CN101386210A - 玄武岩纤维增强预织造多层蜂窝复合材料复合方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及玄武岩纤维增强预织造多层蜂窝复合材料结构及常温常压下树脂固化复合方法。是在常温常压下树脂固化定型，采用了玄武岩连续长丝作为织造原料，多层整体织造蜂窝立体布作为框架，制备出玄武岩纤维增强预织造多层蜂窝复合材料。所述的树脂固化定型是采用固化配方：环氧树脂∶酚醛胺环氧质量配比为100∶1～25；活性二氧化硅作为助剂，比例为环氧树脂质量用量的1％～3％。玄武岩纤维增强蜂窝预织造复合材料，因为原料和结构的优越性能，可以取代铝合金蜂窝和分层玻璃钢蜂窝，也可以取代其他金属和复合材料，有着广阔的应用前景，尤其是在航空、航天、和国防领域。

Description

玄武岩纤维增强预织造多层蜂窝复合材料复合方法

技术领域

本发明涉及预织造立体布复合材料，特别是涉及玄武岩纤维增强预织造多层蜂窝复合材料结构及常温常压下树脂固化复合方法。

背景技术

蜂窝结构复合材料是根据仿生学发展出来的一种形状与蜜蜂巢穴相似或相近的材料，具有重量轻、比强度高、比刚度高、抗振、隔热、隔音等优越性能，因此大量应用在航空、航天等对材料重量有特殊要求的领域。近年来蜂窝结构材料在建筑、汽车、火车和电子电气等行业，也获得了广泛应用，比如火车地板就是铝合金蜂窝结构加贴面板制成的蜂窝夹板。

目前，人们根据蜂窝的用途已经研制成功铝合金蜂窝、纸蜂窝、玻璃钢(即玻纤复合)蜂窝、塑料蜂窝和陶瓷蜂窝等。但是真正被广泛应用的，只有铝合金蜂窝、纸蜂窝和分层复合玻璃钢蜂窝几种材料。其中纸蜂窝只能用于包装。铝合金蜂窝的质量相对较重，且造价过高，资源受限。相比其他蜂窝材料，分层复合玻璃钢蜂窝具有比强度比模量高、耐疲劳性能好，破损安全性高、阻尼减振性好、具有多种功能性、良好的加工工艺性及性能的可设计性等，但成品的整体性差，层间粘接界面薄弱，在高温高湿环境下或承受交变外力时，粘接处容易开裂。

发明内容

根据现有技术的不足，本发明提出玄武岩纤维增强预织造多层蜂窝复合材料结构及常温常压下树脂固化复合方法。在玄武岩纤维增强预织造多层蜂窝复合材料制备过程中，采用了玄武岩连续长丝作为织造原料，多层整体织造蜂窝立体布作为框架，设计了常温常压条件下固化成型的工艺，成功制备出玄武岩纤维增强预织造多层蜂窝复合材料。本发明的技术如下：

本发明的玄武岩纤维增强预织造多层蜂窝复合材料复合方法，是在常温常压下树脂固化定型，采用了玄武岩连续长丝作为织造原料，多层整体织造蜂窝立体布作为框架，制备出玄武岩纤维增强预织造多层蜂窝复合材料。

所述的树脂固化定型是采用固化配方：环氧树脂：酚醛胺环氧质量配比为100∶1～25；活性二氧化硅作为助剂，比例为环氧树脂质量用量的1％～3％。

所述的玄武岩纤维增强预织造多层蜂窝复合材料是浸入树脂胶液后，直接挤拉成制成的实心平板；或是用蜂窝定型模具控制形状固化定型而成的空心蜂窝复合板，或是空心蜂窝复合板端面贴上贴面制成的蜂窝夹板。

碳纤、芳纶、高分子量聚乙烯、玄武岩纤维是当今四大高强纤维。玄武岩纤维高强、高产量、低能耗、低价格、无污染、资源永不枯竭，各项性能均优越玻纤，强度和普通碳纤相似，化学性能则远优于其他高强纤维。本发明采用了性价比远优于现有蜂窝结构材料的新型高强材料玄武岩连续长丝作为原料，提高了产品力学性能；利用多层蜂窝立体布整体织造技术，预织件整体复合，解决了分层玻璃钢蜂窝整体性能不好、粘接界面易开裂的缺陷；设计了常温常压条件下固化成型的工艺，相对常用的高温高压固化工艺，产业化成本将大大降低。玄武岩纤维增强蜂窝预织造复合材料，因为原料和结构的优越性能，可以取代铝合金蜂窝和分层玻璃钢蜂窝，也可以取代其他金属和复合材料，有着广阔的应用前景，尤其是在航空、航天、和国防领域。

附图说明

图1：玄武岩纤维增强预织造正六角形空心蜂窝复合板材实物图。

图2：多层玄武岩蜂窝布小样实物图。

图3：切割整理后的玄武岩纤维预织造复合空心蜂窝样品。

具体实施方式

使用玄武岩纤维为织造原料，多层整体织造蜂窝立体布为框架，常温常压条件下树脂固化定型；将织物浸入树脂胶液后，直接挤拉成制成的实心平板；也可以是用蜂窝定型模具控制形状固化定型而成的空心蜂窝复合板，还可以是空心蜂窝复合板端面贴上贴面制成的蜂窝夹板。

