本发明涉及材料领域，具体涉及一种高面内剪切性能的复合材料锥形蜂窝夹层板的制备方法。
背景技术：
1、蜂窝材料的构型由来已久，其拓扑结构具有强度高，密度低的特点，与面板结合，还可以在不影响其轴向承载能力的同时，提升面内压缩、抗弯、抗剪等性能。作为一种轻质承载材料，在航天航空、船舶等工业领域已有广泛应用。
2、伴随着材料科学的进步，复合材料技术逐渐成熟。主流的蜂窝材料包括芳纶、玻璃纤维、碳纤维。利用纤维材料高强度，高模量的特点增强蜂窝结构，其中碳纤维复合材料相比其他复合材料，有更高的强度和刚度，在多个领域有较深潜力。使用层合铺层的碳纤维复合材料制备蜂窝结构，其结构密度更低，面外承载能力、比强度也更强。但是由于蜂窝构型的限制，蜂窝单胞侧壁均垂直于水平面，相较于压缩承载能力，其面内剪切能力不够优秀。同时受制于制备工艺，倾斜侧壁的锥形蜂窝尚无可靠制备方法。这使得其面内剪切，面内刚度成为较难提高的短板性能，限制了其在工业生产中的应用。
3、目前生产制备蜂窝的主要方法有以下几种：
4、(1)、针对较高密度且母材有一定韧性的蜂窝，一般先使用模压和粘接的方法，机器将母材折弯成波纹板，再在表面涂抹粘接剂，最后将波纹板对扣粘接，定型成六边形蜂窝。产品质量高，且工艺比较简单。缺点是效率较低，时间成本高。
5、(2)、针对低密度且母材具有一定韧性的蜂窝，一般使用拉伸成型的方法，在薄层母材表面粘接区域涂少量粘接剂，再将多层母材堆叠粘接成层合板，粘接剂固化后使用成型设备沿层合板法线方向拉伸，定型，得到蜂窝结构。这种方法生产效率高，缺点是只能制备低密度蜂窝，且不能严格控制每个单胞的形状质量。
6、(3)、对于母材韧性差的蜂窝，例如芳纶蜂窝，难以使用平板形状母材制备蜂窝，需要先使用纤维材料通过裁剪、涂胶、固化预成型等步骤，成型出蜂窝形状，再整体浸润树脂，形成复合材料蜂窝。整个工艺流程生产周期长，工艺复杂，成本也较高。
7、复合材料蜂窝的制备新工艺还包括3d打印、嵌锁组装等，这些方法成比较高，都不适用于工业生产。而异性蜂窝的制备，更是因其不对称形状，难以直接使用现有工艺带来生产，因此在设计高剪切性能的锥形蜂窝结构的同时，也需要设计一种低成本、可批量生产、质量可靠的制备工艺。
8、综上，目前低密度蜂窝材料面内剪切性能不高。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种高面内剪切性能的复合材料锥形蜂窝夹层板的制备方法。
2、一种高面内剪切性能的复合材料锥形蜂窝夹层板的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
3、一、预浸料的裁剪与铺设：
4、将预浸料按照设计尺寸沿纤维方向进行切割，再将切割后的预浸料按照一定的排布方式铺层，得到铺层后的预浸料；
5、二、脱模布和预浸料的裁剪与铺层：
6、对预浸料和脱模布进行裁剪，得到脱模布1、脱模布2和预浸料；按照脱模布1/预浸料/脱模布2/预浸料/脱模布1的顺序，多次循环铺设成多层板；将多层板的两侧加钢板，再使用热压罐真空热压固化，得到固化后的多层板；
7、三、多层板的切割和单胞的粘接：
8、①、按照脱模布2上的两列矩形孔为一组进行切割，切割成鱼刺状，每个层合板得到3列单胞，去除脱模布1，得到切割好的单层一列蜂窝单胞；
9、②、将切割好的单层一列蜂窝单胞正反交错堆叠，各层之间使用cmm宽的预浸料进行粘结，粘结处以外的部分使用脱模布进行隔离，以辅助粘结，得到粘结后的多层一列蜂窝单胞；将粘结后的多层一列蜂窝单胞放入热压罐再次真空热压固化，得到固化后的多层一列蜂窝单胞；
10、③、对固化后的多层一列蜂窝单胞进行切割，得到待拉伸蜂窝芯子，待拉伸蜂窝芯子为正反交错粘结固化的单个蜂窝单胞；
11、四、蜂窝定型：
12、①、将待拉伸蜂窝芯子粘结在拉伸定型装置上，再使用拉伸机对拉伸定型装置进行拉伸，蜂窝芯子成型出蜂窝形状，再放入加热设备中高温定型，得到第一次定型的蜂窝形状；
