一种集导热与承载于一体的轻质点阵结构夹芯板及其制备方法技术

一种集导热与承载于一体的轻质点阵结构夹芯板及其制备方法。本发明专利技术涉及一种轻质点阵结构夹芯板及其制备方法。本发明专利技术为解决现有点阵结构夹芯板导热性差、结构性能单一的问题。产品由上面板、点阵结构夹芯层和下面板组成；所述的点阵结构夹芯层由上加固网、多个金字塔点阵结构单胞、下加固网和碳泡沫夹芯板组成。方法：一、制备圆杆；二、制备碳泡沫夹芯板；三、制备上加固网和下加固网；四、制备点阵结构夹芯层；五、制备点阵结构夹芯板。本发明专利技术解决现有点阵结构夹芯板导热性差、结构性能单一的问题，当轻质多功能夹芯结构板受热载荷作用时，高导热的面板与高导热碳泡沫形成导热通路，从而提高轻质多功能夹芯结构板的导热能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种轻质点阵结构夹芯板及其制备方法。
技术介绍
轻质夹芯结构以其比强度、比刚度高等优势，在航空航天等领域得到了广泛的应用。目前，常见的轻质夹芯结构是格栅结构和点阵结构。现代卫星结构中蜂窝夹芯结构(六边形格栅结构)是最为常见的一种夹芯结构。夹芯结构是周期性多孔结构，芯子孔隙较大、(像蜂窝、格栅等结构)空间封闭，结构散热能力较差，导热性差，导热系数低于2W/(m·K)，现代航空航天领域对夹芯结构的功能提出了更高的设计要求，不仅要求轻量化，而且还要求多功能一体化，因此显著提高其导热能力和承载能力将使其拥有更为广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术为解决现有点阵结构夹芯板导热性差、结构性能单一的问题，而提供了一种集导热与承载等功能于一体的轻质点阵结构夹芯板及其制备方法。本专利技术的一种集导热与承载于一体的轻质点阵结构夹芯板由上面板、点阵结构夹芯层和下面板组成；所述的点阵结构夹芯层由上加固网、多个金字塔点阵结构单胞、下加固网和碳泡沫夹芯板组成；所述的金字塔点阵结构单胞由四根独立圆杆按照金字塔形排布而成；所述的上加固网和下加固网均为带椭圆形槽口且镂空的金属网板，每四个椭圆形槽口为一组，各组椭圆形槽口呈网格分布，网格结构的交叉点设置各组椭圆形槽口，且所述的椭圆形槽口为通孔，网格结构的网格内部设置成镂空结构；所述的金字塔点阵结构单胞上端的所有圆杆的端部嵌入上加固网上的各组椭圆形槽口中，所述的金字塔点阵结构单胞下端的所有圆杆的端部嵌入下加固网上的各组椭圆形槽口中，所述的金字塔点阵结构单胞与上加固网和下加固网为固定连接；所述的碳泡沫夹芯板填充在由上加固网、多个金字塔点阵结构单胞和下加固网形成的空间中，且所述的碳泡沫夹芯板为一体结构；所述的点阵结构夹芯层中的上加固网的上表面与上面板之间用胶黏剂粘接在一起，下加固网的下表面与下面板之间用胶黏剂粘接在一起。本专利技术的一种集导热与承载于一体的轻质点阵结构夹芯板的制备方法按以下步骤进行：一、制备圆杆：采用水切割机沿与圆杆水平端面成45°角的方向切割圆杆，得到圆杆；二、制备碳泡沫夹芯板：①将碳泡沫切割成碳泡沫矩形板，通过机械钻孔的方式在碳泡沫矩形板的内部钻出与碳泡沫矩形板上、下表面呈角度为45°圆形通孔，每四个圆形通孔为一组，且每组中的四个圆形通孔按照金字塔形排布，每个圆形通孔在碳泡沫矩形板上、下表面处呈椭圆形；②利用铣床在带通孔的碳泡沫矩形板的上、下表面铣削出矩形排布的网状槽道，矩形排布的网状槽道交叉点处设置矩形槽，位于碳泡沫矩形板上、下表面处呈椭圆形的每组圆形通孔设置在矩形槽内，得到碳泡沫夹芯板；所述的圆形通孔尺寸与步骤一得到的圆杆的尺寸相匹配；所述的碳泡沫夹芯板上的矩形排布的网状槽道和矩形槽的深度相同；三、制备上加固网和下加固网：通过水切割工艺，将一块金属板材切割出与步骤二中位于碳泡沫矩形板上表面处的椭圆形孔相匹配的椭圆形槽口，然后对每组椭圆形槽口围城的区域进行镂空处理，得到上加固网，将另一块金属板材切割出与步骤二中位于碳泡沫矩形板下表面处的椭圆形孔相匹配的椭圆形槽口，然后对每组椭圆形槽口围城的区域进行镂空处理，得到下加固网；所述的金属板材厚度与碳泡沫夹芯板上的矩形排布的网状槽道深度相同；四、制备点阵结构夹芯层：将步骤三得到的上加固网和下加固网组装到步骤二得到的碳泡沫夹芯板上，然后将步骤一得到的圆杆插入碳泡沫夹芯板上的通孔中，得到点阵结构夹芯层；五、制备点阵结构夹芯板：将上面板组装到步骤四得到的点阵结构夹芯层的上表面，将下面板组装到步骤四得到的点阵结构夹芯层的下表面，点阵结构夹芯层与上面板和下面板之间采用胶黏剂粘接，然后采用模具热压工艺固化，得到点阵结构夹芯板。