CN103612441B - 复合材料夹芯板、模具及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种复合材料夹芯板、模具及它们的制作方法。复合材料夹芯板，包括：芯板，包括设置在芯板内的增强条，以及芯板上表面和/或下表面的多个凹槽；上面板，设置在芯板上表面；下面板，设置在芯板下表面；所述上面板和下面板通过粘结剂与芯板在负压状态下粘结在一起；所述多个凹槽平行设置，在芯板上表面和/或下表面形成两端无遮挡的通道。本发明通过在复合材料夹芯板的芯板表面设置平行的凹槽，在制作时便于抽取芯板和面板之间的空气，使得芯板和面板之间粘结强度提高；通过在复合材料夹芯板的芯板内设置增强条，使得复合材料夹芯板的抗弯能力增强。

Description

复合材料夹芯板、模具及制作方法

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种复合材料夹芯板、模具及制作方法。

背景技术

复合材料夹芯板材因具有轻质高强的力学性能被广泛应用于车辆、航空、船舶、建筑等许多领域。

目前，大多数复合材料夹芯板材的制作由于受到工艺和设备的限制，无法满足各种需求。一般情况下，大型复合材料夹芯板材需通过螺栓或内嵌金属件将不同规格的夹芯板材连接起来，在性能和使用上有很多问题。或者采用改装的专用设备生产，但投入的成本较高。

同时，复合材料夹芯板产品由两层面板和内芯组成，层间存在脱胶或剥离强度低的缺陷。此外当产品达到一定的长度时，产品的刚度还有一定的问题，并且在制作和使用时容易折断，上述现象当产品尺寸越大，越为严重，导致夹芯板材的性能得不到充分发挥，同时也影响了产品的安全使用。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题在于如何提高复合材料夹芯板的受力性能。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种复合材料夹芯板，包括：

芯板，包括设置在芯板内的增强条，以及芯板上表面和/或下表面的多个凹槽；

上面板，设置在芯板上表面；

下面板，设置在芯板下表面；

所述上面板和下面板通过粘结剂与芯板在负压状态下粘结在一起；

所述多个凹槽平行设置，在芯板上表面和/或下表面形成两端无遮挡的通道，且平行方向垂直于两端所在的芯板端面；

优选地，所述上面板和/或下面板的材料为玻璃钢材料，包括聚酯树脂、玻璃纤维和胶衣；

优选地，所述芯板，其原料为聚氯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料或拉挤型聚苯乙烯（XPS）泡沫塑料中的一种或多种；

优选地，所述粘结剂，为环氧树脂粘结剂、不饱和聚酯树脂粘结剂或聚氨酯树脂粘结剂中的一种。

优选地，所述复合材料夹芯板的表面为平面或曲面，并且所述复合材料夹芯板的厚度一致或不一致。

本发明的第二方面提供了一种用于制作大型复合材料夹芯板的模具，包括：

上模，包括用于制作芯板的上模板和加固框；

模具平台，包括承载台和框架，所述承载台固定在所述框架上；

所述承载台包括第一区域和第二区域；

所述第一区域用于组装复合材料夹芯板时放置下面板；

所述第二区域用于和所述上模板配合制作芯板；

所述第二区域的表面和/或所述上模板的下表面设置有多条平行的条带状突起。

所述第二区域的周围或所述上模板的周围设置有挡板，从而在第二区域和上模板之间构成用于制作芯板的空腔，所述条带状突起两端垂直抵住挡板。

优选地，所述条带状突起为固定在表面的镀锌板条。

优选地，所述承载台，为在层压板上粘贴无碱短切毡、并浇注树脂固化而成。

本发明的第三方面提供了一种用于制作复合材料夹芯板的模具平台的制作方法，该方法包括：

制作框架；

在框架上制作承载台；

在承载台的一个区域设置多条平行的条带状突起，所述突起在平行方向的长度使得其两端能垂直抵住设置在该区域周围或该区域对应的上模的下表面周围的挡板；

对承载台进行浇注。

优选地，所述在框架上制作承载台，为先在框架上铺制层压板，然后在层压板上粘贴无碱短切毡，再浇注树脂固化。

根据本发明的第四方面，提供了一种制作复合材料夹芯板的方法，包括：

在模具平台的承载台的第二区域和上模的上模板之间发泡制作芯板，并在芯板内设置增强条，其中所述第二区域的表面和/或所述上模板的下表面包括多条平行的条带状突起，且第二区域的周围或所述上模板的周围设置有挡板，从而在第二区域和上模板之间构成空腔，所述突起的两端垂直抵住所述挡板；

将芯板的上表面和下表面涂覆粘结剂；

将下面板放置在承载台的第一区域，将芯板放置在下面板上并将上面板放置在芯板上；

采用真空工艺抽气，并压实固化。

优选地，当复合材料夹芯板材的上表面为曲面时，所述压实固化包括在上面板上放置下表面为曲面的浮动辅助模板。

优选地，该方法还包括：

在将芯板的上表面和下表面涂覆粘结剂之前，先将多块芯板进行预拼接。

优选地，该方法还包括：

在将芯板的上表面和下表面涂覆粘结剂之前，先用与凹槽形状相应的条模塞住凹槽；在将芯板放置在下面板上并将上面板放置在芯板上之后，再抽出条模。

（三）有益效果

本发明通过在复合材料夹芯板的芯板内设置增强条，使得复合材料夹芯板抗弯能力增强，通过设置在芯板表面的凹槽形成通道，在制作时便于抽取芯板和面板之间的空气，使得芯板和面板之间粘结强度提高。

