺寸為30-35米，直徑為5. 5米；可控溫度范圍為室溫到300°C，最大壓力水平可達(dá)到7個(gè)大氣壓。實(shí)施例I)制備上、下面板層；經(jīng)紗系統(tǒng)采用T300 6K碳纖維，緯紗系統(tǒng)采用T300 6K碳纖維。預(yù)制件經(jīng)密為40根/10厘米，預(yù)制件緯密為30根/10厘米，車(chē)廂夾芯層預(yù)制件外形尺寸長(zhǎng)度為25米，寬度為3米，高度為3米，上面板層厚度為O. 012米，下面板層厚度為O. 012米，芯子層高度為O. I米。采用改進(jìn)的大型劍桿織機(jī)利用多經(jīng)多層織造法進(jìn)行織造。上面板層經(jīng)紗系統(tǒng)和下面板層經(jīng)紗系統(tǒng)由同一個(gè)經(jīng)軸送出，且機(jī)織上面板層經(jīng)紗系統(tǒng)的送經(jīng)量與機(jī)織下面板層經(jīng)紗系統(tǒng)的送經(jīng)量相同。首先進(jìn)行經(jīng)紗系統(tǒng)的初始排列，將經(jīng)紗系統(tǒng)分成上、下面板層兩部分，將經(jīng)紗系統(tǒng)分別穿入不同的綜框中；不同的綜框向上和向下開(kāi)口運(yùn)動(dòng)，上、下面層經(jīng)紗系統(tǒng)相互交替運(yùn)動(dòng)分別形成上、下兩面板層經(jīng)紗系統(tǒng)的梭口 ；在梭口處由引緯裝置喂入緯紗系統(tǒng)，打緯機(jī)構(gòu)將緯紗系統(tǒng)打向織口，緯紗依次與上、下層經(jīng)紗形成的梭口進(jìn)行交織。上面板層緯紗系統(tǒng)和下面板層緯紗系統(tǒng)由同一個(gè)緯紗梭子引緯，且機(jī)織上面板層緯紗系統(tǒng)的引緯量和機(jī)織下面板層緯紗系統(tǒng)的引緯量相同。參見(jiàn)圖3和圖11，所述的上面板層5、下面板層6交織的織物組織結(jié)構(gòu)為平紋。上面板層經(jīng)紗系統(tǒng)16，17和上面板層緯紗系統(tǒng)18交織形成上面板層，下面板層經(jīng)紗系統(tǒng)19，20和下面板層緯紗系統(tǒng)21交織形成下面板層。2)制備中空芯子層；(a)間隔紗線系統(tǒng)間隔紗線系統(tǒng)采用T300 12K碳纖維，間隔紗線的間距為O. I米，中空構(gòu)型為“S”行斜向交叉。根據(jù)步驟I)所述，經(jīng)紗系統(tǒng)和緯紗系統(tǒng)交織形成上、下面板層，在上、下面板層之間間隔有一定的距離高度，參見(jiàn)圖11，沿寬度方向的兩組間隔紗線系統(tǒng)22，23，夾在上、下層面板中間，除了與所述上面板層的緯紗系統(tǒng)18交織外，還跨層與下面板層的緯紗系統(tǒng)21交織，沿寬度方向?qū)⑸稀⑾旅姘鍖涌椩斐梢粋€(gè)整體，構(gòu)成夾層結(jié)構(gòu)。在織造過(guò)程中，應(yīng)盡量保持上、下面板層間沿寬度方向芯子間隔紗線的張力一致，沿寬度方向間隔紗線的送經(jīng)量 為間隔跨距內(nèi)間隔紗線的實(shí)際曲線長(zhǎng)度。所述的兩組沿寬度方向間隔紗線系統(tǒng)22，23從一個(gè)面板層跨層向另一個(gè)面板層交織時(shí)，其在兩夾層面板間的空間走向相反，沿寬度方向間隔紗線與上、下面板層交織形成“S”形斜向交叉中空構(gòu)型，中空構(gòu)型沿寬度方向呈現(xiàn)完全的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，起著有效的雙向支撐作用。同理，沿厚度方向的間隔紗線系統(tǒng)，夾在上、下層面板中間，除了與步驟I)所述上面板層的經(jīng)紗系統(tǒng)交織外，還跨層與下面板層的經(jīng)紗系統(tǒng)交織，沿厚度方向?qū)⑸?、下面板層織造成一個(gè)整體，構(gòu)成夾層結(jié)構(gòu)。在織造過(guò)程中，應(yīng)盡量保持上、下面板層間沿厚度方向芯子間隔紗線的動(dòng)態(tài)張力一致，沿厚度方向間隔紗線的送經(jīng)量為間隔跨距內(nèi)間隔紗線的實(shí)際曲線長(zhǎng)度。所述的沿厚度方向間隔紗線系統(tǒng)從一個(gè)面板層跨層向另一個(gè)面板層交織時(shí)，其在兩夾層面板間的空間走向相反，沿厚度方向間隔紗線與上、下面板層交織形成“S”形斜向交叉中空構(gòu)型，中空構(gòu)型沿厚度方向呈現(xiàn)完全的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，起著有效的雙向支撐作用。本實(shí)施例所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層，沿面內(nèi)兩個(gè)方向(面內(nèi)寬度方向和厚度方向)，雙方向芯子層呈現(xiàn)完全的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，起著有效的面內(nèi)雙向支撐作用。(b)軸向紗線系統(tǒng)軸向紗線系統(tǒng)采用T300 9K碳纖維。軸向紗線系統(tǒng)9，在每相鄰沿寬度方向的芯子間隔紗線系統(tǒng)的中間位置，由軸紗引紗裝置沿著厚度方向逐行垂直喂入。參見(jiàn)圖4，即 沿著寬度方向，軸向紗線9在相鄰的沿寬度方向的兩組芯子間隔紗線系統(tǒng)的中間位置，由軸紗引紗裝置從上面板層垂直喂入，穿過(guò)中空夾芯層，再?gòu)南旅姘鍖哟怪贝┏?，夾持在上面板層和下面板層相鄰的經(jīng)紗紗線系統(tǒng)行之間。