泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種具有曲面特征的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)；包括上面板、上膠層、蜂窩鋁-泡沫一體芯、下膠層和下面板；發(fā)泡材料在蜂窩鋁中發(fā)泡后得到泡沫和蜂窩鋁的復(fù)合物，所述復(fù)合物根據(jù)產(chǎn)品外形和結(jié)構(gòu)的需要經(jīng)三維加工后得到所述蜂窩鋁-泡沫一體芯，所述蜂窩鋁-泡沫一體芯與所述上面板和所述下面板之間分別通過(guò)所述上膠層和所述下膠層進(jìn)行粘接；通過(guò)在蜂窩鋁中填充泡沫有效提高了蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)的綜合抗沖擊等力學(xué)性能，改善了三維可加工性能，同時(shí)具有良好的隔音、保溫等性能；本發(fā)明同時(shí)也提供了泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)的制備方法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】泡沬填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種具有曲面特征的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]蜂窩鋁三明治結(jié)構(gòu)由于重量輕、比強(qiáng)度高、抗沖擊性好、隔熱隔音等一系列優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、建筑等領(lǐng)域。目前國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的蜂窩鋁三明治板為蜂窩鋁板，其由蜂窩鋁芯材和金屬面板復(fù)合而成。
[0003]現(xiàn)有的蜂窩鋁三明治結(jié)構(gòu)在芯材和面板兩方面都存在著不足。對(duì)于蜂窩鋁芯材而言，其間隙一般為中空，使得整體結(jié)構(gòu)的側(cè)向力學(xué)性能遠(yuǎn)低于其軸向力學(xué)性能；并且這樣的芯材一般難以加工出具有雙曲率特征的曲面。對(duì)于面板而言，常見(jiàn)的為平板形式，如果要復(fù)合出曲面特征的三明治結(jié)構(gòu)，沖壓成形成本大，因此，目前的蜂窩鋁三明治結(jié)構(gòu)無(wú)論是力學(xué)性能，還是三維加工性性能等都有待改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決目前現(xiàn)有的蜂窩鋁板存在的力學(xué)性能以及加工性能不佳的問(wèn)題，而提供的一種泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)。
[0005]為達(dá)到上述功能，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:
[0006]一種泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)，包括上面板、上膠層、蜂窩鋁-泡沫一體芯、下膠層和下面板，發(fā)泡材料在蜂窩鋁中發(fā)泡后得到泡沫和蜂窩鋁的復(fù)合物，所述復(fù)合物根據(jù)產(chǎn)品外形和結(jié)構(gòu)的需要經(jīng)三維加工后得到具有曲面特征的所述蜂窩鋁-泡沫一體芯，所述蜂窩鋁-泡沫一體芯與所述上面板和所述下面板之間分別通過(guò)所述上膠層和所述下膠層進(jìn)行粘接。
[0007]優(yōu)選地，所述的上面板和下面板為復(fù)合材料板或傳統(tǒng)金屬材料板。
[0008]優(yōu)選地，所述泡沫根據(jù)需要在所述蜂窩鋁中進(jìn)行均勻化填充或梯度填充，填充后可以二次加工出復(fù)雜曲面特征。
[0009]優(yōu)選地，所述上面板和所述下面板為碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板、玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板、鋁板或鋼板。
[0010]本發(fā)明還提供上述的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)的制備方法，包含如下步驟:
[0011]步驟1、將上面板和下面板進(jìn)行表面粗化和表面清洗，去除油污后烘干；
