一種碳纖維蜂窩芯材的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種碳纖維蜂窩芯材的制備方法，其步驟包括碳纖維預(yù)浸料的制備、碳纖維預(yù)浸料的鋪疊和熱壓成型。本發(fā)明采用一步法制備碳纖維蜂窩，避免了將子件粘接固化的步驟，大大簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工序，縮短了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率。更重要的是采用本發(fā)明方法制得的碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且耐熱性和力學(xué)性能都得到提高。
【專利說(shuō)明】
一種碳纖維蜂窩芯材的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種蜂窩材料的制備方法，尤其是涉及一種碳纖維蜂窩芯材的制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 蜂窩材料是在仿生學(xué)的基礎(chǔ)上，結(jié)合天然蜂窩結(jié)構(gòu)形狀，采用紙、布等材料制成的 具有整體呈蜂窩狀的材料。由于其結(jié)構(gòu)具有良好的穩(wěn)定性和高的比強(qiáng)度，在復(fù)合材料領(lǐng)域 得到廣泛應(yīng)用。常見(jiàn)的人造蜂窩材料有紙蜂窩材料、纖維布蜂窩材料和鋁蜂窩材料，其中碳 纖維蜂窩材料因其重量輕、吸能性能優(yōu)秀而被廣泛應(yīng)用于汽車的吸能結(jié)構(gòu)中。
[0003] 碳纖維蜂窩芯材通常是先拉擠成單個(gè)六邊形管件，然后通過(guò)許多單獨(dú)管件粘接成 碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)，該方法工序過(guò)于復(fù)雜，單管成形和粘接工作量非常大。公開(kāi)號(hào) CN104842593A的專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種碳纖維蜂窩的制備方法，其是先制備出半六邊形的蜂 窩子件，再將蜂窩子件在夾具中依次兩兩對(duì)應(yīng)粘接形成六邊形的蜂窩結(jié)構(gòu)。該方法雖然在 一定程度上簡(jiǎn)化了制備工序，但是，蜂窩子件的粘接、固化仍然需要耗費(fèi)相當(dāng)大的人力和時(shí) 間去完成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是提供一種碳纖維蜂窩芯材的制備方法，以解決現(xiàn)有制備方法工 藝復(fù)雜、過(guò)程繁瑣的問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明提供的碳纖維蜂窩芯材的制備方法，包括以下步驟： a、 將裁剪好的碳纖維布浸在粘結(jié)劑中進(jìn)行浸膠處理，將浸膠處理后的碳纖維布烘干， 得碳纖維預(yù)浸料； b、 將碳纖維預(yù)浸料鋪疊在模具中，所述模具包括半六邊形模具和用于形成蜂窩孔的六 棱柱芯模，所述六棱柱芯模的端面為正六邊形，所述半六邊形模具是在上表面設(shè)有若干條 狀凸棱，所述凸棱的形狀大小與將所述六棱柱芯模沿其相對(duì)的兩條棱所在平面截開(kāi)所形成 的半六棱柱芯模的形狀大小相同，相鄰兩條所述凸棱之間形成嵌設(shè)所述半六棱柱芯模的凹 槽； 鋪疊時(shí)，先在所述半六邊形模具上鋪上第一層碳纖維預(yù)浸料，在與所述第一層碳纖維 預(yù)浸料對(duì)應(yīng)的每個(gè)凹陷部分別放入六棱柱芯模，然后在各六棱柱芯模上方鋪上第二層碳纖 維預(yù)浸料，再在與第二層碳纖維預(yù)浸料對(duì)應(yīng)的每個(gè)凹陷部放入六棱柱芯模，然后在各六棱 柱芯模上鋪上第三層碳纖維預(yù)浸料，以此類推，直到最頂層碳纖維預(yù)浸料鋪好，鋪疊完畢； c、 將上述鋪疊好的碳纖維預(yù)浸料和模具整體放入熱壓機(jī)中進(jìn)行熱壓，熱壓結(jié)束后，待 溫度降至室溫，脫模，即得到碳纖維蜂窩芯材。
[0006] 所述粘結(jié)劑為聚酰亞胺類粘結(jié)劑，具體為聚酰胺酸粘結(jié)劑。
[0007] 所述熱壓條件為:熱壓溫度為200~300°C，壓強(qiáng)為0.5~0.7MPa，時(shí)間為1.0~1.5h。
[0008] 本發(fā)明采用一步法制備碳纖維蜂窩，避免了將子件粘接固化的步驟，大大簡(jiǎn)化了 生產(chǎn)工序，縮短了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率。更重要的是采用本發(fā)明方法制得的碳纖維蜂 窩的耐熱性、力學(xué)性能也得到了提高，將其用于制備碳纖維蜂窩增強(qiáng)發(fā)泡材料時(shí)，蜂窩結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定，不會(huì)被發(fā)泡膨脹所破壞。