接著，沿著寬度方向，進(jìn)行下一根軸向紗線的喂入，軸紗與沿厚度方向芯子間隔紗線系統(tǒng)交替排列，待該行軸向紗線全部加滿后，沿著厚度方向進(jìn)入下一行，再沿寬度方向喂入軸紗。同理，或者在厚度方向，軸向紗線在每相鄰兩組沿厚度方向的芯子間隔紗線系統(tǒng)的中間位置，由軸紗引紗裝置從上面板層垂直喂入，穿過(guò)中空夾芯層，再?gòu)南旅姘鍖哟怪贝┏?，夾持在上面板層和下面板層相鄰的經(jīng)紗紗線系統(tǒng)列之間。接著，沿著厚度方向，進(jìn)行下一根軸向紗線的喂入，軸紗與沿寬度方向芯子間隔紗線系統(tǒng)交替排列，待該列軸向紗線全部加滿后，沿著厚度方向進(jìn)入下一列，再沿厚度方向喂入軸紗。(C)橫向紗線系統(tǒng)橫向紗線系統(tǒng)采用T300 9K碳纖維。沿寬度方向橫向紗線系統(tǒng)10，由引紗裝置攜帶，沿著厚度方向逐行由中性面位置喂入，將相鄰兩根中空芯子間隔紗線捆綁并沿面內(nèi)寬度方向取向。參見(jiàn)圖5，沿寬度方向橫向紗線從第一行沿寬度方向依次將相鄰兩根中空芯子間隔紗線捆綁并沿面內(nèi)寬度方向，再沿厚度方向，進(jìn)入下一行，再喂入沿寬度方向橫向紗線。同理，沿厚度方向橫向紗線系統(tǒng)11由引紗裝置攜帶，由中性面位置喂入，將相鄰兩根中空芯子間隔紗線捆綁并沿面內(nèi)厚度方向取向。所述的沿寬度方向和沿厚度方向的橫向紗線從相鄰兩根中空芯子間隔紗線的中心穿過(guò)，并與相鄰的仿鳥(niǎo)骨中空芯子間隔紗線形成“8”字型線圈纏繞捆綁，參見(jiàn)圖4。所述的沿寬度方向和沿厚度方向的橫向緯紗與芯子層紗線的所有交叉重合點(diǎn)分布在中性面上；所述的沿寬度方向的橫向緯紗、沿厚度方向的橫向緯紗和軸紗在中性面上相互交織重合于一點(diǎn)，對(duì)芯子層起著有效支撐作用。重復(fù)所述工藝步驟(1)(2)，即可獲得本發(fā)明所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層預(yù)制件。
3)樹(shù)脂固化成型。預(yù)制件織造完成后，對(duì)預(yù)制件進(jìn)行崩直張拉，克服在織造過(guò)程中產(chǎn)生的紗線松緊不一的狀況。將織造好的仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層預(yù)制件，采用樹(shù)脂傳遞工藝，注入環(huán)氧樹(shù)脂，使上、下面板層和中空芯子層充分浸潰環(huán)氧樹(shù)脂，先在室溫下固化5天，再放置于大型熱壓罐中，在3個(gè)大氣壓下，180°C下熟化24小時(shí)，樹(shù)脂復(fù)合固化后，即得到本發(fā)明的輕質(zhì)仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層。
權(quán)利要求
1.一種輕質(zhì)仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層，它由上面板層、下面板層和設(shè)置于上、下面板層之間的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層構(gòu)成。其特征在于上、下面板層形成夾層結(jié)構(gòu)，所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層以垂直軸紗為中心，以中性面內(nèi)橫向紗線作為芯子有效支撐，由孔隙相通周期性排列的仿鳥(niǎo)骨骼中空構(gòu)型單胞組成的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且該仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層與上、下面板層按設(shè)計(jì)規(guī)律編織為一個(gè)整體，并采用樹(shù)脂傳遞工藝，在大型熱壓罐中固化成型。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輕質(zhì)仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層，其特征在于所述的上面板層、下面板層是采用機(jī)織工藝技術(shù)，由高性能纖維材料織造面板層預(yù)成型件來(lái)制備得到；所述的上、下面板層預(yù)成型件的織物組織結(jié)構(gòu)可以分別采用平紋、斜紋、緞紋或變化組織結(jié)構(gòu)中的任何一種。所述的織物組織結(jié)構(gòu)是面板層經(jīng)紗和緯紗的交織規(guī)律。 所述的高性能纖維材料是指碳纖維、凱夫拉纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、高強(qiáng)聚乙烯纖維、玄武巖纖維等中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輕質(zhì)仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層，其特征在于上面板層和下面板層形成夾層結(jié)構(gòu)，仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層與上、下面板層間通過(guò)三維整體機(jī)織工藝，編織為一個(gè)完全不分離的整體結(jié)構(gòu)。