13、②、通过钢板对第一次定型的蜂窝形状进行上下加压，压制到高度bmm，再次放入加热设备中高温定型，冷却后去除单胞内残余的脱模布2，得到第二次定型的蜂窝形状；
14、③、将第二次定型的蜂窝形状的上、下表面于面板粘结，得到高面内剪切性能的复合材料锥形蜂窝夹层板。
15、本发明针对蜂窝形状提出一种可行的一种高面内剪切性能的复合材料锥形蜂窝夹层板的制备方法，使用碳纤维树脂复合材料作为母材，在蜂窝拉伸工艺基础上做出一定改进。生产出的锥形蜂窝具有远高于普通蜂窝的面内剪切性能，在密度相近前提下，显著提高了剪切模量。实现了对碳纤维树脂复合材料性能的深度挖掘，发挥了纤维材料高模量、高强度的优势。
16、本发明包括以下有益效果：
17、本发明与目前常见的蜂窝结构的剪切模量相比，使用本发明的蜂窝夹层板，在相近密度情况下，蜂窝夹层板剪切模量远高于使用其它蜂窝芯子的夹层板，剪切模量可达245mpa；证明本发明通过有效制备工艺，可以得到模量更高或密度更低的蜂窝结构，满足对应的工业要求，未来应用前景广阔。
1.一种高面内剪切性能的复合材料锥形蜂窝夹层板的制备方法，其特征在于所述制备方法具体是按以下步骤完成的：
2.根据权利要求1所述的一种高面内剪切性能的复合材料锥形蜂窝夹层板的制备方法，其特征在于步骤一中所述的预浸料为碳纤维树脂复合材料，其中树脂的质量分数为30％～50％；所述的铺层后的预浸料的厚度为30μm～100μm。
3.根据权利要求1所述的一种高面内剪切性能的复合材料锥形蜂窝夹层板的制备方法，其特征在于步骤一中铺层的角度为0°/90°/0°，其中的0°层为竖直方向，厚度为10μm～30μm；90°为水平方向，厚度为10μm～30μm。
4.根据权利要求1所述的一种高面内剪切性能的复合材料锥形蜂窝夹层板的制备方法，其特征在于步骤二中所述的脱模布为聚四氟乙烯。
5.根据权利要求1所述的一种高面内剪切性能的复合材料锥形蜂窝夹层板的制备方法，其特征在于步骤二中所述的脱模布2上预留多个矩形孔；多个矩形孔尺寸相同且按规律排列；排列方式为：每列中的矩形孔相互平行，相邻两列中的矩形孔呈对称分布，相邻两列的两个矩形孔之间的最小间距为(c+10)mm，最大间距为dmm，两个矩形孔之间的夹角为0°～90°；所述的矩形孔的尺寸为amm×bmm；所述的a≥2mm，b的取值范围为5mm≤b≤20mm，c≥4mm；d的取值范围为16mm≤d≤38mm。
6.根据权利要求1所述的一种高面内剪切性能的复合材料锥形蜂窝夹层板的制备方法，其特征在于步骤二中所述的真空热压固化的工艺具体为：使用脱模布包裹两侧加钢板后的多层板，脱模布外面再包裹一层透气毡，再放入密封袋中，将密封袋放入热压罐中，抽真空加压至0.1mpa，在80℃下保温20min～40min，再加压至0.5mpa，在130℃下保温80min～100min，最后温度降至室温，泄压取出。
7.根据权利要求1所述的一种高面内剪切性能的复合材料锥形蜂窝夹层板的制备方法，其特征在于步骤三②中所述的真空热压固化的工艺具体为：使用脱模布包裹粘结后的多层蜂窝单胞，脱模布外面再包裹一层透气毡，再放入密封袋中，将密封袋放入热压罐中，抽真空加压至0.1mpa，在80℃下保温20min～40min，再加压至0.3mpa，在130℃下保温80min～100min，最后温度降至室温，泄压取出。
8.根据权利要求1所述的一种高面内剪切性能的复合材料锥形蜂窝夹层板的制备方法，其特征在于步骤三②中所述的c的取值范围为c≥4mm；步骤四①中所述的高温定型是在170℃的条件下保温1h。
9.根据权利要求1所述的一种高面内剪切性能的复合材料锥形蜂窝夹层板的制备方法，其特征在于步骤四②中所述的高温定型是在上下加压和温度为170℃的条件下保温1h。
10.根据权利要求1所述的一种高面内剪切性能的复合材料锥形蜂窝夹层板的制备方法，其特征在于步骤四③中所述的面板的材质为碳纤维复合材料层合板。