[0009] 本發(fā)明還提供一種采用上述方法制備而得的碳纖維蜂窩芯材，所述碳纖維蜂窩芯 材的密度是30~60kg/m3，所述碳纖維蜂窩芯材的50%形變時(shí)壓縮應(yīng)力為2.0~2.5MPa。將本發(fā) 明的碳纖維蜂窩芯材用于制備碳纖維蜂窩增強(qiáng)發(fā)泡材料時(shí)，蜂窩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不會(huì)被發(fā)泡膨 脹所破壞。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1是碳纖維蜂窩芯材的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011] 圖2是半六邊形模具的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012] 圖3是碳纖維預(yù)浸料的鋪疊過(guò)程示意圖。
[0013] 圖4是鋪疊好的碳纖維預(yù)浸料的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中，1、半六邊形模具，2、六棱柱芯模，3、碳纖維預(yù)浸料。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 本發(fā)明的碳纖維蜂窩芯材是將碳纖維預(yù)浸料鋪疊在模具中一次熱壓而成，其結(jié)構(gòu) 如圖1所示。所用模具包括半六邊形模具1和用以形成蜂窩孔的六棱柱芯模2,如圖2和圖3所 示。六棱柱芯模2是端面呈正六邊形的棱柱，其材質(zhì)為鋁合金或不銹鋼。半六邊形模具1是在 其上表面上設(shè)有若干相同的條狀凸棱，凸棱的端面呈梯形，以六棱柱芯模2的兩條相對(duì)的棱 所在平面將六棱柱芯模2截成相同的兩部分，稱其為半六棱柱，凸棱的形狀、大小均與半六 棱柱相同。相鄰兩條凸棱之間形成凹槽，凹槽與半六棱柱相匹配，用于嵌設(shè)六棱柱芯模2的 下半部分。
[0016] 實(shí)施例1 將碳纖維布裁剪成長(zhǎng)40cm，寬10cm的碳纖維布條;將碳纖維布條浸在聚酰胺酸粘結(jié)劑 中進(jìn)行浸膠處理，保持15min，然后將其取出，放入烘箱中，100°C下烘干，得碳纖維預(yù)浸料。
[0017] 如圖3所示，在半六邊形模具1上鋪上第一層碳纖維預(yù)浸料，并使碳纖維預(yù)浸料與 半六邊形模具1的上表面貼緊，使第一層碳纖維預(yù)浸料隨著半六邊形模具1上的凸棱與凹槽 的分布而凸起或凹陷； 在第一層碳纖維預(yù)浸料對(duì)應(yīng)的各個(gè)凹陷部位分別放入六棱柱芯模2,并使六棱柱芯模2 的下部的三個(gè)面分別與第一層碳纖維預(yù)浸料貼緊； 然后在六棱柱芯模2的上方鋪設(shè)第二層碳纖維預(yù)浸料，并使第二層碳纖維預(yù)浸料與六 棱柱芯模2上半部分的三個(gè)面分別貼緊，此時(shí)第二層碳纖維預(yù)浸料的凹陷部與第一層碳纖 維預(yù)浸料的凸起部貼緊； 然后再在第二層碳纖維預(yù)浸料對(duì)應(yīng)的各凹陷部位分別放入六棱柱芯模2，以此類推，直 到最頂層的碳纖維預(yù)浸料鋪設(shè)好，即完成碳纖維預(yù)浸料的鋪疊，鋪疊好的碳纖維預(yù)浸料結(jié) 構(gòu)如圖4所示。
[0018] 將鋪疊好的碳纖維預(yù)浸料與模具整體放入熱壓機(jī)中進(jìn)行熱壓，熱壓條件為:溫度 為200°C，壓強(qiáng)為0.5MPa，保溫時(shí)間為l.Oh。熱壓結(jié)束后，待溫度降至室溫，脫模，即得到碳纖 維蜂窩芯材。
[0019] 實(shí)施例2 將碳纖維布裁剪成長(zhǎng)40cm，寬12cm的碳纖維布條，將碳纖維布條浸在聚酰胺酸粘合劑 中進(jìn)行浸膠處理，保持15min，然后將其取出，放入烘箱中，100°C下烘干，得碳纖維預(yù)浸料。
[0020] 將碳纖維預(yù)浸料鋪疊好后進(jìn)行熱壓，鋪疊步驟同實(shí)施例1，熱壓條件為:溫度為250 °C，壓強(qiáng)為0.6MPa，保溫時(shí)間為1.Oh。熱壓結(jié)束后，待溫度降至室溫，脫模，即得到碳纖維蜂 窩芯材。
[0021] 實(shí)施例3 將碳纖維布裁剪成長(zhǎng)40cm，寬15cm的碳纖維布條，將碳纖維布條浸在聚酰胺酸粘結(jié)劑 中進(jìn)行浸膠處理，保持15min，然后將其取出，放入烘箱中，150°C下烘干，得碳纖維預(yù)浸料。 [0022]將碳纖維預(yù)浸料鋪疊好后進(jìn)行熱壓，鋪疊步驟同實(shí)施例1，熱壓條件為:溫度為300 °C，壓強(qiáng)為0.7MPa，保溫時(shí)間為1.5h。熱壓結(jié)束后，待溫度降至室溫，脫模，即得到碳纖維蜂 窩芯材。