所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層是由孔隙相通周期性排列的仿鳥(niǎo)骨骼中空構(gòu)型單胞組成的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所述的單胞為仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層的最小重復(fù)單元。所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層關(guān)于中性面為完全對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輕質(zhì)仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層，其特征在于所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空構(gòu)型含有垂直于上、下面板的直法向紗線，即軸紗。所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層單胞結(jié)構(gòu)以垂直軸紗為中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)，且軸紗起有效的軸向支撐作用。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輕質(zhì)仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層，其特征在于所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空構(gòu)型，沿某一方向(沿寬度方向或厚度方向)來(lái)看，構(gòu)型呈現(xiàn)完全的對(duì)稱結(jié)構(gòu)。所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層，沿面內(nèi)兩個(gè)方向(面內(nèi)寬度方向和厚度方向)來(lái)看， 雙方向芯子層呈現(xiàn)完全的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，起著有效的面內(nèi)雙向支撐作用。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輕質(zhì)仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層，其特征在于所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層的中性面還包括兩組橫向紗線沿寬度方向的橫向紗線和沿厚度方向的橫向紗線。其中，沿寬度方向橫向紗線將相鄰兩組仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子捆綁并沿面內(nèi)寬度方向取向；沿厚度方向橫向紗線將相鄰兩組仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子捆綁并沿面內(nèi)厚度方向取向。所述的橫向紗線從相鄰兩組仿鳥(niǎo)骨中空芯子紗線的中心穿過(guò)，并與相鄰的仿鳥(niǎo)骨中空芯子紗線形成“8”字型線圈纏繞捆綁。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輕質(zhì)仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層，其特征在于所述的沿寬度方向和沿厚度方向的橫向緯紗與芯子層紗線的所有交叉重合點(diǎn)分布在中性面上。所述的沿寬度方向的橫向緯紗、沿厚度方向的橫向緯紗和軸紗在中性面上相互交織重合于一點(diǎn)，對(duì)芯子層起著有效支撐作用。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輕質(zhì)仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層，其特征在于所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空構(gòu)型即可為直線形式也可為曲線形式，如有“直線”形斜向交叉構(gòu)型、“S”形斜向交叉構(gòu)型、“波浪形”斜向交叉構(gòu)型、“C”形斜向交叉構(gòu)型，“I”字形等構(gòu)型。 所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)還可以形成雙夾層、多夾層結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輕質(zhì)仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層，其特征在于所述整體復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層外形尺寸長(zhǎng)度范圍為0-28米，寬度范圍為0-3. 5米，高度范圍為0-3. 5米；上面板層厚度范圍為0-0. 020米，下面板層厚度范圍為0-0. 020米，所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層高度范圍可00.160米之間，針對(duì)單夾層結(jié)構(gòu)，仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層連接上、下層面板層形成的整體高度范圍為0-0. 180米之間。針對(duì)雙夾層結(jié)構(gòu)，仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層連接上、下層面板層形成的整體高度范圍為0-0. 360米之間。所述整體復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層采用樹(shù)脂注入工藝，先在室溫下進(jìn)行固化，并采用大型熱壓罐進(jìn)行高溫高壓熟化。所述的熱壓罐外形尺寸為30-35米，直徑為5. 5米；可控溫度范圍為室溫到 300°C,最大壓力水平可達(dá)到7個(gè)大氣壓。
