本實用新型屬于航空餐車生產(chǎn)制造領(lǐng)域，具體涉及一種航空餐車用泡沫夾心復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

在隨著民航業(yè)快速發(fā)展以及環(huán)境保護要求日趨嚴格的大背景下，各國對民航客機的節(jié)能減排極其重視。航空餐車作為民航客機服務(wù)中不可或缺的一部分，現(xiàn)已成為客艙減重的關(guān)鍵設(shè)備。一直以來，鋁制航空餐車占據(jù)絕對的市場，但由于金屬密度大、整車重，所以耗能較高，不利于客機的低碳排放。夾心結(jié)構(gòu)復(fù)合材料具有輕質(zhì)、抗彎剛度大、高比強度、高比模量、抗疲勞性好及靈活的設(shè)計自由度，且可有效吸收沖擊能量，能有效減輕航空餐車重量，在歐美國家的民航客機中已經(jīng)獲得了一定的應(yīng)用。

復(fù)合材料航空餐車主體框架材料由上、下高強度的蒙皮層和硬質(zhì)泡沫夾心層所組成。目前，國外復(fù)合材料航空餐車主體框架材料主要采用手糊與真空導(dǎo)入相結(jié)合的成型工藝，其先將樹脂和兩層纖維交替鋪在模具上，再在第二層纖維上手工涂刷樹脂，鋪設(shè)硬質(zhì)泡沫；然后在硬質(zhì)泡沫另一面鋪設(shè)纖維、脫模布、導(dǎo)流網(wǎng)、真空袋等，并將體系抽真空，在模腔中形成負壓，通過預(yù)設(shè)管路將樹脂導(dǎo)入纖維層，使樹脂浸潤增強材料直至充滿整個模具。該工藝可較好解決樹脂對增強材料的浸潤和粘接，但仍然存在可揮發(fā)有機物(VOC)排放超標、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、樹脂用量多且浪費大、部件厚度不可控等一系列問題。究其原因，在于復(fù)合材料的工藝處理不足，不能采用全程自動化處理，需要手工操作，比如采用手糊工藝，否則無法制得令人滿意的產(chǎn)品，也是限于工藝處理的缺陷，該工藝方法對樹脂體系要求苛刻，所用樹脂需同時滿足手糊工藝和真空導(dǎo)入工藝，或采用兩種樹脂，工序復(fù)雜，難以滿足高性能夾心結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的設(shè)計需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷或不足，本實用新型的目的之一在于提供一種航空餐車用泡沫夾心復(fù)合材料的制備方法，該方法對材料要求不苛刻，成型工藝簡單，省去手糊步驟，生產(chǎn)效率高且成本低。

本實用新型的目的之二在于提供一種航空餐車用泡沫夾心復(fù)合材料，該復(fù)合材料結(jié)構(gòu)尺寸精確、表面平整，樹脂含量低，力學(xué)性能好，界面粘接佳，環(huán)境污染小，與傳統(tǒng)鋁制餐車相比，重量能減輕約50％。

本實用新型的上述目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種航空餐車用泡沫夾心復(fù)合材料的制備方法，包括在航空餐車模具1的模腔內(nèi)依次鋪設(shè)外纖維織物層2、泡沫芯3、內(nèi)纖維織物層4和脫模布5，所述脫模布5上設(shè)有導(dǎo)流介質(zhì) 6，在所述脫模布外層鋪設(shè)真空袋7進行密封形成密閉系統(tǒng)，其特征在于，將所述密閉系統(tǒng)抽真空后注入樹脂，待完全浸潤后，密封、固化、冷卻和脫模，即得航空餐車用泡沫夾心復(fù)合材料，其中，所述泡沫芯3設(shè)有連通的孔15和槽14，所述孔15、槽14和導(dǎo)流介質(zhì)6促進所述樹脂的浸潤。

其中，外纖維織物層2、泡沫芯3、內(nèi)纖維織物層4構(gòu)成增強材料鋪層。

本實用新型所述的完全浸潤是指纖維表面全部被樹脂浸潤、滲透。根據(jù)本實用新型的一些實施例，注膠時間為30分鐘以上，可基本實現(xiàn)完全浸潤。

本實用新型所述泡沫芯3是增強材料鋪層成型的主要材料，選用硬質(zhì)泡沫。在本實用新型的一些實施例中，所述泡沫芯3為1層，選自聚氯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、聚甲基丙烯酰亞胺泡沫和聚醚酰亞胺泡沫中的一種。作為優(yōu)選，泡沫芯層密度為30-100kg/m³、厚度為6- 20mm。