本专利技术的有益效果：①本专利技术的一种集导热与承载等功能于一体的多功能轻质点阵结构夹芯板，解决现有点阵结构夹芯板导热性差、结构性能单一的问题，当轻质多功能夹芯结构板受热载荷作用时，高导热的面板与高导热碳泡沫形成导热通路，从而提高轻质多功能夹芯结构板的导热能力。②本专利技术的一种集导热与承载等功能于一体的轻质多功能点阵结构板，当轻质多功能点阵结构板受力载荷作用时，碳泡沫与金字塔夹芯结构所使用的装配圆杆发生相互耦合作用，避免装配圆杆发生低级的失效模式(如压杆屈曲等，)从而提高轻质多功能点阵结构板的力学承载能力。③本专利技术的上加固网和下加固网采用镂空设计，使得碳泡沫和上下复合材料面板大面积接触，减少接触热阻，提高了轻质多功能夹芯结构板的导热性能，另外，也减轻了轻质多功能夹芯结构板的重量。④本专利技术的带有椭圆形槽口设计和镂空设计的加固上、下面板在对金字塔点阵芯子咬合处进行整体加固的同时，也增加了金字塔点阵芯子与复合材料上、下面板的粘接面积，提高了复合材料点阵夹芯结构的面芯剪切强度，比现有复合材料点阵夹芯结构具有更高的剪切比强度和比刚度。附图说明图1为具体实施方式一的点阵结构夹芯板主视图；其中1为上面板，2为点阵结构夹芯层，3为下面板，4为上加固网，6为下加固网，8为碳泡沫夹芯板；图2为具体实施方式九步骤四得到的点阵结构夹芯层的结构示意图；其中4为上加固网，5为点阵结构单胞，6为下加固网，7为圆杆，8为碳泡沫夹芯板；图3为具体实施方式九步骤二得到的碳泡沫夹芯板的结构示意图；图4为具体实施方式九步骤三得到的上加固网的结构示意图；图5为具体实施方式九步骤三得到的下加固网的结构示意图；图6为具体实施方式九步骤四得到的点阵结构夹芯层的结构示意图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式的一种集导热与承载于一体的轻质点阵结构夹芯板由上面板1、点阵结构夹芯层2和下面板3组成；所述的点阵结构夹芯层2由上加固网4、多个金字塔点阵结构单胞5、下加固网6和碳泡沫夹芯板8组成；所述的金字塔点阵结构单胞5由四根独立圆杆7按照金字塔形排布而成；所述的上加固网4和下加固网6均为带椭圆形槽口且镂空的金属网板，每四个椭圆形槽口为一组，各组椭圆形槽口呈网格分布，网格结构的交叉点设置各组椭圆形槽口，且所述的椭圆形槽口为通孔，网格结构的网格内部设置成镂空结构；所述的金字塔点阵结构单胞5上端的所有圆杆7的端部嵌入上加固网4上的各组椭圆形槽口中，所述的金字塔点阵结构单胞5下端的所有圆杆7的端部嵌入下加固网6上的各组椭圆形槽口中，所述的金字塔点阵结构单胞5与上加固网4和下加固网6为固定连接；所述的碳泡沫夹芯板8填充在由上加固网4、多个金字塔点阵结构单胞5和下加固网6形成的空间中，且所述的碳泡沫夹芯板8为一体结构；所述的点阵结构夹芯层2中的上加固网4的上表面与上面板1之间用胶黏剂粘接在一起，下加固网6的下表面与下面板3之间用胶黏剂粘接在一起。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的上面板1为碳纤维增强聚合物基复合材料板或金属薄板。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述的下面板3为碳纤维增强聚合物基复合材料板或金属薄板。其他步骤及参数与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的圆杆7的上端面与下端面平行，且都与水平面成角45°。