另外，通过模具平台和上模制作复合材料夹芯板，制成的复合材料夹芯板尺寸不会受到专用制造设备尺寸的限制，可以按需制成大型的复合材料夹芯板，并且制作模具的成本也显然远低于制造专用制造设备的成本。制成的复合材料夹芯板尺寸，其长度可达16m，宽度可达5m，满足了运输、建筑等领域对大型复合材料夹芯板的需要。本发明的模具通过其特殊结构可保证复合材料夹芯板的平整度，并可制作带曲面的复合材料夹芯板。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明的一个较佳实施例的复合夹芯板的截面视图。

图2是根据本发明一个较佳实施例的模具的一个方向的侧视图。

图3是根据本发明一个较佳实施例的模具的另一个方向的侧视图。

图4是根据本发明一个较佳实施例的模具平台的俯视图。

图5是根据本发明一个较佳实施例的模具平台的承载台的第一区域的沿图4长度方向的局部放大剖视图。

图6是根据本发明一个较佳实施例的模具平台的承载台的第二区域沿图4长度方向的局部放大剖视图。

图7是根据本发明一个较佳实施例的上模的俯视图。

图8是根据本发明一个较佳实施例的上模的侧视图。

图9是根据本发明一个较佳实施例的上模的局部放大剖视图。

图10是根据本发明一个较佳实施例的制作用于制作复合材料夹芯板的模具平台的方法的流程图。

图11是根据本发明一个较佳实施例的制作复合材料夹芯板的方法的流程图。

图12是根据本发明另一个较佳实施例的浮动辅助模板的正面视图。

其中每个附图标记所代表的部件为：1：面板；2：芯板；21：凹槽；3：模具平台；31:框架；32：承载台；33：第一区域；34：第二区域；35、第二区域的条带状突起；36：木方；4：上模；41：上模板；42：加固框；43：上模板的条带状突起；44：挡板；5、浮动辅助模板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，而不能用来限制本发明的范围。

需要说明的是，为了简明起见，对于之前的实施例已经阐述的技术细节，在之后的实施例中可能将不再赘述；反之，之后的实施例中阐述的技术细节，之前的实施例也可能没有阐述。但本领域技术人员应该理解，只要不构成冲突，一个实施例描述的技术细节也同样适用于另外的实施例。

图1是根据本发明的一个较佳实施例的复合材料夹芯板的截面示意图。所述复合材料夹芯板包括面板1和芯板2，两块面板1分别设置在芯板2的上表面和下表面，面板1和芯板2之间通过粘结剂（图中没有示出）连接。芯板2包括设置在芯板内的增强条（图中没有示出），以及芯板上表面和/或下表面的多个凹槽21。多个凹槽21平行设置，在芯板2的上表面和/或下表面形成两端无遮挡的通道，且平行方向垂直于凹槽21两端所在的芯板2的端面。优选地，多个凹槽21尺寸相同，且相邻凹槽21之间的间距相等。凹槽21的截面形状优选为矩形，其尺寸优选为宽1-5mm，深1-5mm，其间距优选为30mm～110mm。芯板内增强条的作用在于增强复合材料夹芯板的抗弯性能，凹槽21的作用为便于在制作时抽取芯板2和面板1之间的空气，使得芯板2和面板1之间粘结强度提高。

芯板2优选的材料为聚氯乙烯泡沫塑料（PVC）、聚氨酯泡沫塑料（PU）或拉挤型聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）中的一种或多种，并且其中埋设有增强条。增强条例如为碳纤维棒。芯板2的形状根据需要设计，厚度根据实际需要一般在5mm～300mm范围内。

面板1的材料可以为由聚酯树脂、玻璃纤维和胶衣组成的玻璃钢材料，制作方法可以为真空压制、手工制作或连续挤压成型。面板1还可以通过轴向布、环氧树脂、色浆和固化剂以连续挤压成型工艺制作，或者由胶衣、短切毡、不饱和树脂、固化剂通过手糊成型工艺制作。面板1的密度，优选为1.6g/mm³～2g/mm³。面板1由两面组成，一面是胶衣面，一面是非胶衣面。非胶衣面为与芯板2粘结在一起的面，需进行打磨处理，优选打磨厚度为0.2mm～0.3mm。

粘结剂，优选为环氧树脂粘结剂、不饱和聚酯树脂粘结剂或聚氨酯树脂粘结剂中的一种。粘结剂均匀涂覆在芯板上，优选粘结剂用量为200g/m²～600g/m²，涂覆方式优选人工涂覆、机械自动涂覆或两者相结合的方式。

