一種用于機(jī)器人結(jié)構(gòu)及防護(hù)的夾芯復(fù)合材料板及制備方法，本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種夾芯復(fù)合材料板，本發(fā)明專利技術(shù)為解決現(xiàn)有的碳纖維復(fù)合材料相對成本較高，且吸能效果差，受到?jīng)_擊后易損傷內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在一些輕載低成本領(lǐng)域應(yīng)用推廣存在困難的問題，包括至少兩個碳纖維層和至少一個木質(zhì)層，木質(zhì)層位于兩個碳纖維層之間。碳纖維層通過環(huán)氧基粘合劑壓接在中部的木質(zhì)層上，并通過壓合排除氣泡，完成原料板的工藝。本發(fā)明專利技術(shù)在不大幅度改變平均密度的情況下大幅度提高了木質(zhì)板的力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性，使其擁有了較為良好的抗拉、抗壓、硬度水平，同時也使振動傳播更為均勻。本發(fā)明專利技術(shù)適用于移動機(jī)器人防護(hù)板結(jié)構(gòu)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種用于機(jī)器人結(jié)構(gòu)及防護(hù)的夾芯復(fù)合材料板及制備方法
本專利技術(shù)涉及一種夾芯復(fù)合材料板，具體涉及一種用于機(jī)器人結(jié)構(gòu)及防護(hù)的夾芯復(fù)合材料板及制備方法，本專利技術(shù)屬于機(jī)器人防護(hù)材料
技術(shù)介紹
移動機(jī)器人在競技大賽、地震救災(zāi)和危險搜救場景下，需要長航時行走，環(huán)境的不確定性使其容易產(chǎn)生碰撞、受砸和擠壓等情況，一種質(zhì)量輕和韌性、強(qiáng)度高的材質(zhì)將有效保護(hù)機(jī)器人免受變形或物理損壞、提升機(jī)器人的生存率和靈巧運(yùn)行。目前移動機(jī)器人結(jié)構(gòu)與防護(hù)多采用樹脂基碳纖維復(fù)合材料，其具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、抗疲勞、耐腐蝕、防水、抗蠕變等諸多特點(diǎn)。由于碳纖維彈性模量高，故其復(fù)合材料零件允許在極限應(yīng)力狀態(tài)下服役，克服了玻璃纖維樹脂復(fù)合材料只允許在低于極限應(yīng)力60％的條件下使用的缺點(diǎn)。其在抗沖擊性能、抗疲勞性能、減摩耐磨性能、自潤滑性、耐腐蝕性以及耐熱性等，都有顯著優(yōu)點(diǎn)，故在機(jī)器人結(jié)構(gòu)上應(yīng)用廣泛。但碳纖維復(fù)合材料相對成本較高，且吸能效果差，收到?jīng)_擊后易損傷內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在一些輕載低成本領(lǐng)域應(yīng)用推廣存在困難。基于上述所述，公開號CN208469204U，公開日20190205專利公開了一種碳纖維夾層復(fù)合隔音板，其內(nèi)部填充的為發(fā)泡材料，其用途為隔音吸振。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)為解決現(xiàn)有的碳纖維復(fù)合材料相對成本較高，且吸能效果差，受到?jīng)_擊后易損傷內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在一些輕載低成本領(lǐng)域應(yīng)用推廣存在困難的問題，進(jìn)而提供一種用于機(jī)器人結(jié)構(gòu)及防護(hù)的夾芯復(fù)合材料板及制備方法。本專利技術(shù)為解決上述問題采取的技術(shù)方案是：一種用于機(jī)器人結(jié)構(gòu)及防護(hù)的輕質(zhì)高強(qiáng)度夾芯復(fù)合材料板包括至少兩個碳纖維層和至少一個木質(zhì)層，木質(zhì)層位于兩個碳纖維層之間。一種用于機(jī)器人結(jié)構(gòu)及防護(hù)的夾芯復(fù)合材料板的制備方法包括如下步驟：步驟一、準(zhǔn)備原料：包含雙基型環(huán)氧樹脂、碳纖維布、椴木層板、真空袋膜，并準(zhǔn)備相關(guān)工具，包含電子秤、壓板、壓板配重、滾刷、滾刀、滾輪，并將碳纖維布置于真空袋膜用滾刀裁剪成適當(dāng)?shù)男螤睿徊襟E二、調(diào)配雙基環(huán)氧樹脂：將環(huán)氧樹脂與固化劑混合充分后，將其放在一旁靜置1分鐘進(jìn)行消泡；步驟三、將裁剪好的碳纖維布鋪設(shè)在椴木層板上，以少量多次的方式將混合好的環(huán)氧樹脂倒在碳纖維布的各處，并用滾刷滾壓至均勻，直至環(huán)氧樹脂滲入椴木層板為止；步驟四、將剪裁好的真空袋膜鋪設(shè)在此面上，并使用滾輪進(jìn)行碾壓，使環(huán)氧樹脂充分浸潤并分布均勻；步驟五、將椴木層翻面，在另一面上鋪設(shè)碳纖維布，重新調(diào)配環(huán)氧樹脂，并重復(fù)上述步驟三與步驟四的步驟；步驟六、將步驟五處理好的板材至于一平面上，在其上鋪設(shè)真空膜，真空膜將整體板材完全覆蓋，并在邊緣留有約2cm的余量；然后將壓板放置于其上，使壓板能完全將板材壓住，并在其上放置配重；步驟七、置于恒溫環(huán)境中保存，在環(huán)境溫度為25攝氏度時，固化時間為450-510分鐘，即可將樣板取出，去除真空袋膜，可得到板材成品。