本實用新型所述的泡沫芯3設(shè)有連通的孔15和槽14，有助于將模具與真空袋之間形成的密閉系統(tǒng)抽真空，和后續(xù)樹脂的注入，促進樹脂完全浸潤。根據(jù)本實用新型的一些實施例，所述孔15的孔徑為2-3mm、孔密度為300-500孔/m²，所述槽14的槽寬為2-3mm、槽深4-5mm、槽密度為60-100根/m²。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述外纖維織物層2和內(nèi)纖維織物層4獨立地是1～6層，優(yōu)選 2～4層，選自玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維中的一種或多種的任意組合，所述織物獨立的選自經(jīng)編織物、緯編織物、多軸向織物和二維編織織物中的一種。

在本實用新型未做特殊說明的情況下，所述多種包括兩種和兩種以上。

外纖維織物層2和內(nèi)纖維織物層4的層數(shù)、纖維種類和織物方式都是獨立的選擇，具體而言，外纖維織物層2可以是1～6層，內(nèi)纖維織物層4也可以是1～6層，每一層纖維織物是玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維中的一種，每一種纖維織物的織物方式是經(jīng)編織物、緯編織物、多軸向織物和二維編織織物中的一種，所述多軸向織物包括雙軸向織物。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述樹脂是環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和苯并惡嗪樹脂中的一種。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述樹脂無溶劑稀釋，初始粘度為200-1000mpa·s，操作時間高于20min。樹脂的種類和處理影響可揮發(fā)性有機物的釋放，本實用新型的方法制得的產(chǎn)品環(huán)保、污染小。

本實用新型方法中所述的密封只要達到密封效果、使模具與真空袋之間形成密閉系統(tǒng)即可，并不限定密封的方式，在本實用新型的一些實施例中，所述密封是用膠帶粘合真空袋形成密封。

本實用新型所述固化包括本領(lǐng)域常規(guī)采用的加熱固化方法，作為優(yōu)選，所述固化分為兩步：先加熱至40-75℃預(yù)固化1-4h，再加熱至80-110℃固化2-6h。

本實用新型所述導(dǎo)流介質(zhì)6是促進樹脂分流注入到增強材料鋪層的輔助裝置，可實現(xiàn)分流注入功能即可，并不限定其具體方式。在本實用新型的一些實施例中，所述導(dǎo)流介質(zhì)6是鋪設(shè)有纏繞管的導(dǎo)流網(wǎng)。纏繞管又叫導(dǎo)流管，固定在導(dǎo)流網(wǎng)邊緣，能將樹脂全面、均勻的分流至導(dǎo)流網(wǎng)上，再由導(dǎo)流網(wǎng)逐漸分流和進一步浸潤增強材料。

本實用新型所述的將所述密閉系統(tǒng)抽真空是指達到相對真空度不小于0.095Mpa，且保壓15min后，降低至不大于0.005Mpa。

本實用新型所述的抽真空和注入樹脂包括任何可達到目的的方法和手段，不限定所用設(shè)備和管路設(shè)置。根據(jù)本實用新型航空餐車用泡沫夾心復(fù)合材料的制備方法的一些具體實施例，所述抽真空，由連接真空系統(tǒng)11的抽氣管12與設(shè)置在真空袋7上的抽氣管路13實現(xiàn)，所述注入樹脂，由連接樹脂桶10的注膠管9和設(shè)置在真空袋7上的注膠管路8實現(xiàn)，所述注膠管路8與設(shè)置在導(dǎo)流介質(zhì)6上的注膠口16相連，所述抽氣管路13與導(dǎo)流介質(zhì)6上的抽氣口17相連。

開啟真空系統(tǒng)，真空袋7與模具1之間的密閉系統(tǒng)被抽真空，再由樹脂桶10向所述密閉系統(tǒng)注入樹脂，由于泡沫芯3設(shè)置有連通的孔15和槽14，樹脂可在短時間內(nèi)迅速浸潤完全，在本實用新型的一些實施例中，所用時間約為30min，彌補了現(xiàn)有技術(shù)方法因為浸潤不完全不得不采用手工刷涂，并且選擇更容易浸潤的樹脂種類以及增加其他操作步驟的不足。

