CN102476475B - 一种具有纤维增强热塑性蒙皮的蜂窝结构板材及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有纤维增强热塑性蒙皮的蜂窝结构板材，该蜂窝结构板材由纤维增强热塑性蒙皮、胶膜和热塑性蜂窝芯组成，所述热塑性蜂窝芯置于两块纤维增强热塑性蒙皮之间，并通过胶膜粘结。本发明采用双向连续纤维增强热塑性复合材料蒙皮，具有强度高、韧性好的特点；同时，采用胶膜粘接，用胶量容易控制，不容易出现液态胶粘接时胶液进入蜂窝孔的现象；采用的热压辊二次成型法，具有加工设备简单，产品质量容易控制，生产效率高，容易实现，便于推广的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种蜂窝结构板材，尤其涉及一种具有纤维增强热塑性蒙皮的蜂窝结构板材，及其制备方法。
背景技术
蜂窝夹层结构复合材料是由两块高强度的上下蒙皮和充填其中的夹芯结构所组成，通过粘结剂将上下蒙皮与芯子胶结成为整体刚性结构，或者直接注塑或模压获得夹芯结构。当夹芯板承受弯曲载荷时，上蒙皮被拉伸，下蒙皮被压缩，芯子传递剪切力。从力学角度分析，它与工字梁很相似，面板相当于工字梁的翼缘，芯材相当于工字梁的腹板，其不同的是芯材与面板不是同一种性质材料，芯材是分散的，而不是集中在狭腹板上。
蜂窝夹层结构复合材料有树脂基夹芯结构（占大部分）和金属夹芯结构（如铝蒙皮/铝芯子等）。树脂基夹芯结构分为三类：（1）热塑性塑料夹芯结构，如GMT蒙皮/挤出成型聚丙烯（PP）结构芯；（2）热固性塑料夹芯结构，如GF酚醛预浸料蒙皮/Nomex芯；（3）热固、热塑性塑料混成夹芯结构，如GF织物聚醋蒙皮/PP蜂窝。蒙皮通常采用复合材料层压板、金属板、胶合板和硬塑料板等。
蜂窝芯有热固性芯子和热塑性芯子之分。热固性芯子由各种纤维如玻璃纤维（布）、碳纤维、芳族纤维、纸、棉布等浸渍热固性树脂，通过胶接拉伸法或波纹压形胶接法制得。要求强度较高的蜂窝芯多采用连续齿辊滚压形成波纹，再胶接成型。热塑性芯子可以利用热塑性树脂的特点通过挤出、热熔合等方法成型。
目前，蜂窝夹芯复合材料存在着蒙皮强度低，如热塑性蒙皮相对于热固性蒙皮强度相对过低，而热固性蒙皮韧性较差，抗冲击性能不好，影响其使用范围。同时，使用胶液粘接蒙皮和芯材时，胶液厚度不容易掌握，胶液过厚处的胶液容易进入蜂窝芯材，也影响蜂窝夹芯复合材料的性能。而在成型方式上，一次成型时间较短，但受蜂窝芯抗压强度限制，成型出的蒙皮力学性能偏低，夹层内部质量不便直接检测，有缺陷不易事先发现；二次成型质量容易控制，但生产时间相对也较长；三次成型，产品质量容易控制，但生产程序复杂，生产周期长。
发明内容
本发明就是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种强度高、韧性好，并且生产周期短、产品质量易于控制的具有纤维增强热塑性蒙皮的蜂窝结构板材，及其制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种具有纤维增强热塑性蒙皮的蜂窝结构板材，所述蜂窝结构板材由纤维增强热塑性蒙皮、胶膜和热塑性蜂窝芯组成，所述热塑性蜂窝芯置于两块纤维增强热塑性蒙皮之间，并通过胶膜粘结。
所述纤维增强热塑性蒙皮是连续纤维与热塑性树脂的复合材料；所述连续纤维选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维中的一种或几种，所述热塑性树脂选自聚烯烃、热塑性聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯PC、其他通用树脂或高性能工程塑料。
所述聚烯烃包括聚丙烯PP、聚乙烯PE，所述热塑性聚酯包括聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚对苯二甲酸丙二醇酯PTT和聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT，所述聚酰胺包括尼龙6、尼龙66、尼龙12、尼龙1212、尼龙612，所述其他通用树脂包括聚氯乙烯PVC、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS、聚苯乙烯PS和高抗冲聚苯乙烯HIPS，所述高性能工程塑料包括聚醚醚酮PEEK、聚苯硫醚PPS、改性聚苯醚MPPO和聚醚酰亚胺PEI。
