專利名稱：一種波紋-鋁蜂窩復合結構夾層材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種復合夾層材料及其制備方法，具體涉及一種波紋-鋁蜂窩復合夾層板及其制備方法。
背景技術：
超輕多孔金屬材料是近些年來隨著材料制備以及機械加工技術的迅速發(fā)展而出現(xiàn)的一類新穎多功能材料。其芯體具有高孔隙率，其微結構按規(guī)則程度可分為無序和有序兩大類，前者包括閉孔泡沫鋁材料，而后者包括二維點陣材料(如波紋結構，蜂窩結構)與三維桁架結構(如金字塔結構、四面體結構)。目前，通常的多孔金屬夾層板多為蜂窩鋁或波紋等單一結構，蜂窩鋁芯有高的比強度、比剛度，在航空航天、軍事、建筑、交通、包裝等領域得到了廣泛應用。但是目前市 場上鋁箔制作的蜂窩鋁其相對密度均低于0. 05，即力學性能較低，如面外壓縮強度低于5MPa，在一些力學性能要求高的場合不能滿足需求。而波紋結構雖然制造工藝相對簡單、成本低，但是其結構性能低于蜂窩較多。將兩種結構復合，不僅可以保持蜂窩結構性能優(yōu)勢，而且由于蜂窩的支撐作用，極大提高波紋結構性能，使得最終可以大幅度提高復合材料的性能。例如，實驗中蜂窩鋁的面外壓縮強度為2. 5MPa，波紋夾層結構壓縮強度為3. 7MPa，復合后壓縮強度達到11. IMPa0這種性能的大幅度提高，使其具有更多的市場前景。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種結合波紋低成本和鋁蜂窩高性能各自優(yōu)勢，通過復合的方式實現(xiàn)性能大幅度提高，彌補了蜂窩鋁制造技術的局限性(相對密度均低于0. 05)的波紋-鋁蜂窩復合結構夾層材料及其制備方法。為達到上述目的，本發(fā)明的波紋-鋁蜂窩復合結構夾層材料包括兩板金屬面板以及設置在兩塊金屬面板之間的由金屬波紋芯體構成的波紋結構點陣夾層板，在波紋結構點陣夾層板的各個金屬波紋芯體的孔內填充有與金屬波紋芯體的孔相匹配的鋁蜂窩芯材料。所述的金屬波紋芯體為具有平臺的梯形結構。本發(fā)是的制備方法包括以下步驟I)首先，將平整過的金屬板材制成具有平臺即梯形結構的金屬波紋芯體，然后對金屬波紋芯體和金屬面板清洗去除油污和銹跡后烘干；2)然后，采用線切割技術將板狀鋁蜂窩芯切割成與金屬波紋芯體的孔相匹配的梯形招蜂窩芯材料；3)其次，在波紋結構芯體的孔內表面或梯形鋁蜂窩芯材料的外面表均勻涂覆一層
0.1-0. 3mm厚的膠粘劑，然后將梯形鋁蜂窩芯材料填充入波紋結構點陣夾層板的孔中，依次將空間孔結構全部填滿；4)最后，在兩塊金屬面板內側涂覆一層膠粘劑，再與波紋芯體和梯形鋁蜂窩芯材料復合，于40 60°C烘箱中固化，得到波紋-鋁蜂窩復合結構夾層材料。