作為優(yōu)選，所述的注膠口16的位置處于模具腔體面的中心點，所述抽氣口17處于模具腔體頂面兩邊緣線的中點。

本實用新型所述的脫模是指在固化、冷卻后除去脫模布5、導(dǎo)流介質(zhì)6、真空袋7及各類管路等輔助材料，即獲得航空餐車用泡沫夾心復(fù)合材料。

本實用新型的方法可制備完整的航空餐車主體框架，也可以制備簡單的航空餐車用平板狀材料，只需選擇和設(shè)計相應(yīng)形狀的模具，并在對應(yīng)模具中采用本實用新型制備方法制備即可。在本實用新型的一些實施例中，提供的是一種完整的航空餐車主體框架用泡沫夾心復(fù)合材料的制備方法，所得產(chǎn)品為長方體結(jié)構(gòu)，缺少前后兩個面，參考附圖1，只需在前后兩個面安裝上相應(yīng)的門板即可使用以及塑料附件、萬向輪及噴漆等即可使用，工藝簡單、一次成型、節(jié)約成本。

本實用新型還提供了一種航空餐車用泡沫夾心復(fù)合材料，該泡沫夾心復(fù)合材料包括增強材料鋪層，所述增強材料鋪層包括外纖維織物層2、泡沫芯3和內(nèi)纖維織物層4，所述泡沫芯3設(shè)有相互連通的孔15和槽14，在增強材料鋪層的各層縫隙內(nèi)、孔15和槽14內(nèi)均充滿浸潤其中并固化的樹脂。

本實用新型所述泡沫芯3是增強材料鋪層成型的主要材料，材質(zhì)為泡沫塑料，在本實用新型的一些實施例中，所述泡沫芯3為1層，選自聚氯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、聚甲基丙烯酰亞胺泡沫和聚醚酰亞胺泡沫中的一種。作為優(yōu)選，泡沫芯層密度為30-100kg/m³、厚度為 6-20mm。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述孔15的孔徑為2-3mm、孔密度為300-500孔/m²，所述槽14 的槽寬為2-3mm、槽深4-5mm、槽密度為60-100根/m²。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述外纖維織物層2和內(nèi)纖維織物層4獨立地是1～6層選自玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維中的一種或多種的任意組合，優(yōu)選外纖維織物層2和內(nèi)纖維織物層 4獨立地為2～4層。

所述織物選自經(jīng)編織物、緯編織物、多軸向織物和二維編織織物中的一種。

作為優(yōu)選的技術(shù)方法，所述樹脂是環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂或苯并惡嗪樹脂。

作為優(yōu)選，所述樹脂無溶劑稀釋，初始粘度為200-1000mpa·s，操作時間高于20min。

作為優(yōu)選的技術(shù)方法，所述泡沫芯3為1層，選自聚氯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、聚甲基丙烯酰亞胺泡沫和聚醚酰亞胺泡沫中的一種。

作為優(yōu)選，泡沫芯層密度為30-100kg/m³、厚度為6-20mm。

本實用新型的有益效果在于：

(1)本實用新型采用全真空導(dǎo)入工藝進行樹脂灌注，并且在泡沫芯上設(shè)置連通的孔和槽，在25℃環(huán)境溫度下，僅需要30min就可完成充模，不僅可顯著提高復(fù)合材料餐車的生產(chǎn)效率、降低成本，解決當前手糊、真空導(dǎo)入成型相結(jié)合的工藝繁瑣、效率低下等問題，而且還能夠減少有害氣體揮發(fā)，降低對操作人員身體的危害。

(2)本實用新型采用的真空導(dǎo)入工藝可以控制樹脂灌注量，且質(zhì)量分布均勻，有效克服了手糊工藝樹脂含量差異大，重量分布不均勻的缺陷，確保了復(fù)合材料餐車質(zhì)量的穩(wěn)定性。

(3)本實用新型中對泡沫芯層進行了打孔、開槽設(shè)計，在樹脂灌注過程中有利于浸潤、滲透泡沫芯層，顯著增強了界面粘接，有效保障了復(fù)合材料餐車的結(jié)構(gòu)強度。