所述纤维增强热塑性蒙皮的厚度为0.2-1mm，长度和宽度根据实际应用的需要确定。
所述胶膜选自环氧胶膜、丙烯酸胶膜、改性丙烯酸环氧胶膜中的一种或几种。
所述胶膜的厚度为0.2-0.4mm，长度和宽度与纤维增强热塑性蒙皮相同。
所述热塑性蜂窝芯包括PE蜂窝芯、PP蜂窝芯、PVC蜂窝芯、PC蜂窝芯、PET蜂窝芯。
所述热塑性蜂窝芯的厚度为10-500mm，长度和宽度与纤维增强热塑性蒙皮相同。
一种具有纤维增强热塑性蒙皮的蜂窝结构板材的制备方法，包括以下步骤：
（1）将连续纤维增强热塑性树脂复合材料预浸带裁剪后铺设到模具上，送入热压机中，加热至热塑性树脂的加工温度，压力为0.2-1MPa，保温20-30min，保温结束后移入冷压机中，压力为2-5MPa，保压20-40min，保压结束后出模，得到纤维增强热塑性蒙皮；
（2）将面积相同的纤维增强热塑性蒙皮、胶膜、热塑性蜂窝芯、胶膜、纤维增强热塑性蒙皮依次铺设到热压辊前端，待温度达到胶膜使用温度，根据压制板材的厚度调节传输台与热压辊高度，送入热压辊，20-60秒后，板材从热压辊另一侧出来，即制得具有纤维增强热塑性蒙皮的蜂窝结构板材。
所述纤维增强热塑性蒙皮由1-4层预浸带横纵交错铺设后压制而成，所述纤维增强热塑性蒙皮的规格尺寸根据实际应用的需要确定。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的一种具有纤维增强热塑性蒙皮的蜂窝结构板材，采用双向连续纤维增强热塑性复合材料蒙皮，具有强度高、韧性好等特点，并与热塑性蜂窝芯结合，得到进一步增强的结构板材。
由于双向连续纤维增强热塑性复合材料蒙皮的韧性较强，便于与蜂窝芯材的结合，增加了蒙皮与蜂窝芯材之间的结合性能，克服了由于热固性蒙皮韧性较差引起的蒙皮与蜂窝芯材脱离的缺点。同时，采用胶膜粘接，用胶量容易控制，不容易出现液态胶粘接时，胶液进入蜂窝孔的现象。而采用的热压辊二次成型法，生产周期短，产品质量可以控制。二次成型是上下蒙皮预先固化成型，再与蜂窝芯、胶膜、发泡胶等材料组合胶接固化，特点是预先固化了的蒙皮无蜂窝压痕，蒙皮内部质量好，不会因为蒙皮内部质量影响最终制作的性能，因此更具有加工设备简单，产品质量容易控制，生产效率高，容易实现，便于推广的优点。
附图说明
图1为具有纤维增强热塑性蒙皮的蜂窝结构板材的结构示意图；
图2为热压辊的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例详细描述本发明。
图1所示为本发明的一种具有纤维增强热塑性蒙皮的蜂窝结构板材的结构示意图，蜂窝结构板材由纤维增强热塑性蒙皮1、胶膜2和热塑性蜂窝芯3组成，热塑性蜂窝芯3置于两块纤维增强热塑性蒙皮1之间，并通过胶膜2粘结，在纤维增强热塑性蒙皮1中分布有横纵交错的纤维4。
图2所示为本发明所用热压辊的结构示意图，热压辊13设置在机台15的上方，热压辊13之间通过辊带12相连，并在热压辊13的上方设置保温罩11以减少散热，维持热压辊13和辊带12的温度。根据压制板材的厚度调节传输台14与热压辊13之间的高度，将纤维增强热塑性蒙皮1、胶膜2、热塑性蜂窝芯3依次铺设到热压辊13前端的传输台14上，待温度达到胶膜2的使用温度后送入热压辊13，20-60秒后，板材从热压辊13另一侧出来，即制得具有纤维增强热塑性蒙皮的蜂窝结构板材。
实施例1
① 将连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸带横纵交错铺设4层，放入模具中，待温度达到180℃，送入热压机中，压力0.2MPa，保温时间20min。保温结束，送入至冷压机，压力2MPa，保压20min。出模，制得连续玻璃纤维增强聚丙烯蒙皮。
② 依次将相同面积的上述连续玻璃纤维增强聚丙烯蒙皮、环氧胶膜、PP蜂窝芯、环氧胶膜、连续玻璃纤维增强聚丙烯蒙皮铺设到热压辊前端，待温度达到40℃，根据板材厚度调节传输台与热压辊高度，传输台速度为2m/min，送入热压辊，60s后，板材从热压辊另一侧出来，即制得双向连续玻璃纤维增强聚丙烯蒙皮加强PP蜂窝芯的蜂窝结构板材。