[0012]步驟2、將準(zhǔn)備好的蜂窩鋁置于發(fā)泡模具中，準(zhǔn)備好發(fā)泡所需的設(shè)備；
[0013]步驟3、將發(fā)泡材料置于所述蜂窩鋁中，根據(jù)所需要的泡沫密度控制發(fā)泡材料數(shù)量；合模、升溫，進(jìn)行發(fā)泡，控制發(fā)泡溫度和時(shí)間；冷卻后取出泡沫和蜂窩鋁的復(fù)合物；
[0014]步驟4、根據(jù)實(shí)際需要對(duì)步驟3中的泡沫和蜂窩鋁的復(fù)合物進(jìn)行外形加工，得到所述的蜂窩鋁-泡沫一體芯；
[0015]步驟5、將步驟4中加工好的蜂窩鋁-泡沫和步驟I中的上面板和下面板進(jìn)行粘接，粘接時(shí)分別在所述上面板和所述下面板的內(nèi)側(cè)或蜂窩鋁-泡沫復(fù)合體兩側(cè)涂膠或膠膜，然后將所述上面板、所述下面板和所述蜂窩鋁-泡沫一體芯進(jìn)行預(yù)壓得到一預(yù)壓件；將所述預(yù)壓件放置到模壓機(jī)上下壓板中間，然后控制模壓機(jī)壓板的加載壓力和溫度，成形得到泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)。
[0016]優(yōu)選地，所述的蜂窩鋁為正多邊形。
[0017]優(yōu)選地，所述發(fā)泡材料為聚苯乙烯或聚氨酯。
[0018]優(yōu)選地，所述膠膜為環(huán)氧樹(shù)脂膠類(lèi)膠或膠膜。
[0019]優(yōu)選地,聚苯乙烯珠粒直徑為0.4mm?1.8mm。
[0020]上述的均勻化填充是指填充在所述蜂窩鋁中的泡沫的密度是均勻的，上述的梯度填充是指填充在所述蜂窩鋁中的泡沫的密度呈梯度狀變化。
[0021]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提供的一種泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)，通過(guò)在蜂窩鋁中填充泡沫有效提高了蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)的綜合抗沖擊等力學(xué)性能，改善了三維可加工性能，同時(shí)具有良好的隔音、保溫等性能。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為梯度填充的蜂窩鋁-泡沫一體芯的縱截面圖；
[0024]圖3為本發(fā)明的工藝示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖1至附圖3對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述:
[0026]實(shí)施例一:
[0027]如圖1所示的一種泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)，包括上面板1、上膠層4、蜂窩鋁-泡沫一體芯2、下膠層5和下面板3，本實(shí)施例中的上面板I和下面板3為曲面板，發(fā)泡材料在蜂窩鋁中發(fā)泡后得到泡沫22和蜂窩鋁21的復(fù)合物，該復(fù)合物具有較強(qiáng)的綜合力學(xué)性能(軸向和側(cè)向)以及三維加工性能，該復(fù)合物根據(jù)產(chǎn)品外形和結(jié)構(gòu)的需要經(jīng)三維加工后得到具有曲面特征的蜂窩鋁-泡沫一體芯2，蜂窩鋁-泡沫一體芯2與上面板I和下面板3之間分別通過(guò)上膠層4和下膠層5進(jìn)行粘接得到曲面三明治板。
[0028]如圖2所示，在本實(shí)施例中泡沫22采用梯度填充的填充方式填充在蜂窩鋁21中，即將不同密度的發(fā)泡材料依次填充在蜂窩鋁21中再進(jìn)行發(fā)泡，通過(guò)這種方式填充后得到的蜂窩鋁-泡沫一體芯2具有梯度吸能的特性。上面板I和下面板3采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板，當(dāng)然在實(shí)際生產(chǎn)的過(guò)程中，我們可以根據(jù)需要采用玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板等其它復(fù)合材料板，或者鋁板或鋼板等傳統(tǒng)金屬材料板。
[0029]實(shí)施例二:
[0030]以下是采用聚苯乙烯泡沫(即EPS泡沫)填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)的制備方法:如附圖3所示，步驟如下:
[0031]1、將成形好的面板(曲面或平板)進(jìn)行粗化，使用清洗劑清洗，制成上面板I和下面板3備用；