附圖說明

圖1是本實用新型實施1和2制備航空餐車主體框架的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型實施1和2的泡沫芯層打孔開槽的示意圖；

圖3是本實用新型實施1和2的注膠、抽氣位置示意圖；

其中：1-模具；2-外纖維織物層；3-泡沫芯層；4-內(nèi)纖維織物層；5-脫模布；6-導(dǎo)流介質(zhì) (導(dǎo)流網(wǎng)和纏繞管)；7-真空袋；8-注膠管路；9-注膠管；10-樹脂桶；11-真空系統(tǒng)；12-抽氣管；13-抽氣管路；14-槽；15-孔；16-注膠口；17-抽氣口。

具體實施方式

以下通過具體實施方式，對本實用新型的上述內(nèi)容做進一步的詳細說明。但不應(yīng)該將此理解為本實用新型上述主題的范圍僅限于以下的實例。凡基于本實用新型上述內(nèi)容所實現(xiàn)的技術(shù)，均屬于本實用新型的保護范圍。

實施例1

參見附圖1-3，設(shè)計航空餐車主體框架用泡沫夾心復(fù)合材料的外纖維織物層2為3層雙軸向玻璃纖維平紋織物，內(nèi)纖維織物層4為2層雙軸向碳纖維平紋織物，夾心層泡沫芯3為硬質(zhì)聚氨酯泡沫，所述泡沫設(shè)置連通的孔15和槽14，其中：泡沫芯密度49kg/m³，厚度為 12mm，孔徑2.5mm、孔密度330個/m²，槽寬2.5mm、槽深4mm、槽密度64根/m²，真空導(dǎo)入成型工藝選用環(huán)氧樹脂(初始粘度400mpa·s，操作時間45min)。其制備方法如下：

(1)鋪層前準備

在金屬模具1工作面上進行打磨、清理，涂覆脫模劑，組裝模具1并采用膠條將接合縫密封，備用。根據(jù)產(chǎn)品尺寸要求，分別準備好纖維織物、泡沫芯3、脫模布5、導(dǎo)流介質(zhì)6、真空袋7、注膠管9、抽氣管12、樹脂桶10等。

(2)增強材料鋪層

在模腔表面鋪設(shè)三層雙軸向玻璃纖維平紋織物2，然后在玻璃纖維織物上鋪設(shè)聚氨酯硬質(zhì)泡沫芯3，最后在泡沫芯表面鋪設(shè)兩層雙軸向碳纖維平紋織物4。

(3)設(shè)置注膠系統(tǒng)

在步驟(2)中的碳纖維織物4上鋪設(shè)脫模布5，脫模布5上鋪設(shè)導(dǎo)流網(wǎng)，導(dǎo)流網(wǎng)上鋪設(shè)纏繞管，(導(dǎo)流管和纏繞管構(gòu)成導(dǎo)流介質(zhì)6)，并在脫模布上設(shè)置注膠口16。注膠口16位置處于腔體四面的中心點，抽氣口17則處于腔體頂面兩邊緣線的中點。

(4)設(shè)置真空系統(tǒng)

在步驟(3)的導(dǎo)流介質(zhì)6上鋪設(shè)真空袋7，將纖維織物、脫模布5、導(dǎo)流網(wǎng)及纏繞管包住，并用膠帶密封。真空袋7上設(shè)置注膠管路8和抽氣管路13，其中注膠管路8連接注膠管9，注膠管9連接樹脂桶10，抽氣管路13連接抽氣管12，抽氣管12連接真空系統(tǒng)11。

(5)氣密性檢查

堵塞注膠管后，啟動真空泵，檢查整個模腔的密封性，檢查漏氣點并封堵。確保系統(tǒng)相對真空度不小于0.095Mpa，且保壓15min后，降低值不大于0.005Mpa時即可進入下一個步驟。

(6)灌注樹脂

按比例配置環(huán)氧樹脂和固化劑，倒入桶內(nèi)，充分攪拌2-4min，啟動真空泵灌注樹脂，待完全浸潤纖維織物后，取出注膠管9并進行密封。

(7)固化脫模

將整個模具1送入烘箱，加熱至50℃預(yù)固化4h，然后升溫至85℃固化6h，自然冷卻至室溫后，除去脫模布5、導(dǎo)流網(wǎng)、真空袋7及管路等輔助材料，即獲得泡沫夾心復(fù)合材料的航空餐車主體框架，該泡沫夾心復(fù)合材料結(jié)構(gòu)包括增強材料鋪層，所述增強材料鋪層包括外纖維織物層2、泡沫芯3和內(nèi)纖維織物層4，所述泡沫芯3設(shè)有相互連通的孔15和槽14，在增強材料鋪層的各層縫隙內(nèi)、孔15和槽14內(nèi)均充滿浸潤其中并固化的樹脂。