本專利技術(shù)的有益效果是：1、通過碳纖維層與木質(zhì)層的復(fù)合，大幅度提高了夾芯板材的力學(xué)性能，較木質(zhì)層的彈性模量可提升約80～240％，表面硬度提升約60～120％。2、低密度。其密度可以達(dá)到0.6～1g/cm3(通過改變環(huán)氧樹脂用量及木質(zhì)層木材種類)，更加適用于輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。3、尺寸穩(wěn)定性。通過碳纖維與環(huán)氧樹脂的包覆，避免了外界濕度對木材的影響，保持尺寸近似的恒定，并基本消除開裂風(fēng)險。4、低成本。使用碳纖維材料較少，工藝簡單，二次加工便利，制作成本低。5、表面硬度高，通過搭配不同的樹脂基增強(qiáng)材料，其表面硬度可在邵氏80A-90D之間調(diào)整；6、整體韌性好，法向變形可達(dá)180％。附圖說明圖1是本專利技術(shù)三層夾芯板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本專利技術(shù)五層夾芯板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本專利技術(shù)應(yīng)用到移動發(fā)球機(jī)器人的云臺機(jī)構(gòu)示意圖；圖4是本專利技術(shù)應(yīng)用到機(jī)器人大賽中一種底盤結(jié)構(gòu)的示意圖；具體實(shí)施方式具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1至圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種用于機(jī)器人結(jié)構(gòu)及防護(hù)的輕質(zhì)高強(qiáng)度夾芯復(fù)合材料板包括至少兩個碳纖維層1和至少一個木質(zhì)層2，木質(zhì)層2位于兩個碳纖維層1之間。本專利技術(shù)在不大幅度改變平均密度的情況下大幅度提高了木質(zhì)板的力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性，使其擁有了較為良好的抗拉、抗壓、硬度水平，同時也使振動傳播更為均勻。適用于移動機(jī)器人防護(hù)原本使用木質(zhì)材料的場景中，是一種介于碳纖維材料與木材間的新型低成本輕質(zhì)材料。傳統(tǒng)木質(zhì)材料在具有明顯的各向異性，在紋理方向力學(xué)性能好，紋理的正交方向力學(xué)性能差，如云杉木順紋理的彈性模量為11.55GPa，而橫紋理的彈性模量只有0.26GPa。傳統(tǒng)木材的吸濕性也非常明顯，對環(huán)境濕度十分敏感，干縮濕脹特性明顯，且徑向與弦向干縮率差異明顯，易導(dǎo)致材料的開裂。本設(shè)計通過碳纖維材料與環(huán)氧樹脂的對木質(zhì)層的包覆，實(shí)現(xiàn)了木材與外界環(huán)境的隔離，避免了外界濕度對木材性能的影響，提高了尺寸穩(wěn)定性，同時大幅度提高了復(fù)合板材的楊氏模量等力學(xué)性能。碳纖維材料具有相當(dāng)高的比強(qiáng)度，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為多層碳纖維布在不同方向排布并使用粘合劑進(jìn)行壓制粘合，其密度約為1.76～1.8g/cm3，模量可達(dá)230GPa，是典型的低密度高強(qiáng)度材料。但在一些對強(qiáng)度要求不高但重量有嚴(yán)格限制的機(jī)構(gòu)中仍不夠理想，通過與木材的結(jié)合本設(shè)計密度可以達(dá)到0.6～1g/cm3(通過改變環(huán)氧樹脂用量及木材種類)，更加適用于輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。但由于碳纖維布的結(jié)構(gòu)限制，單層碳纖維布厚度有限(約為0.2mm)，夾芯板材的碳纖維層若想加大厚度只可通過多層碳布進(jìn)行疊加。另外由于碳纖維層與木質(zhì)層間是通過環(huán)氧基粘合劑進(jìn)行粘合，木質(zhì)層不易過厚且表面不易過于致密，過大的厚度與致密的表面會導(dǎo)致環(huán)氧基粘合劑的滲入效果不理想，導(dǎo)致碳纖維層與木質(zhì)層的粘合效果變差，進(jìn)而可能出現(xiàn)層間撕裂等情況。一般而言碳纖維層厚度與木質(zhì)層厚度的比值在10～20為宜，過薄或過厚都會對力學(xué)性能造成部分不利影響。同理，這也對木質(zhì)層的木材種類提出了一定的要求，經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)椴木層板的效果較為理想。