[0032]2、將準(zhǔn)備好的正六邊形蜂窩鋁21置于發(fā)泡模具中，準(zhǔn)備好發(fā)泡所需的設(shè)備；[0033]3、在蜂窩鋁21空隙中填充熟化的EPS珠粒，并發(fā)泡填充。EPS原料直徑根據(jù)實(shí)際使用需要決定，本例中采用0.6mm的珠粒(常用珠粒直徑0.4mm?1.8mm),將所選珠粒充入EPS預(yù)發(fā)機(jī)中，通入熱蒸汽和壓縮空氣，膨脹至原體積3倍后改用熟化倉(cāng)熟化4小時(shí)，然后利用高壓離心風(fēng)機(jī)將其吹入或手工放入步驟2的發(fā)泡模具中，填充至蜂窩高度3/4處，然后向模具內(nèi)充入120攝氏度的蒸汽進(jìn)行成型，保壓，冷卻，出模，烘干，最終得到蜂窩鋁-EPS泡沫復(fù)合物；
[0034]4、根據(jù)外形需要對(duì)蜂窩鋁-EPS泡沫復(fù)合物進(jìn)行曲面加工，并切割成與面板匹配的尺寸；
[0035]5、在由EPS泡沫和蜂窩鋁21組成的蜂窩鋁-EPS泡沫復(fù)合物的上、下表面粘貼環(huán)氧樹(shù)脂膠膜，將步驟I的上面板I和下面板3分別粘貼于蜂窩鋁-EPS泡沫復(fù)合物的上、下表面，再將其置于模壓機(jī)，加載力和溫度根據(jù)膠膜固化要求確定，本例模壓機(jī)溫度設(shè)為120°C，加壓時(shí)間為15分鐘，最后冷卻，取出，得到EPS泡沫填充的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)。
[0036]實(shí)施例三:
[0037]以下是采用聚氨脂泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)的制備方法:如附圖3所示，步驟如下:
[0038]1、將成形好的面板(曲面或平板)進(jìn)行粗化，使用清洗劑清洗，制成上面板I和下面板3，備用；
[0039]2、將準(zhǔn)備好的正六邊形的蜂窩鋁21置于發(fā)泡模具中，準(zhǔn)備好發(fā)泡所需的設(shè)備；
[0040]3、在蜂窩鋁21空隙中填充聚氨脂泡沫。將聚酯多元醇(A料)和多異氰酸酯(B料)以及催化劑、活性劑、發(fā)泡劑等充分混合，形成聚氨酯泡沫發(fā)泡料，將發(fā)泡料迅速澆注入模具中，保壓，冷卻，出模，最終得到蜂窩鋁-EPS泡沫復(fù)合物。發(fā)泡的密度可調(diào)整A料和B料的配方和比例來(lái)實(shí)現(xiàn)；
[0041]4、根據(jù)外形需要對(duì)蜂窩鋁-聚氨脂泡沫復(fù)合物進(jìn)行曲面加工，并切割成與上面板I和下面板3匹配的尺寸；
[0042]5、在由聚氨脂泡沫和蜂窩鋁21組成的蜂窩鋁-EPS泡沫復(fù)合物的上、下表面粘貼環(huán)氧樹(shù)脂膠膜，將步驟I的上面板I和下面板3分別粘貼于蜂窩鋁-聚氨脂泡沫復(fù)合物上、下表面，再將其置于模壓機(jī)，加載力和溫度根據(jù)膠膜固化要求確定，本例模壓機(jī)溫度設(shè)為120°C，加壓時(shí)間為15分鐘，最后冷卻，取出，得到聚氨脂泡沫填充的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)；
[0043]實(shí)施例四:
[0044]以下是采用EPS泡沫梯度填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)的制備方法:如附圖3所示，步驟如下:
[0045]1、將成形好的面板(曲面或平板)進(jìn)行粗化，使用清洗劑清洗，制成上面板I和下面板3，備用；
[0046]2、將準(zhǔn)備好的蜂窩鋁21置于發(fā)泡模具中，準(zhǔn)備好發(fā)泡所需的設(shè)備；
[0047]3、在蜂窩鋁21空隙中發(fā)泡形成不同密度的EPS泡沫。首先通過(guò)預(yù)發(fā)泡、熟化工藝過(guò)程制備幾種不同大小的熟化EPS泡沫粒，然后在蜂窩鋁21空隙中依次填充，接著向發(fā)泡模具中充入120攝氏度的蒸汽進(jìn)行成型，保壓，冷卻，出模，烘干，最終得到蜂窩鋁-EPS泡沫復(fù)合物；[0048]4、根據(jù)外形需要對(duì)蜂窩鋁-EPS泡沫復(fù)合物進(jìn)行曲面加工，并切割成與上面板I和下面板3匹配的尺寸；
[0049]5、在由EPS泡沫和蜂窩鋁21組成的蜂窩鋁-EPS泡沫復(fù)合物的上、下表面粘貼環(huán)氧樹(shù)脂膠膜，將步驟I的上面板I和下面板3分別粘貼于蜂窩鋁-EPS泡沫復(fù)合物上、下表面，再將其置于模壓機(jī)，加載力和溫度根據(jù)膠膜固化要求確定，本例模壓機(jī)溫度設(shè)為120°C，加壓時(shí)間為15分鐘，最后冷卻，取出，得到EPS泡沫梯度填充的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)。