所述的金屬板材、金屬面板采用碳鋼鋼板、不銹鋼板、鋁及其合金板、鈦板或鎳板。所述的金屬板材的厚度為0. 1-1. 5mm、金屬面板的厚度為0. 5_3mm。所述的梯形結構的金屬波紋芯體采用模壓或者折疊技術制備。所述的清洗采用金屬清洗劑清洗。所述的板狀鋁蜂窩芯為純鋁蜂窩或鋁合金蜂窩，其孔隙率大于等于95%。所述的膠粘劑為聚氨酯類或環(huán)氧樹脂類。所述的線切割使絲線與蜂窩孔方向垂直。本發(fā)明應用現(xiàn)有蜂窩的高比剛度和高比強度結構性能優(yōu)勢，以及波紋結構的制造 工藝相對簡單、成本低的各自優(yōu)勢，以及將兩種結構復合后由于蜂窩鋁的支撐使得波紋的變形模式發(fā)生變化，即形成多個塑性膠，獲得綜合性能更加優(yōu)異的結構功能材料。


圖I是本發(fā)明波紋-鋁蜂窩復合結構夾層材料的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施實例對本發(fā)明作進一步詳細說明。實施例I :I)首先，將平整過的厚度為0. Imm的金屬板材碳鋼鋼板采用模壓或者折疊技術制成具有平臺結構6即梯形結構的金屬波紋芯體2，然后對金屬波紋芯體2和厚度為Imm金屬面板(碳鋼鋼板)I采用金屬清洗劑去除油污和銹跡后烘干；2)然后，采用線切割技術使絲線與蜂窩孔方向垂直將板狀鋁蜂窩芯切割成與金屬波紋芯體2的孔3相匹配的梯形鋁蜂窩芯材料4，板狀鋁蜂窩芯為純鋁蜂窩或鋁合金蜂窩，其孔隙率為98% ；3)其次，在波紋結構芯體2的孔3內表面或梯形鋁蜂窩芯材料4的外面表均勻涂覆一層0. Imm厚的膠粘劑聚氨酯類樹脂，然后將梯形鋁蜂窩芯材料4填充入波紋結構點陣夾層板5的孔3中，依次將空間孔3結構全部填滿；4)最后，在兩塊金屬面板I內側涂覆一層膠粘劑聚氨酯類樹脂類，再與波紋芯體2和梯形鋁蜂窩芯材料4復合，于40 60°C烘箱中固化，得到波紋-鋁蜂窩復合結構夾層材料(見圖I)。其中波紋芯體的相對密度為0. 05，鋁蜂窩密度0. 27g/cm3,相對密度為0. 02。實施例2 :1)首先，將平整過的厚度為0. 5mm的金屬板材不銹鋼板采用模壓或者折疊技術制成具有平臺結構6即梯形結構的金屬波紋芯體2，然后對金屬波紋芯體2和厚度為
0.5mm金屬面板(不銹鋼板)I采用金屬清洗劑去除油污和銹跡后烘干；2)然后，采用線切割技術使絲線與蜂窩孔方向垂直將板狀鋁蜂窩芯切割成與金屬波紋芯體2的孔3相匹配的梯形鋁蜂窩芯材料4，板狀鋁蜂窩芯為純鋁蜂窩或鋁合金蜂窩，其孔隙率為98% ；3)其次，在波紋結構芯體2的孔3內表面或梯形鋁蜂窩芯材料4的外面表均勻涂覆一層0. 2mm厚的膠粘劑環(huán)氧樹脂類，然后將梯形鋁蜂窩芯材料4填充入波紋結構點陣夾層板5的孔3中，依次將空間孔3結構全部填滿；4)最后，在兩塊金屬面板I內側涂覆一層膠粘劑環(huán)氧樹脂類，再與波紋芯體2和梯形鋁蜂窩芯材料4復合，于40 60°C烘箱中固化，得到波紋-鋁蜂窩復合結構夾層材料。其中波紋芯體的相對密度為0. 077，鋁蜂窩密度0. 27g/cm3,相對密度為0. 02。實施例3:1)首先，將平整過的厚度為I. Omm的金屬板材鋁板采用模壓或者折疊技術制成具有平臺結構6即梯形結構的金屬波紋芯體2，然后對金屬波紋芯體2和厚度為