其他步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述的圆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集导热与承载于一体的轻质点阵结构夹芯板，其特征在于一种集导热与承载于一体的轻质点阵结构夹芯板由上面板(1)、点阵结构夹芯层(2)和下面板(3)组成；所述的点阵结构夹芯层(2)由上加固网(4)、多个金字塔点阵结构单胞(5)、下加固网(6)和碳泡沫夹芯板(8)组成；所述的金字塔点阵结构单胞(5)由四根独立圆杆(7)按照金字塔形排布而成；所述的上加固网(4)和下加固网(6)均为带椭圆形槽口且镂空的金属网板，每四个椭圆形槽口为一组，各组椭圆形槽口呈网格分布，网格结构的交叉点设置各组椭圆形槽口，且所述的椭圆形槽口为通孔，网格结构的网格内部设置成镂空结构；所述的金字塔点阵结构单胞(5)上端的所有圆杆(7)的端部嵌入上加固网(4)上的各组椭圆形槽口中，所述的金字塔点阵结构单胞(5)下端的所有圆杆(7)的端部嵌入下加固网(6)上的各组椭圆形槽口中，所述的金字塔点阵结构单胞(5)与上加固网(4)和下加固网(6)为固定连接；所述的碳泡沫夹芯板(8)填充在由上加固网(4)、多个金字塔点阵结构单胞(5)和下加固网(6)形成的空间中，且所述的碳泡沫夹芯板(8)为一体结构；所述的点阵结构夹芯层(2)中的上加固网(4)的上表面与上面板(1)之间用胶黏剂粘接在一起，下加固网(6)的下表面与下面板(3)之间用胶黏剂粘接在一起。...

【技术特征摘要】
1.一种集导热与承载于一体的轻质点阵结构夹芯板，其特征在于一种集导热与承载于一体的轻质点阵结构夹芯板由上面板(1)、点阵结构夹芯层(2)和下面板(3)组成；所述的点阵结构夹芯层(2)由上加固网(4)、多个金字塔点阵结构单胞(5)、下加固网(6)和碳泡沫夹芯板(8)组成；所述的金字塔点阵结构单胞(5)由四根独立圆杆(7)按照金字塔形排布而成；所述的上加固网(4)和下加固网(6)均为带椭圆形槽口且镂空的金属网板，每四个椭圆形槽口为一组，各组椭圆形槽口呈网格分布，网格结构的交叉点设置各组椭圆形槽口，且所述的椭圆形槽口为通孔，网格结构的网格内部设置成镂空结构；所述的金字塔点阵结构单胞(5)上端的所有圆杆(7)的端部嵌入上加固网(4)上的各组椭圆形槽口中，所述的金字塔点阵结构单胞(5)下端的所有圆杆(7)的端部嵌入下加固网(6)上的各组椭圆形槽口中，所述的金字塔点阵结构单胞(5)与上加固网(4)和下加固网(6)为固定连接；所述的碳泡沫夹芯板(8)填充在由上加固网(4)、多个金字塔点阵结构单胞(5)和下加固网(6)形成的空间中，且所述的碳泡沫夹芯板(8)为一体结构；所述的点阵结构夹芯层(2)中的上加固网(4)的上表面与上面板(1)之间用胶黏剂粘接在一起，下加固网(6)的下表面与下面板(3)之间用胶黏剂粘接在一起。2.根据权利要求1所述的一种集导热与承载于一体的轻质点阵结构夹芯板，其特征在于所述的上面板(1)和下面板(3)均为复合材料板或金属薄板。3.根据权利要求1所述的一种集导热与承载于一体的轻质点阵结构夹芯板，其特征在于所述的圆杆(7)的上端面与下端面平行，且都与水平面成角45°。4.根据权利要求1所述的一种集导热与承载于一体的轻质点阵结构夹芯板，其特征在于所述的圆杆(7)为复合材料圆杆或金属圆杆。5.根据权利要求1所述的一种集导热与承载于一体的轻质点阵结构夹芯板，其特征在于所述的碳泡沫夹芯板(8)的导热系数为80W/(m·K)～250W/(m·K)。6.根据权利要求1所述的一种集导热与承载于一体的轻质点阵结构夹芯板，其特征在于所述的胶黏剂的导热系数大于2W/(m·K)。7.根据权利要求1所述的一种集导热与承载于一体的轻质点阵结构夹芯板，其特征在于所述的胶黏剂固化后厚度小于0.1mm。8.一种集导热与承载于一体的轻质点阵结构夹芯板的制备方法，其特征在于一种集导热与承载于一体的轻质点阵结构夹芯板的制备方法按以下步骤进行：一、制备圆杆：采用水切割机沿与圆杆水平端面成45°角的方向切割圆杆，得到圆杆(7)；二、制备碳泡沫夹芯板：①将碳泡沫切割成碳泡...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴林志，于国财，熊健，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23