实施例2
① 将连续碳纤维增强聚氯乙烯预浸带横纵交错铺设3层，放入模具中，待温度达到160℃，送入热压机中，压力0.3MPa，保温时间24min。保温结束，送入至冷压机，压力3MPa，保压30min。出模，制得连续碳纤维增强PVC蒙皮。
② 依次将相同面积的上述连续碳纤维增强PVC蒙皮、环氧胶膜、PE蜂窝芯、环氧胶膜、连续碳纤维增强PVC蒙皮铺设到热压辊前端，待温度达到40℃，根据板材厚度调节传输台与热压辊高度，传输台速度为3m/min，送入热压辊，50s后，板材从热压辊另一侧出来，即制得双向连续碳纤维增强PVC蒙皮加强PE蜂窝芯的蜂窝结构板材。
实施例3
① 将连续芳纶纤维增强PBT预浸带横纵交错铺设2层，放入模具中，待温度达到228℃，送入热压机中，压力0.4MPa，保温时间30min。保温结束，送入至冷压机，压力4MPa，保压35min。出模，制得连续芳纶纤维增强PBT蒙皮。
② 依次将相同面积的上述连续芳纶纤维增强PBT蒙皮、丙烯酸胶膜、PVC蜂窝芯、丙烯酸胶膜、连续芳纶纤维增强PBT蒙皮铺设到热压辊前端，待温度达到50℃，根据板材厚度调节传输台与热压辊高度，传输台速度为4m/min，送入热压辊，40s后，板材从热压辊另一侧出来，即制得双向连续芳纶纤维增强PBT蒙皮加强PVC蜂窝芯的蜂窝结构板材。
实施例４
① 将连续碳化硅纤维增强PET预浸带横纵交错铺设3层，放入模具中，待温度达到232℃，送入热压机中，压力0.5MPa，保温时间25min。保温结束，送入至冷压机，压力5MPa，保压40min。出模，制得连续碳化硅纤维增强PET蒙皮。
② 依次将相同面积的上述连续碳化硅纤维增强PET蒙皮、改性丙烯酸环氧胶膜、PC蜂窝芯、改性丙烯酸环氧胶膜、连续碳化硅纤维增强PET蒙皮铺设到热压辊前端，待温度达到43℃，根据板材厚度调节传输台与热压辊高度，传输台速度为5m/min，送入热压辊，30s后，板材从热压辊另一侧出来，即制得双向连续碳化硅纤维增强PET蒙皮加强PC蜂窝芯的蜂窝结构板材。
实施例５
① 将连续玻璃纤维增强PA6预浸带横纵交错铺设2层，放入模具中，待温度达到220℃，送入热压机中，压力0.7MPa，保温时间23min。保温结束，送入至冷压机，压力5MPa，保压35min。出模，制得连续玻璃纤维增强PA6蒙皮。
② 依次将相同面积的上述连续玻璃纤维增强PA6蒙皮、改性丙烯酸环氧胶膜、PET蜂窝芯、改性丙烯酸环氧胶膜、连续玻璃纤维增强PA6蒙皮铺设到热压辊前端，待温度达到44℃，根据板材厚度调节传输台与热压辊高度，传输台速度为5.5m/min，送入热压辊，25s后，板材从热压辊另一侧出来，即制得双向连续玻璃纤维增强PA6蒙皮加强PET蜂窝芯的蜂窝结构板材。
实施例６
① 将连续玻璃纤维增强PC预浸带横纵交错铺设3层，放入模具中，待温度达到220℃，送入热压机中，压力1MPa，保温时间26min。保温结束，送入至冷压机，压力4MPa，保压37min。出模，制得连续玻璃纤维增强PC蒙皮。
② 依次将相同面积的上述连续玻璃纤维增强PC蒙皮、改性丙烯酸环氧胶膜、PC蜂窝芯、改性丙烯酸环氧胶膜、连续玻璃纤维增强PC蒙皮铺设到热压辊前端，待温度达到44℃，根据板材厚度调节传输台与热压辊高度，传输台速度为6m/min，送入热压辊，20s后，板材从热压辊另一侧出来，即制得双向连续玻璃纤维增强PC蒙皮加强PC蜂窝芯的蜂窝结构板材。
实施例1-6的性能测试结果见表1。
实施例7
① 将连续玻璃纤维增强PPS预浸带铺设1层，放入模具中，待温度达到280℃，送入热压机中，压力1MPa，保温时间30min。保温结束，送入至冷压机，压力4MPa，保压40min。出模，制得连续玻璃纤维增强PPS蒙皮。
② 依次将相同面积的上述连续玻璃纤维增强PPS蒙皮、改性丙烯酸环氧胶膜、PC蜂窝芯、改性丙烯酸环氧胶膜、连续玻璃纤维增强PPS蒙皮铺设到热压辊前端，待温度达到44℃，根据板材厚度调节传输台与热压辊高度，传输台速度为5m/min，送入热压辊，55s后，板材从热压辊另一侧出来，即制得双向连续玻璃纤维增强PPS蒙皮加强PC蜂窝芯的蜂窝结构板材。
以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。
Claims (10)