I.5mm金屬面板(鋁合金板)I采用金屬清洗劑去除油污和銹跡后烘干；2)然后，采用線切割技術使絲線與蜂窩孔方向垂直將板狀鋁蜂窩芯切割成與金屬波紋芯體2的孔3相匹配的梯形鋁蜂窩芯材料4，板狀鋁蜂窩芯為純鋁蜂窩或鋁合金蜂窩，其孔隙率為98% ；3)其次，在波紋結構芯體2的孔3內表面或梯形鋁蜂窩芯材料4的外面表均勻涂覆一層0. 15mm厚的膠粘劑環(huán)氧樹脂類，然后將梯形鋁蜂窩芯材料4填充入波紋結構點陣夾 層板5的孔3中，依次將空間孔3結構全部填滿；4)最后，在兩塊金屬面板I內側涂覆一層膠粘劑環(huán)氧樹脂類，再與波紋芯體2和梯形鋁蜂窩芯材料4復合，于40 60°C烘箱中固化，得到波紋-鋁蜂窩復合結構夾層材料。其中波紋芯體的相對密度為0. 124，鋁蜂窩密度0. 27g/cm3,相對密度為0. 02。實施例4 :1)首先，將平整過的厚度為I. 2mm的金屬板材鈦板采用模壓或者折疊技術制成具有平臺結構6即梯形結構的金屬波紋芯體2，然后對金屬波紋芯體2和厚度為2mm金屬面板(鈦板)I采用金屬清洗劑去除油污和銹跡后烘干；2)然后，采用線切割技術使絲線與蜂窩孔方向垂直將板狀鋁蜂窩芯切割成與金屬波紋芯體2的孔3相匹配的梯形鋁蜂窩芯材料4，板狀鋁蜂窩芯為純鋁蜂窩或鋁合金蜂窩，其孔隙率為95% ；3)其次，在波紋結構芯體2的孔3內表面或梯形鋁蜂窩芯材料4的外面表均勻涂覆一層0. 3mm厚的膠粘劑聚氨酯類樹脂，然后將梯形鋁蜂窩芯材料4填充入波紋結構點陣夾層板5的孔3中，依次將空間孔3結構全部填滿；4)最后，在兩塊金屬面板I內側涂覆一層膠粘劑聚氨酯類樹脂，再與波紋芯體2和梯形鋁蜂窩芯材料4復合，于40 60°C烘箱中固化，得到波紋-鋁蜂窩復合結構夾層材料。其中波紋芯體的相對密度為0. 02-0. 15，鋁蜂窩相對密度為0. 05。實施例5 :1)首先，將平整過的厚度為I. 5mm的金屬板材鎳板采用模壓或者折疊技術制成具有平臺結構6即梯形結構的金屬波紋芯體2，然后對金屬波紋芯體2和厚度為3mm金屬面板(鎳板)I采用金屬清洗劑去除油污和銹跡后烘干；2)然后，采用線切割技術使絲線與蜂窩孔方向垂直將板狀鋁蜂窩芯切割成與金屬波紋芯體2的孔3相匹配的梯形鋁蜂窩芯材料4，板狀鋁蜂窩芯為純鋁蜂窩或鋁合金蜂窩，其孔隙率為95% ；3)其次，在波紋結構芯體2的孔3內表面或梯形鋁蜂窩芯材料4的外面表均勻涂覆一層0. 25_厚的膠粘劑環(huán)氧樹脂類，然后將梯形鋁蜂窩芯材料4填充入波紋結構點陣夾層板5的孔3中，依次將空間孔3結構全部填滿；4)最后，在兩塊金屬面板I內側涂覆一層膠粘劑環(huán)氧樹脂類，再與波紋芯體2和梯形鋁蜂窩芯材料4復合，于40 60°C烘箱中固化，得到波紋-鋁蜂窩復合結構夾層材料。其中波紋芯體的相對密度為0. 02-0. 15，鋁蜂窩相對密度為0. 05。
權利要求
1.一種波紋-鋁蜂窩復合結構夾層材料，其特征在于包括兩板金屬面板(I)以及設置在兩塊金屬面板(I)之間的由金屬波紋芯體(2)構成的波紋結構點陣夾層板(5)，在波紋結構點陣夾層板(5)的各個金屬波紋芯體(2)的孔(3)內填充有與金屬波紋芯體(2)的孔(3)相匹配的鋁蜂窩芯材料(4)。
