关于碳纤维复合材料点阵的研究分析

  点阵是一个晶体学的抽象概念,将晶体中的质点抽象为规则排列于空间的几何点,称之为阵点,这些阵点有完全相同的周围环境,而且呈周期性规则排列,这种在三维空间按规则排列的阵列称空间点阵,简称为点阵”。而点阵结构借用了这一概念,其实际指的是胞元周期性排列,且满足拉伸主导型构型的一类结构。

  研究人员采用三维编制方法制备纤维点阵复合材料,该方法首先用纤维预浸料制备夹层面板和预浸纤维束,最后固化成型,但也存在杆单元不规则的缺陷。研究人员提出了一种工艺方法,能使碳纤维增强复合材料点阵夹芯结构体化成型。该方法是将纤维杆的两端埋人面板内,使得芯子与面板结合成一体而不存在明显界面,避免二次粘接,克服了传统的夹芯结构面板与芯子之间弱界面的缺点。

  点阵材料具有轻质高强的特点,被认为是目前比强度、比刚度最大的一类新型结构材料,而且韧性很高。目前,点阵结构基材主要以金属材料和碳纤维复合材料为主,由于碳纤维本身优异的力学性质,碳纤维复合材料点阵结构已经广泛应用于航空航天领域,树脂基的加人增加了结构强度,成为新的研究热点。

  与金属点阵结构相比,碳纤维树脂基复合材料点阵结构具有更加明显的比强度、比刚度优势,因此其在航空航天、交通运输、水面舰艇、重工机械等领域具有重要的应用前景。随着航天技术的发展,大型飞行器的相关研究越来越受到重视,减轻飞行器的质量是研究的重点工作。碳纤维树脂基复合材料能将结构和功能性结合起来,从而降低飞行器的质量。

  目前,对碳纤维树脂基复合材料点阵结构的研究主要在材料、结构和制备工艺三个方面,二维碳纤维树脂基点阵格栅主要是通过纤维浸渍树脂缠绕的方式制备,三维碳纤维树脂点阵则主要通过三维穿插编织技术制成。

  点阵芯子制备需要使用模具,且对模具的要求较高,模具的质量能直接影响结构的性能,复杂和高质量的模具设计和制造均需要消耗相当的时间,因此研发高效的点阵芯子制备工艺和改进模具的制造方法能有效地提高生产效率,降低成本。如今的碳纤维树脂基复合材料点阵结构的成型工艺都有各自的优点和缺点,如何能制造出性能更优越,成本更低,生产工艺自动化程度更高的碳纤维树脂基点阵是今后研究的热点内容。