多层玄武岩纤维蜂窝立体布织造完成后进行退浆处理，插入模具晾晒，利用织物缩水特性紧固预定型。蜂窝定型模具可以是底面为六边形、正六边形、菱形、圆型、矩形和正弦曲线等形状的柱体。树脂调配完成后静置5～10分钟，对树脂胶液进行抽真空排气泡处理。然后将织物浸入树脂胶液，这时胶液的粘度接近最小值，有利于胶液的渗透浸润。等织物浸泡胶液静置一段时间后，在树脂体系的凝胶点到来之前，对浸润混合体进行定型处理，保证制品满足成品几何尺寸的要求。脱模后打磨成品，整理成型。

固化工艺的固化剂配方为：环氧树脂：酚醛胺环氧质量配比为100∶1～25；活性二氧化硅作为助剂，比例为环氧树脂质量用量的1％～3％。

本发明采用聚乙烯醇PVA1799配成7％浆料，并添加适量润滑剂和乳化剂，对直径为9微米的玄武岩连续长丝进行上浆处理。织造成的六层蜂窝平纹立体布小样实物如图1所示。

实施例1：玄武岩纤维增强预织造多层立体布复合实心平板制备

采用玄武岩纤维六层蜂窝立体平纹布作为框架，固化基质配方为环氧树脂：酚醛胺环氧＝100：10。树脂调配完成后静置5～10分钟，对树脂胶液进行抽真空排气泡处理。然后将多层蜂窝布浸透树脂，利用挤拉方式排去多余的树脂，定型为多层蜂窝立体布增强复合平板。多层立体布复合实心平板所有蜂窝经挤拉后完全贴合封闭，外形和单层玄武岩纤维平纹布增强复合平板相似，但由于有多个增强层其力学性能远优于普通单层布增强复合平板。

实施例2：玄武岩纤维增强预织造矩形蜂窝空心复合板制备

采用玄武岩纤维六层蜂窝立体平纹布作为框架，织造完成后进行退浆处理，插入模具晾晒，利用织物缩水特性紧固预定型，蜂窝定型模具为矩形底面的四棱柱铝合金棒，矩形长短边比例为2:1。固化基质调配原料为环氧树脂E-51，固化剂酚醛胺环氧(TZ—550)和助剂活性二氧化硅。环氧树脂和酚醛胺环氧配比为100:25，环氧树脂和活性二氧化硅的比例为100:3。树脂调配完成后静置5～10分钟，对树脂胶液进行抽真空排气泡处理。然后将织物浸入树脂胶液，这时胶液的粘度也将要到达最小值处，有利于胶液的渗透浸润。等织物浸泡胶液静置一段时间后，在树脂体系的凝胶点到来之前，对浸润混合体进行定型处理，保证制品满足成品几何尺寸的要求。固化后打磨整理，成型为矩形蜂窝空心复合板材。

实施例3：玄武岩纤维增强预织造复合正六角形蜂窝夹层板制备

玄武岩纤维正六边形蜂窝立体平纹布织造完成后进行退浆处理，插入正六棱柱铝合金棒模具晾晒预定型。调配固化基质原料为环氧树脂E-51，固化剂酚醛胺环氧(TZ—550)和助剂活性二氧化硅。环氧树脂和酚醛胺环氧配比为100:20，环氧树脂和活性二氧化硅的比例为100:2。树脂调配完成后静置5～10分钟，对树脂胶液进行抽真空排气泡处理，然后将织物浸入树脂胶液，最后对浸润混合体进行定型处理。固化后脱模，打磨端面至平整如图1，用强力胶贴上地板贴面，制作成高度和火车地板相同的为20mm的塑胶面地板。

织造完成之后，需要对织物进行退浆处理。如果制作预织造复合材料，在退浆清洗的时候，最好先用模具将蜂窝孔格撑开，这样便于晾晒，更重要的是织物在过水之后一般会缩水，因此在这个时候提前将模具插入，可以起到预定型的作用。织造中的蜂窝织物如图2所示，固化后的空心蜂窝样品形状如图3所示。

面积为40毫米 x 40毫米，单层壁厚0.5毫米，单个蜂窝周长36毫米的蜂窝板，如图1所示，可以承受约3吨的压力。蜂窝壁平压强度(平行于蜂窝正六棱柱轴线蜂窝壁所承受的最大正压缩应力)平均值约为155MPa。蜂窝壁平压弹性模量平均值约为4GPa。以上数据说明常温常压复合的玄武岩蜂窝夹板可以替代现有的铝合金正六角形蜂窝夹层结构火车地板，节约紧缺金属材料降低地板造价，也可以用于制作飞机、舰艇、渔轮等高档地板。

本发明并不局限于实例中所描述的技术，它的描述是说明性的，并非限制性的，本发明的权限由权利要求所限定，基于本技术领域人员依据本发明所能够变化、重组等方法得到的与本发明相关的技术，都在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种玄武岩纤维增强预织造多层蜂窝复合材料复合方法，其特征是在常温常压下树脂固化定型，采用了玄武岩连续长丝作为织造原料，多层整体织造蜂窝立体布作为框架，制备出的玄武岩纤维增强预织造多层蜂窝复合材料。

2.如权利要求1所述玄武岩纤维增强预织造多层蜂窝复合材料复合方法，其特征是所述的树脂固化定型是采用固化配方为：环氧树脂：酚醛胺环氧质量配比为100:1～25；活性二氧化硅作为助剂，比例为环氧树脂质量用量的1％～3％。

3.如权利要求1或2所述的玄武岩纤维增强预织造多层蜂窝复合材料复合方法，其特征是所述的玄武岩纤维增强预织造多层蜂窝复合材料浸入树脂胶液后，直接挤拉成制成的实心平板；或是用蜂窝定型模具控制形状固化定型而成的空心蜂窝复合板，或是空心蜂窝复合板端面贴上贴面制成的蜂窝夹板。

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