一种抗冲抑振复合材料圆管超弹多孔混杂结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种抗冲抑振复合材料圆管超弹多孔混杂结构及其制备方法。

背景技术

聚氨酯是一种高分子材料，具有各向同性、大变形、高弹性和难压缩的特性，是典型的超弹性材料，在工程上常用作隔振减振材料，并且比传统的橡胶隔振件具有更强的承载能力，近些年来被越来越多地应用在隔振减振领域。多孔结构在隔冲、吸能等发面具有显著优势，相比于传统实心结构，多孔结构具有通过阻抗适配的原理，可以更好的隔绝冲击载荷，起到优秀的抗爆防护功能。传统的超弹性多孔结构多被用于舰船等领域，由于超弹性橡胶材料具有跟水接近的声阻抗，是优异的消声材料，可以提升舰船的隐蔽性。多孔超弹性结构在保留了消声减振的特性的前提下，可以有效减小爆炸冲击波对船体的损伤，但是吸能能力较弱，密实化后失去作用。本发明不同于传统多孔聚氨酯结构，采用碳纤维复合材料对其进行加强处理，利用碳纤维的高强度和高刚度，大大提升了结构的吸能能力和承载能力，达到更好的支撑和抗爆效果。

发明内容

本发明为提高多孔聚氨酯结构的承载和吸能能力，在聚氨酯结构的孔隙处使用复合材料进行加强，设计了一种抗冲抑振复合材料圆管超弹多孔混杂结构并提供了其制备方法。

本发明涉及的一种抗冲抑振复合材料圆管超弹多孔混杂结构，由聚氨酯基体和复合材料圆管增强体组成。所述结构不仅保留了多孔聚氨酯结构隔冲减振的优势，还极大增强了其承载能力和吸能能力，在受到冲击时，能有效的隔绝冲击能量，还可以通过碳纤维圆管破损吸收更多能量，从而达到冲击防护的效果。

本发明所述结构还包括以下特征：

所述结构为多孔结构，孔洞的形状、排布和尺寸可根据需求通过计算决定；

所述增强结构材料可选用碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料或金属等强度、刚度较高的材料；

所述增强结构厚度可根据工程需求进行改变；

所述结构由聚氨酯和增强结构制备而成，聚氨酯提供隔冲减振特性，增强结构主要用于加强吸能和承载能力；

一种抗冲抑振复合材料圆管超弹多孔混杂结构制备方法步骤如下：

(1)根据需求计算聚氨酯尺寸和圆孔排布方式，制作聚氨酯模具；

(2)根据需求选取多元醇和多异氰酸酯作为原材料；

(3)通过除水、预热、抽泡、浇注、固化等工艺完成聚氨酯多孔材料的制备；

(4)将制备完成的聚氨酯多孔材料脱模；

(5)将卷制的复合材料圆管通过胶粘的形式，固定在聚氨酯多孔材料的孔洞中；

本发明还有一些特征：

所述模具分三部分，分别为底座、圆管和外边框，底座上有若干圆孔，用于定位圆管位置；

所述聚氨酯硬度、模量可依照需求，调整原材料配比；

所述增强结构可选用不同标号的碳纤维，进一步提升结构的吸能能力；

本发明的有益效果在于：

突破传统聚氨酯多孔结构承载能力差，吸能能力差的限制，保留了减振和隔冲的特性，采用一种兼具轻质高承载和减振隔冲特性的复合材料多孔结构，从而使得聚氨酯和复合材料相互影响，结构质量较轻且整体在承载、隔冲、减振、吸能方面变现更为优异。

附图说明

图1为本发明模具示意图。其中A为外框、B为圆柱、C为底座，模具采用不锈钢制作而成。

图2位本发明模具组装示意图，图2为图1中A、B、C三个部件组装而成，将多元醇和多异氰酸酯按照一定比例注入组装后的模具中，从而完成聚氨酯的制备。

图3为一种兼具轻质高承载和减振隔冲特性的复合材料多孔结构成品前视图和轴测视图，由聚氨酯和复合材料圆管粘接而成，图中A为聚氨酯多孔结构、B为复合材料圆管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

参见图1，所述模具分三部分，分别为底座、圆管和外边框，底座上有若干圆孔，用于定位圆管位置，因此一种兼具轻质高承载和减振隔冲特性的复合材料多孔结构的制备实施方式为：

(1)根据工程要求，设计产品尺寸，圆孔排布以及圆孔尺寸，并完成金属模具加工；

(2)按照图2的形式对模具进行组装；

(3)根据需求选取多元醇和多异氰酸酯作为原材料；

(4)通过除水、预热、抽泡、浇注、固化等工艺完成聚氨酯多孔材料的制备，浇注位置在图2中标注；

(5)将制备完成的聚氨酯多孔材料脱模；

(6)将卷制的复合材料圆管通过胶粘的形式，固定在聚氨酯多孔材料的孔洞中，粘接后结构如图3所示；

所述结构为多孔结构，圆孔排布可根据需求通过计算确定，可选用疏排或密排等形式。

所述结构为多孔结构，其孔洞不局限于圆孔，可选用三角形、方形、六边形或不同孔洞组合的形式。

增强结构不局限于碳纤维，可选用玻璃纤维、金属材料或其他复合材料。

本发明不仅保留了多孔聚氨酯结构隔冲减振的优势，还极大增强了其承载能力和吸能能力，在受到冲击时，能有效的隔绝冲击能量，还可以通过碳纤维圆管破损吸收更多能量，从而达到冲击防护的效果。

本发明涉及一种兼具轻质高承载和减振隔冲特性的，复合材料圆管增强的聚氨酯多孔结构及其制备方法。聚氨酯是一种高分子材料，具有各向同性、高弹性、不可压缩等特性，能承受较大变形，是一种典型的超弹性材料，被广泛的应用于减振、降噪和抗冲击等领域。本发明不同于传统聚氨酯多孔结构，通过在多孔聚氨酯结构中增加复合材料的方式，改善聚氨酯结构的力学性能，可以显著提升多孔聚氨酯结构的刚度、吸能和抗冲能力，结构可作为承载、吸能、减振一体化构件，具有更加广泛的应用价值。

以上内容仅为本发明的较佳实施案例，对于本技术领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均可有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明限制。