[0050]以上所述實(shí)施例，只是本發(fā)明的較佳實(shí)例，并非來(lái)限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，故凡依本發(fā)明申請(qǐng)專(zhuān)利范圍所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均應(yīng)包括于本發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括上面板、上膠層、蜂窩鋁-泡沫一體芯、下膠層和下面板，發(fā)泡材料在蜂窩鋁中發(fā)泡后得到泡沫和蜂窩鋁的復(fù)合物，所述復(fù)合物根據(jù)產(chǎn)品外形和結(jié)構(gòu)的需要經(jīng)三維加工后得到具有曲面特征的蜂窩鋁-泡沫一體芯，所述蜂窩鋁-泡沫一體芯與所述上面板和所述下面板之間分別通過(guò)所述上膠層和所述下膠層進(jìn)行粘接。
2.如權(quán)利要求1所述的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的上面板和下面板為復(fù)合材料板或傳統(tǒng)金屬材料板。
3.如權(quán)利要求1所述的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述泡沫根據(jù)需要在所述蜂窩鋁中進(jìn)行均勻化填充或梯度填充，填充后可以二次加工出復(fù)雜曲面特征。
4.如權(quán)利要求2所述的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述上面板和所述下面板為碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板、玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板、鋁板或鋼板。
5.一種如權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:包含如下步驟: 步驟1、將上面板和下面板進(jìn)行表面粗化和表面清洗，去除油污后烘干； 步驟2、將準(zhǔn)備好的蜂窩鋁置于發(fā)泡模具中，準(zhǔn)備好發(fā)泡所需的設(shè)備； 步驟3、將發(fā)泡材料置于所述蜂窩鋁中，根據(jù)所需要的泡沫密度控制發(fā)泡材料數(shù)量；合模、升溫，進(jìn)行發(fā)泡，控制發(fā)泡溫度和時(shí)間；冷卻后取出泡沫和蜂窩鋁的復(fù)合物； 步驟4、根據(jù)實(shí)際需要對(duì)步驟3中的泡沫和蜂窩鋁的復(fù)合物進(jìn)行外形加工，得到所述的蜂窩招-泡沫一體芯； 步驟5、將步驟4中加工好的蜂窩鋁-泡沫和步驟I中的上面板和下面板進(jìn)行粘接，粘接時(shí)分別在所述上面板和所述下面板的內(nèi)側(cè)或蜂窩鋁-泡沫復(fù)合體兩側(cè)涂膠或膠膜，然后將所述上面板、所述下面板和所述蜂窩鋁-泡沫一體芯進(jìn)行預(yù)壓得到一預(yù)壓件；將所述預(yù)壓件放置到模壓機(jī)上下壓板中間，然后控制模壓機(jī)壓板的加載壓力和溫度，成形得到泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求5所述的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述的蜂窩招為正多邊形。
7.如權(quán)利要求5所述的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述發(fā)泡材料為聚苯乙烯或聚氨酯。
8.如權(quán)利要求5所述的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述膠膜為環(huán)氧樹(shù)脂膠類(lèi)膠或膠膜。
9.如權(quán)利要求7所述的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:聚苯乙烯珠粒直徑為0.4mm?1.8mm。
【文檔編號(hào)】B32B15/02GK103847163SQ201410090364
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月4日
【發(fā)明者】劉強(qiáng), 郭鷗, 吳穎菡, 伍文艷 申請(qǐng)人:中山大學(xué)