[0023] 對(duì)比例 將碳纖維布裁剪成長(zhǎng)40cm，寬15cm的碳纖維布條，將碳纖維布條浸在聚酰亞胺類粘結(jié) 劑中進(jìn)行浸膠處理，然后將其取出，放入烘箱中，150°C下烘干，得碳纖維預(yù)浸料。
[0024] 將碳纖維預(yù)浸料鋪在半六邊形模具上，再將另一半六邊形模具對(duì)扣在碳纖維預(yù)浸 料上合模，然后將整體放入熱壓機(jī)中進(jìn)行熱壓，熱壓工藝為:溫度為300°C，壓強(qiáng)為0.7MPa， 保溫時(shí)間為1.5h。熱壓結(jié)束后，待溫度降至室溫，脫模，即得到截面為半六邊形的蜂窩子件。 重復(fù)上述操作，制得一定數(shù)量的蜂窩子件，然后將蜂窩子件兩兩粘接，壓緊，固化，得到截面 為六邊形的碳纖維蜂窩芯材。
[0025] 將實(shí)施例1~3所制得的芯材和對(duì)比例所制得的芯材進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)下 表。
[0026] 注:L方向表示蜂窩芯材的縱向，W方向表示蜂窩的橫向，如圖1所示。
[0027]應(yīng)用實(shí)施例 將實(shí)施例1~3所制得的芯材和對(duì)比例所制得的芯材分別用于制備聚酰亞胺發(fā)泡材料， 方法為:將碳纖維蜂窩芯材放入模具中，將聚酰亞胺前聚體粉末均勻地填充在碳纖維蜂窩 芯材中，再將模具放入烘箱內(nèi)，在1〇〇~150°C下，發(fā)泡1.0~1.5h;然后將模具放入電阻爐中， 在200°C保溫0.5~lh后，升溫至300°C，保溫0.5~1. Oh，即得到碳纖維蜂窩增強(qiáng)聚酰亞胺泡沫 材料。
[0028]對(duì)比所制得的泡沫材料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：由實(shí)施例1~3的芯材所制備的泡沫材料中，蜂 窩芯材的完整性好，且泡沫材料的力學(xué)性能好，50%形變時(shí)壓縮應(yīng)力為2.5MPa，L方向剪切強(qiáng) 度為2.8MPa，W方向剪切強(qiáng)度為1.5MPa;而由對(duì)比例的芯材所制備的泡沫材料中，蜂窩芯材 則因泡沫膨脹而損壞，導(dǎo)致泡沫材料的力學(xué)性能也相對(duì)較差。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種碳纖維蜂窩芯材的制備方法，其特征是，包括以下步驟： a、 將裁剪好的碳纖維布浸在粘結(jié)劑中進(jìn)行浸膠處理，將浸膠處理后的碳纖維布烘干， 得碳纖維預(yù)浸料； b、 將碳纖維預(yù)浸料鋪疊在模具中，所述模具包括半六邊形模具和用于形成蜂窩孔的六 棱柱芯模，所述六棱柱芯模的端面為正六邊形，所述半六邊形模具是在上表面設(shè)有若干條 狀凸棱，所述凸棱的形狀大小與將所述六棱柱芯模沿其相對(duì)的兩條棱所在平面截開(kāi)所形成 的半六棱柱芯模的形狀大小相同，相鄰兩條所述凸棱之間形成嵌設(shè)所述半六棱柱芯模的凹 槽； 鋪疊時(shí)，先在所述半六邊形模具上鋪上第一層碳纖維預(yù)浸料，在與所述第一層碳纖維 預(yù)浸料對(duì)應(yīng)的每個(gè)凹陷部分別放入六棱柱芯模，然后在各六棱柱芯模上方鋪上第二層碳纖 維預(yù)浸料，再在與第二層碳纖維預(yù)浸料對(duì)應(yīng)的每個(gè)凹陷部放入六棱柱芯模，然后在各六棱 柱芯模上鋪上第三層碳纖維預(yù)浸料，以此類推，直到最頂層碳纖維預(yù)浸料鋪好，鋪疊完畢； c、 將上述鋪疊好的碳纖維預(yù)浸料和模具整體放入熱壓機(jī)中進(jìn)行熱壓，熱壓結(jié)束后，待 溫度降至室溫，脫模，即得到碳纖維蜂窩芯材。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維蜂窩芯材的制備方法，其特征是，所述步驟a中的粘結(jié) 劑為聚酰亞胺類粘結(jié)劑。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維蜂窩芯材的制備方法，其特征是，所述步驟c中的熱壓 條件為:熱壓溫度為200~300°C，壓強(qiáng)為0.5~0.7MPa，時(shí)間為1.0 ~1.5h。4. 由權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述方法制備的碳纖維蜂窩芯材，其特征是，所述碳纖維蜂 窩芯材的密度是30~60kg/m3，所述碳纖維蜂窩芯材的50%形變時(shí)壓縮應(yīng)力為2.0~2.5MPa。
【文檔編號(hào)】B29L31/60GK105946246SQ201610305366
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月10日
【發(fā)明人】肖繼君, 王美美, 于志平, 仇曉龍, 趙燦, 孫耶楠
【申請(qǐng)人】河北科技大學(xué)