连续植物纤维复合材料制备桁架式点阵结构

摘要

连续植物纤维复合材料制备桁架点阵结构，它涉及一种连续植物纤维复合材料桁架点阵结构及其制备方法。本发明采用植物纤维作为增强体，树脂作为基体，通过编织缠绕的方法一体化成型制备连续植物纤维复合材料桁架式点阵结构。本发明的制备方法包括五个步骤：一、植物纤维预处理，将连续植物纤维原料梳理成统一粗细并进行碱处理；二、浸渍树脂，将预处理后的连续植物纤维放入树脂中进行浸渍处理；三、编织缠绕，将经过浸渍的植物纤维在模具上进行编织缠绕，固定模具；四、真空高温固化，将模具放入真空干燥箱中，使其固化成型；五、冷却脱模，将固化后的模具拆下，从而获得桁架式点阵结构。本发明用于植物纤维复合材料制备技术领域。

权利要求

1.连续植物纤维复合材料桁架式点阵结构，其特征在于：所述连续植物纤维复合材料桁架式点阵结构以连续植物纤维为增强体材料，酚醛树脂或环氧树脂为基体材料。

2.根据权利要求1所述的连续植物纤维复合材料桁架式点阵结构，其特征在于：所述连续植物纤维复合材料桁架式点阵结构，其桁架结构类型为多层桁架式点阵结构。

3.根据权利要求1所述的连续植物纤维复合材料桁架式点阵结构，其特征在于：所述连续植物纤维复合材料桁架式点阵结构的制备过程为：步骤一、连续植物纤维预处理，根据设计的结构杆件尺寸及模具尺寸将连续植物纤维原料沿同一方向梳理成统一粗细并进行碱处理；

步骤二、浸渍树脂，将步骤一中预处理之后的连续植物纤维加入酚醛树脂或环氧树脂中进行浸渍处理，浸渍时间为1～2小时；

步骤三、清理模具，用丙酮或脱模剂清理硅橡胶模具表面，清理后在模具表面涂上脱模剂；

步骤四、编织缠绕，将步骤二中经过浸渍处理的连续植物纤维在步骤三清理过的模具上按照设计的缠绕顺序进行编织缠绕，之后固定模具；

步骤五、真空高温固化，将步骤四中的固定模具放入真空干燥箱中固化，固化温度为

100～180℃，固化压力为0.3～2MPa，固化时间为1.5～4小时；

步骤六、冷却脱模，将步骤五中固化好的模具从真空干燥箱中取出并拆下模具，从而获得连续植物纤维复合材料桁架式点阵结构。

4.根据权利要求3所述的连续植物纤维复合材料桁架式点阵结构，其特征在于：所述连续植物纤维复合材料桁架式点阵结构，在制备过程步骤一中，将连续植物纤维沿同一方向梳理成统一粗细后放入浓度为5wt％的碱溶液中，常温下浸渍处理1小时，碱处理之后用蒸馏水清洗纤维至中性，之后在60℃鼓风干燥箱中烘干至恒重。

说明书

连续植物纤维复合材料制备桁架式点阵结构

技术领域

[0001] 本发明涉及一种连续植物纤维复合材料桁架式点阵结构及其制备方法，属于植物纤维复合材料制备技术领域。

背景技术

[0002] 点阵结构正是综合考虑了材料设计、结构设计、功能设计等因素的新型结构功能材料，具有比强度高、比刚度高和多功能的特点，能够满足轻质高强的结构设计要求。

[0003] 传统复合材料点阵结构通常碳纤维和玻璃纤维等为增强体，玻璃纤维和碳纤维复合材料在给人类生活带来方便的同时，又给人类带来了资源短缺、回收利用及环境影响等新的问题，将天然植物纤维复合材料引入到点阵结构中，通过合理的结构设计和逐步完善的制备工艺，生产出满足社会需求的新型结构功能材料，拓宽复合材料点阵结构应用范围的同时，将对天然植物资源高效综合利用、促进可持续绿色高新技术产业及新材料科学的发展有着一定意义。