實施例2

設(shè)計航空餐車主體框架用泡沫夾心復(fù)合材料的外纖維層為1層雙軸向玻璃纖維平紋織物、2層經(jīng)編芳綸纖維平紋織物，內(nèi)纖維層為3層雙軸向玻璃纖維平紋織物，夾心層為聚甲基丙烯酰亞胺泡沫，所述泡沫設(shè)置連通的孔和槽，其中：泡沫密度54kg/m³，厚度10mm，孔徑2.8mm、孔密度360個/m²,槽寬2.2mm、槽深4.2mm、槽密度72根/m²，真空導(dǎo)入成型工藝選用酚醛樹脂(初始粘度360mpa·s，操作時間52min)。其制備方法如下：

本實施例所述各結(jié)構(gòu)可參見附圖1-3。

(1)鋪層前準備

在金屬模具1工作面上進行打磨、清理，涂覆脫模劑，組裝模具1并采用膠條將接合縫密封，備用。根據(jù)產(chǎn)品尺寸要求，分別準備好纖維織物、泡沫芯3、脫模布5、導(dǎo)流介質(zhì)6、真空袋7、注膠管9、抽氣管12、樹脂桶10等。

(2)增強材料鋪層

在模腔表面先鋪設(shè)一層雙軸向玻璃纖維平紋織物2，后鋪設(shè)兩層經(jīng)編芳綸纖維平紋織物 2，再在芳綸纖維織物上鋪設(shè)聚甲基丙烯酰亞胺泡沫芯3，最后在泡沫芯表面鋪設(shè)三層雙軸向玻璃纖維平紋織物4。

(3)設(shè)置注膠系統(tǒng)

在步驟(2)中的玻璃纖維織物上鋪設(shè)脫模布5，脫模布上鋪設(shè)導(dǎo)流網(wǎng)，導(dǎo)流網(wǎng)上鋪設(shè)纏繞管，并設(shè)置注膠口16。注膠口16位置處于腔體四面的中心點，抽氣口則處于腔體頂面兩邊緣線的中點。

(4)設(shè)置真空系統(tǒng)

在步驟(3)的導(dǎo)流介質(zhì)上鋪設(shè)真空袋7，將纖維織物、脫模布5、導(dǎo)流網(wǎng)及纏繞管包住，并用膠帶密封。真空袋7上設(shè)置注膠管路8和抽氣管路13，其中注膠管路8連接注膠管9，注膠管9連接樹脂桶10，抽氣管路13連接抽氣管12，抽氣管12連接真空系統(tǒng)11。

(5)氣密性檢查

堵塞注膠管后，啟動真空泵，檢查整個模腔的密封性，檢查漏氣點并封堵。確保系統(tǒng)相對真空度不小于0.095Mpa，且保壓15min后，降低值不大于0.005Mpa時即可進入下一個步驟。

(6)灌注樹脂

按比例配置酚醛樹脂和固化劑，倒入桶內(nèi)，充分攪拌2-4min，啟動真空泵灌注樹脂，待完全浸潤纖維織物后，取出注膠管并進行密封。

(7)固化脫模

將整個模具1送入烘箱，加熱至60℃預(yù)固化1h，然后升溫至95℃固化2h，自然冷卻至室溫后，除去脫模布5、導(dǎo)流網(wǎng)、真空袋7及管路等輔助材料，即獲得泡沫夾心復(fù)合材料的航空餐車主體框架，該泡沫夾心復(fù)合材料結(jié)構(gòu)包括增強材料鋪層，所述增強材料鋪層包括外纖維織物層2、泡沫芯3和內(nèi)纖維織物層4，所述泡沫芯3設(shè)有相互連通的孔15和槽14，在增強材料鋪層的各層縫隙內(nèi)、孔15和槽14內(nèi)均充滿浸潤其中并固化的樹脂。