由于中部為木質(zhì)層填充，在受到過大的法向沖擊時木質(zhì)層會優(yōu)先破碎，將能量吸收，進(jìn)而阻斷能量向結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳遞，其原理類似于汽車為保護(hù)駕駛員而設(shè)置的吸能盒等吸能結(jié)構(gòu)，從而有效保證內(nèi)部結(jié)構(gòu)不受沖擊的破壞。同時外層包覆的碳纖維層可在木質(zhì)層破碎后維持板材的基本形態(tài)，并承受一定程度的載荷，保證最低程度維持基本功能的實(shí)現(xiàn)，不會直接斷裂造成二次損傷。具體實(shí)施方式二：結(jié)合圖1至圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述木質(zhì)層2和碳纖維層1通過環(huán)氧基粘合劑進(jìn)行粘合。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式三：結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述碳纖維層1由多層碳纖維布在不同方向排布并通過粘合劑壓制粘合。其它組成以連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一或二相同。具體實(shí)施方式四：結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種用于機(jī)器人結(jié)構(gòu)及防護(hù)的夾芯復(fù)合材料板為三個碳纖維層1和二個木質(zhì)層2組成的五層夾芯材料板。其本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種用于機(jī)器人結(jié)構(gòu)及防護(hù)的夾芯復(fù)合材料板，其特征在于：所述一種用于機(jī)器人結(jié)構(gòu)及防護(hù)的輕質(zhì)高強(qiáng)度夾芯復(fù)合材料板包括至少兩個碳纖維層(1)和至少一個木質(zhì)層(2)，木質(zhì)層(2)位于兩個碳纖維層(1)之間。/n
【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于機(jī)器人結(jié)構(gòu)及防護(hù)的夾芯復(fù)合材料板，其特征在于：所述一種用于機(jī)器人結(jié)構(gòu)及防護(hù)的輕質(zhì)高強(qiáng)度夾芯復(fù)合材料板包括至少兩個碳纖維層(1)和至少一個木質(zhì)層(2)，木質(zhì)層(2)位于兩個碳纖維層(1)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于機(jī)器人結(jié)構(gòu)及防護(hù)的輕質(zhì)高強(qiáng)度夾芯復(fù)合材料板，其特征在于：所述木質(zhì)層(2)和碳纖維層(1)通過環(huán)氧基粘合劑進(jìn)行粘合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于機(jī)器人結(jié)構(gòu)及防護(hù)的夾芯復(fù)合材料板，其特征在于：碳纖維層(1)由多層碳纖維布在不同方向排布并通過粘合劑壓制粘合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于機(jī)器人結(jié)構(gòu)及防護(hù)的夾芯復(fù)合材料板，其特征在于：所述一種用于機(jī)器人結(jié)構(gòu)及防護(hù)的夾芯復(fù)合材料板為三個碳纖維層(1)和二個木質(zhì)層(2)組成的五層夾芯材料板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于機(jī)器人結(jié)構(gòu)及防護(hù)的夾芯復(fù)合材料板，其特征在于：所述一種用于機(jī)器人結(jié)構(gòu)及防護(hù)的夾芯復(fù)合材料板為四個碳纖維層(1)和三個木質(zhì)層(2)組成的七層夾芯材料板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于機(jī)器人結(jié)構(gòu)及防護(hù)的夾芯復(fù)合材料板，其特征在于：所述碳纖維層(1)與木質(zhì)層(2)的厚度比值為10～20。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于機(jī)器人結(jié)構(gòu)及防護(hù)的夾芯復(fù)合材料板，其特征在于：所述木質(zhì)層(2)為椴木層板。
8.一種用于機(jī)器人結(jié)構(gòu)及防護(hù)的夾芯復(fù)合材料板的制備方法，其特征在于：所述該制備方法包括如下步驟：
步驟一、準(zhǔn)備原料：包含雙基型環(huán)氧樹脂、碳...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙立軍，金子旭，蒲子涵，牛錦鵬，劉鑫，
申請(專利權(quán))人：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：黑龍江;23
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