发明内容

[0004] 本发明提出了一种利用连续植物纤维复合材料来制备桁架式点阵结构，现有的复合材料点阵结构多为碳纤维或玻璃纤维复合材料点阵结构，本发明将连续植物纤维引入到复合材料点阵结构中，从而提出利用连续植物纤维复合材料来制备桁架式点阵结构的制备方法。

[0005] 本发明为解决上述问题所采取的技术方案如下：

[0006] 所述连续植物纤维复合材料桁架式点阵结构以菠萝叶纤维、剑麻纤维或任何连续植物纤维为增强体材料，酚醛树脂或环氧树脂为基体材料。

[0007] 所述连续植物纤维复合材料桁架式点阵结构，其桁架结构类型为多层桁架式点阵结构。

[0008] 所述连续植物纤维复合材料桁架式点阵结构的制备过程为：

[0009] 步骤一、连续植物纤维预处理，根据设计的结构杆件尺寸及模具尺寸将连续植物纤维原料沿同一方向梳理成统一粗细并进行碱处理；

[0010] 步骤二、浸渍树脂，将步骤一中预处理之后的连续植物纤维入酚醛树脂或环氧树脂中进行浸渍处理，浸渍时间为1～2小时；

[0011] 步骤三、清理模具，用丙酮或脱模剂清理硅橡胶模具表面，清理后在模具表面涂上脱模剂；

[0012] 步骤四、编织缠绕，将步骤二中经过浸渍处理的连续植物纤维在步骤三清理过的模具上按照设计的缠绕顺序进行编织缠绕，之后固定模具；

[0013] 步骤五、真空高温固化，将步骤四中浸渍后的模具放入真空干燥箱中固化，固化温度为100～180℃，固化压力为0.3～2MPa，固化时间为1.5～4小时；

[0014] 步骤六、冷却脱模，将步骤五中固化好的模具从真空干燥箱中取出并拆下模具，从而获得连续植物纤维复合材料桁架式点阵结构。

[0015] 本发明与现有技术相比的有益效果：

[0016] 本发明提出利用连续植物纤维复合材料制备桁架式点阵结构，通过以上制备方法制备出满足社会需求的新型结构功能材料，所制备的点阵结构形式为多层桁架点阵结构，其制备过程为一体成型，所制备出来的复合材料点阵结构空间贯通，便于实现通气、导热、导电等多功能性，拓宽了点阵结构的应用范围的同时，将对天然植物纤维的高效综合利用及新材料的绿色可持续发展起到一定作用。

附图说明

[0017] 图1是本发明的连续植物纤维复合材料桁架式点阵结构的缠绕方式第一步示意图；

[0018] 图2是本发明的连续植物纤维复合材料桁架式点阵结构的缠绕方式第二步示意图；

[0019] 图3是本发明的连续植物纤维复合材料桁架式点阵结构的缠绕方式第三步示意图；

[0020] 图4是本发明的连续植物纤维复合材料桁架式点阵结构的缠绕方式第四步示意图；

[0021] 图5是本发明的连续植物纤维复合材料桁架式点阵结构缠绕一层的结构示意图；

[0022] 图6是本发明的连续植物纤维复合材料桁架式点阵结构示意图；

具体实施方式

[0023] 具体实施方式一：所述连续植物纤维复合材料制备桁架式点阵结构，其中涉及到的模具具体制作过程如下：根据具体结构设计用厚度5mm、高35mm的细松木条订在表面光滑的木板上形成网格结构，作为母模，将硅胶与固化剂按照100:3的比例进行配比，沿同一个方向搅拌均匀，倒入母模中，常温下固化1小时，之后拆下模具，模具制作完成后备用。