1.一种具有纤维增强热塑性蒙皮的蜂窝结构板材，其特征在于，所述蜂窝结构板材由纤维增强热塑性蒙皮、胶膜和热塑性蜂窝芯组成，所述热塑性蜂窝芯置于两块纤维增强热塑性蒙皮之间，并通过胶膜粘结；所述具有纤维增强热塑性蒙皮的蜂窝结构板材通过以下方法制备：
(1)将连续纤维增强热塑性树脂复合材料预浸带裁剪后铺设到模具上，送入热压机中，加热至热塑性树脂的加工温度，压力为0.2-1MPa，保温20-30min，保温结束后移入冷压机中，压力为2-5MPa，保压20-40min，保压结束后出模，得到纤维增强热塑性蒙皮；
(2)将面积相同的纤维增强热塑性蒙皮、胶膜、热塑性蜂窝芯、胶膜、纤维增强热塑性蒙皮依次铺设到热压辊前端，待温度达到胶膜使用温度，根据压制板材的厚度调节传输台与热压辊高度，送入热压辊，20-60秒后，板材从热压辊另一侧出来，即制得具有纤维增强热塑性蒙皮的蜂窝结构板材。
2.如权利要求1所述的一种具有纤维增强热塑性蒙皮的蜂窝结构板材，其特征在于，所述纤维增强热塑性蒙皮是连续纤维与热塑性树脂的复合材料；所述连续纤维选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维中的一种或几种，所述热塑性树脂选自聚烯烃、热塑性聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯PC、其他通用树脂或高性能工程塑料；其中，所述其他通用树脂包括聚氯乙烯PVC、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS、聚苯乙烯PS和高抗冲聚苯乙烯HIPS，所述高性能工程塑料包括聚醚醚酮PEEK、聚苯硫醚PPS、改性聚苯醚MPPO和聚醚酰亚胺PEI。
3.如权利要求2所述的一种具有纤维增强热塑性蒙皮的蜂窝结构板材，其特征在于，所述聚烯烃包括聚丙烯PP、聚乙烯PE，所述热塑性聚酯包括聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚对苯二甲酸丙二醇酯PTT和聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT，所述聚酰胺包括尼龙6、尼龙66、尼龙12、尼龙1212、尼龙612。
4.如权利要求1所述的一种具有纤维增强热塑性蒙皮的蜂窝结构板材，其特征在于，所述纤维增强热塑性蒙皮的厚度为0.2-1mm。
5.如权利要求1所述的一种具有纤维增强热塑性蒙皮的蜂窝结构板材，其特征在于，所述胶膜选自环氧胶膜、丙烯酸胶膜、改性丙烯酸环氧胶膜中的一种或几种。
6.如权利要求1所述的一种具有纤维增强热塑性蒙皮的蜂窝结构板材，其特征在于，所述胶膜的厚度为0.2-0.4mm，长度和宽度与纤维增强热塑性蒙皮相同。
7.如权利要求1所述的一种具有纤维增强热塑性蒙皮的蜂窝结构板材，其特征在于，所述热塑性蜂窝芯包括PE蜂窝芯、PP蜂窝芯、PVC蜂窝芯、PC蜂窝芯、PET蜂窝芯。
8.如权利要求1所述的一种具有纤维增强热塑性蒙皮的蜂窝结构板材，其特征在于，所述热塑性蜂窝芯的厚度为10-500mm，长度和宽度与纤维增强热塑性蒙皮相同。
9.一种如权利要求1所述的具有纤维增强热塑性蒙皮的蜂窝结构板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将连续纤维增强热塑性树脂复合材料预浸带裁剪后铺设到模具上，送入热压机中，加热至热塑性树脂的加工温度，压力为0.2-1MPa，保温20-30min，保温结束后移入冷压机中，压力为2-5MPa，保压20-40min，保压结束后出模，得到纤维增强热塑性蒙皮；
(2)将面积相同的纤维增强热塑性蒙皮、胶膜、热塑性蜂窝芯、胶膜、纤维增强热塑性蒙皮依次铺设到热压辊前端，待温度达到胶膜使用温度，根据压制板材的厚度调节传输台与热压辊高度，送入热压辊，20-60秒后，板材从热压辊另一侧出来，即制得具有纤维增强热塑性蒙皮的蜂窝结构板材。
10.如权利要求9所述的一种具有纤维增强热塑性蒙皮的蜂窝结构板材的制备方法，其特征在于，所述纤维增强热塑性蒙皮由1-4层预浸带横纵交错铺设后压制而成。
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