2.根據權利要求I所述的波紋-鋁蜂窩復合結構夾層材料，其特征在于其特征在于所述的金屬波紋芯體(2)為具有平臺結構(6)的梯形結構。
3.一種波紋-鋁蜂窩復合結構夾層材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟 1)首先，將平整過的金屬板材制成具有平臺結構(6)即梯形結構的金屬波紋芯體(2)，然后對金屬波紋芯體(2)和金屬面板(I)清洗去除油污和銹跡后烘干； 2)然后，采用線切割技術將板狀鋁蜂窩芯切割成與金屬波紋芯體(2)的孔(3)相匹配的梯形鋁蜂窩芯材料(4); 3)其次，在波紋結構芯體(2)的孔(3)內表面或梯形鋁蜂窩芯材料(4)的外面表均勻涂覆一層0. 1-0. 3mm厚的膠粘劑，然后將梯形鋁蜂窩芯材料(4)填充入波紋結構點陣夾層板(5)的孔(3)中，依次將空間孔(3)結構全部填滿； 4)最后，在兩塊金屬面板(I)內側涂覆一層膠粘劑，再與波紋芯體(2)和梯形鋁蜂窩芯材料(4)復合，于40 60°C烘箱中固化，得到波紋-鋁蜂窩復合結構夾層材料。
4.根據權利要求3所述波紋-鋁蜂窩復合結構夾層材料的制備方法，其特征在于所述的金屬板材、金屬面板采用碳鋼鋼板、不銹鋼板、鋁及其合金板、鈦板或鎳板。
5.根據權利要求3所述波紋-鋁蜂窩復合結構夾層材料的制備方法，其特征在于所述的金屬板材的厚度為0. 1-1. 5mm、金屬面板的厚度為0. 5_3mm。
6.根據權利要求3所述波紋-鋁蜂窩復合結構夾層材料的制備方法，其特征在于所述的梯形結構的金屬波紋芯體(2)采用模壓或者折疊技術制備。
7.根據權利要求3所述波紋-鋁蜂窩復合結構夾層材料的制備方法，其特征在于所述的清洗采用金屬清洗劑清洗。
8.根據權利要求3所述波紋-鋁蜂窩復合結構夾層材料的制備方法，其特征在于所述的板狀鋁蜂窩芯為純鋁蜂窩或鋁合金蜂窩，其孔隙率大于等于95%。
9.根據權利要求3所述波紋-鋁蜂窩復合結構夾層材料的制備方法，其特征在于所述的膠粘劑為聚氨酯類或環(huán)氧樹脂類。
10.根據權利要求3所述波紋-鋁蜂窩復合結構夾層材料的制備方法，其特征在于所述的線切割使絲線與蜂窩孔方向垂直。
全文摘要
一種波紋-鋁蜂窩復合夾層結構材料的制備方法，將波紋夾層結構與蜂窩鋁復合獲得新型輕質多孔夾層復合結構材料。本發(fā)明實現(xiàn)波紋和蜂窩鋁復合夾層結構的制備。這種波紋-蜂窩鋁復合結構夾層板，在交通運輸、機械制造、軍事領域具有應用前景，它可以有效減輕結構重量，發(fā)揮其高強度、高剛度和優(yōu)良的阻尼等性能。
文檔編號B32B37/06GK102765226SQ20121027140
公開日2012年11月7日 申請日期2012年8月1日 優(yōu)先權日2012年8月1日
發(fā)明者盧天健, 張錢城, 沈承, 王博, 金峰 申請人:西安交通大學