[0024] 具体实施方式二：所述连续植物纤维复合材料桁架式点阵结构，其空间结构为多层桁架式点阵结构，所述连续植物纤维复合材料桁架式点阵结构的制备过程为：

[0025] 步骤一、连续植物纤维预处理，根据设计的结构杆件尺寸及模具尺寸将连续植物纤维原料沿同一方向梳理成统一粗细并进行碱处理；

[0026] 步骤二、浸渍树脂，将步骤一中预处理之后的连续植物纤维入酚醛树脂或环氧树脂中进行浸渍处理，浸渍时间为1～2小时；

[0027] 步骤三、清理模具，用丙酮或脱模剂清理硅橡胶模具表面，清理后在模具表面涂上脱模剂；

[0028] 步骤四、编织缠绕，将步骤二中经过浸渍处理的连续植物纤维在步骤三清理过的模具上按照设计的缠绕顺序进行编织缠绕，之后固定模具；

[0029] 步骤五、真空高温固化，将步骤四中浸渍后的模具放入真空干燥箱中固化，固化温度为100～180℃，固化压力为0.3～2MPa，固化时间为1.5～4小时；

[0030] 步骤六、冷却脱模，将步骤五中固化好的模具从真空干燥箱中取出并拆下模具，从而获得连续纤维复合材料桁架式点阵结构。

[0031] 具体实施方式三：本实施方式所述的连续植物纤维复合材料制备桁架式点阵结构中的连续植物纤维为菠萝叶纤维，对具体实施方式一中步骤一进行限制，在步骤一中将菠萝叶纤维沿同一方向分散、梳理好后放入浓度为5wt％的碱溶液中，常温下浸渍处理1小时，碱处理之后用蒸馏水清洗纤维至中性，之后在60℃鼓风干燥箱中烘干至恒重。

[0032] 本实施方式所述的连续植物纤维复合材料制备桁架式点阵结构中的连续植物纤维为菠萝叶纤维，对具体实施方式一中步骤二进行限制，在步骤二中将步骤一中烘干至恒重的菠萝叶纤维浸入到环氧树脂中，浸渍时间为1小时。

[0033] 具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一中步骤三进行详细说明，下面结合图1、图2、图3、图4、图5、图6具体说明本实施方式。

[0034] (1)如图1所示在硅橡胶模具的凹槽中进行菠萝叶纤维的缠绕，图中上、下、左、右的位置标记用U01～U15、D01～D15、L01～L15、R01～R15来表示，第一步：将步骤二中预浸渍的连续菠萝叶纤维一头放在L15的位置，之后按照如图1中箭头所示的方向进行缠绕，当到达D15位置时按照箭头方向继续缠绕到R13位置；第二步：经过第一步纤维到达R13位置后按照如图2所示箭头指引方向进行缠绕，当纤维到达L01位置时，按照箭头方向继续到达D02位置；第三步：经过第二步纤维到达D02位置后按照如图3所示箭头方向继续缠绕到R14位置；第四步：经过第三步纤维到达R14位置后按照如图4所示箭头指引方向继续进行缠绕，当纤维到达L02位置时按照图4所示方向围绕模具外围凹槽缠绕一圈回到L02位置。经过以上四步完成了菠萝叶纤维的第一匝缠绕，其缠绕的匝数根据设计的桁架杆件厚度d而定，d值取
5mm，即完成桁架式点阵结构的第一层缠绕，图5缠绕完成一层的结构示意图；

[0035] (2)完成第一层缠绕后在模具的竖向即(U01，D01)～(U15，D15)方向的凹槽放入长20mm、宽为5mm、高10mm的硅橡胶块，之后重复进行第四步，当缠绕厚度与硅橡胶块高度齐平时再重复操作第一步到第四步即完成第二层桁架式点阵结构的缠绕；

[0036] (3)完成第二层缠绕后重复(2)即完成第三层缠绕，这一过程可重复操作制备多层桁架式点阵结构，完成整个结构的编织缠绕这一步骤后进行真空高温固化、冷却脱模等步骤的操作，从而完成整个制备过程，图6为连续植物纤维复合材料制备桁架式点阵结构的示意图。