10.一種如權(quán)利要求I所述輕質(zhì)仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層的制備方法， 其特征在于按如下步驟進(jìn)行制備1)上、下面板層制備所述的上面板層、下面板層是采用機(jī)織工藝技術(shù)，由高性能纖維材料織造面板層預(yù)成型件來(lái)制備得到；所述的上、下面板層預(yù)成型件的織物組織結(jié)構(gòu)可以分別采用平紋、斜紋、 緞紋或變化組織結(jié)構(gòu)中的任何一種。按照設(shè)計(jì)的織物組織結(jié)構(gòu)，由上面板層經(jīng)紗系統(tǒng)和上面板層緯紗系統(tǒng)交織形成上面板層，由下面板層經(jīng)紗系統(tǒng)和下面板層緯紗系統(tǒng)交織形成下面板層。2)制備中空芯子層；Ca)間隔紗線系統(tǒng)沿寬度方向的間隔紗線系統(tǒng)，除了與步驟I)所述上面板層的緯紗系統(tǒng)交織外，還跨層與下面板層的緯紗系統(tǒng)交織，沿寬度方向?qū)⑸?、下面板層織造成一個(gè)整體，構(gòu)成夾層結(jié)構(gòu)。 沿厚度方向的間隔紗線系統(tǒng)，除了與步驟I)所述上面板層的經(jīng)紗系統(tǒng)交織外，還跨層與下面板層的經(jīng)紗系統(tǒng)交織，沿厚度方向?qū)⑸?、下面板層織造成一個(gè)整體，構(gòu)成夾層結(jié)構(gòu)。所述的間隔紗線系統(tǒng)從一個(gè)面板層跨層向另一個(gè)面板層交織時(shí)，其在兩夾層面板間的空間走向相反。(b)軸向紗線系統(tǒng)軸向紗線系統(tǒng)，在每相鄰兩組沿寬度方向的芯子間隔紗線系統(tǒng)的中間位置，由軸紗引紗裝置沿著厚度方向逐行垂直喂入，或在每相鄰沿厚度方向的芯子間隔紗線系統(tǒng)的中間位置，由軸紗引紗裝置沿著寬度方向逐列垂直喂入；軸向紗線系統(tǒng)貫穿整個(gè)夾層結(jié)構(gòu)的高度方向，并夾持在上面板層和下面板層相鄰的經(jīng)紗紗線系統(tǒng)行之間。(C)橫向紗線系統(tǒng)沿寬度方向橫向紗線系統(tǒng)，由引紗裝置攜帶，沿著厚度方向逐行由中性面位置喂入，將相鄰兩根中空芯子間隔紗線捆綁并沿面內(nèi)寬度方向取向。沿厚度方向橫向紗線系統(tǒng)由引紗裝置攜帶，沿著寬度方向逐行由中性面位置喂入，將相鄰兩根中空芯子間隔紗線捆綁并沿面內(nèi)厚度方向取向。重復(fù)所述工藝步驟(1)(2)，即可獲得本發(fā)明所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層預(yù)制件。3)樹(shù)脂固化成型將織造好的仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層預(yù)制件，采用樹(shù)脂傳遞工藝，注入環(huán)氧樹(shù)脂，使上、下面板層和中空芯子層充分浸潰樹(shù)脂，先在室溫下固化，再放置于大型熱壓罐中，在高溫高壓下熟化。樹(shù)脂復(fù)合固化后，即得到本發(fā)明的仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種輕質(zhì)仿鳥(niǎo)骨骼中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料車(chē)廂夾芯層，它由上面板層、下面板層和上、下面板層之間的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層構(gòu)成。其特征在于上、下面板層形成夾層結(jié)構(gòu)，所述的仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層以垂直軸紗為中心，以中性面內(nèi)橫向紗線作為芯子有效支撐，由孔隙相通周期性排列的仿鳥(niǎo)骨骼中空構(gòu)型單胞組成的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且仿鳥(niǎo)骨骼中空芯子層與上、下面板層按設(shè)計(jì)規(guī)律編織為一個(gè)整體，并采用樹(shù)脂傳遞工藝，在大型熱壓罐中固化成型。本發(fā)明的制備步驟包括1)制備上、下面板層；2)制備中空芯子層；3)樹(shù)脂固化成型。本發(fā)明比現(xiàn)有的車(chē)廂夾芯層整體性更好，質(zhì)量更輕，承載效率更高，力學(xué)性能更加優(yōu)越，應(yīng)用于帶有仿機(jī)翼的空氣動(dòng)力懸浮列車(chē)中。
文檔編號(hào)B61D17/00GK102923145SQ20121038509
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月12日
發(fā)明者李典森, 江雷 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)