图2-8示出根据本发明一个较佳实施例的用于制作复合材料夹芯板的模具的结构。模具包括模具平台3和上模4。

如图2-5所示，模具平台3包括框架31和承载台32。承载台32优选为玻璃钢平台32，玻璃钢平台32固定在框架31之上。玻璃钢平台32的表面呈长方形的构造，宽度与复合材料夹芯板的宽度相应。玻璃钢平台32包括第一区域33和第二区域34，第一区域33和第二区域34例如在模具平台3的长度方向分开。第一区域33用于组装复合材料夹芯板时放置下面板，因此其长度例如与复合材料夹芯板的长度相应。第二区域34用于和上模4配合制作芯板，其长度例如与单块芯板的长度相应。优选地，第二区域34的表面设置有多条平行的条带状突起35，所述突起为固定在第二区域的表面的镀锌板条，固定方式例如可以通过PU密封胶粘贴，镀锌板条尺寸由芯板凹槽规格决定。玻璃钢平台32，为在层压板上粘贴无碱短切毡、并浇注树脂固化而成，粘贴方式例如利用树脂手糊。承载台32周围还可以围一圈木方36作为加强。

框架31优选为矩形管制成。矩形管的尺寸例如为100*50*3mm。为了平稳，从侧面看，框架的侧面构成多个三角形，从俯视角度看框架的平面形成田字结构，侧面立着的矩形管的间距优选1220mm。

如图6-8所述，上模由上模板41、加固框42、挡板44组成；加固框42固定在上模板41上表面，由100*50*3mm的矩形管焊接而成，优选“井”字结构。上模板41设置有多条平行的条带状突起，尺寸规格与芯板的凹槽相应。上模板41优选为钢板，厚度优选20mm。条带状突起43例如也可为镀锌板条。挡板44设置在上模板41的周围，用于在上模板41和模具平台3的第二区域配合时形成空腔。

当然，也可以在第二区域34的周围形成挡板，而上模板41的周围不形成挡板。上模板41和第二区域34均形成条带状突起是一种优选的方式，也可以仅在其中一个上形成条带状突起，但是条带状突起长度使得其两端均应垂直抵住挡板，从而形成的芯板表面上的凹槽是两端开口的通道。

上模板41的钢板的厚度优选为20mm，条带状突起43的尺寸由芯板凹槽规格决定。

下面根据本发明的一个较佳实施例，结合图10说明用于制作复合材料夹芯板的模具平台的制作方法，该方法包括：

步骤S11：制作框架。一个优选的方式为：将地面校平，按设计的尺寸制作框架，框架材料优选为100*50*3mm矩形管。框架的侧立面构成多个三角形，从俯视角度看框架的平面形成田字结构，侧面立着的矩形管间距优选为1220mm。所述矩形管之间优选采用气保焊机进行电焊。在制作好框架整体后，还可以进行水平的校正，采用不同厚度的钢板将矩形管垫实，防止钢架受力后出现下沉等缺陷，同时控制整个框架的水平误差，优选范围是-1～0mm。

步骤S12：在框架上制作承载台。一个优选的方式为：在框架上铺制层压板并固定，层压板优选尺寸为2440*1220*18mm，可用自攻螺丝或其他方式固定到框架上。铺制完成后，优选在四周固定一圈木方，对模具进行加强，这是为了防止在接下来的工艺中树脂流出。然后在铺制好的层压板上粘贴无碱短切毡粘贴方式例如利用树脂手糊。无碱短切毡优选为两层，例如为300g的短切毡，可以分两次粘贴，即在第一层粘好固化再在其上粘贴第二层。每次粘贴固化后都要去除毛刺、气泡等缺陷。按该优选方式完成的承载台即为玻璃钢平台。

步骤S13：在承载台的一个区域设置多条平行的条带状突起。所述突起在平行方向的长度使得其两端能垂直抵住设置在该区域周围或该区域对应的上模的下表面周围的挡板。一个优选的方式为：例如在承载台上选取2440mm×1220mm的区域作为第二区域，用于芯板的制作，利用PU密封胶将镀锌板条固定在玻璃钢平台上，镀锌板条尺寸由芯板需要的凹槽规格决定，镀锌板条的长度使得其两端能抵住设置在该区域周围或该区域对应的上模板的下表面周围的挡板。

步骤S14：对承载台进行浇注。例如待步骤S13使用的PU密封胶固化完成后，再对整个承载台进行浇注。浇注材料优选环氧树脂，环氧树脂与固化剂的比例优选为5：1，在浇注过程中用工具缓慢的推动树脂，使其均匀分布，厚度优选为5mm，完成后等其自然固化，并放置3天左右。所述树脂，优选为常温固化的环氧树脂，具有强度高、收缩率低、经久耐用等优点，在浇注前最好对其进行脱泡处理。浇注完成后，需检查浇注体表面是否有破损、凹凸等缺陷，并进行适当的处理；处理完后，对模具表面进行后处理，抛光。在制作复合夹芯板前还要上高效脱模剂（PMR）。

下面根据本发明一个较佳实施例，结合图11说明制作复合材料夹芯板的方法，该方法包括：

步骤S21：在模具平台的承载台的第二区域和上模的上模板之间发泡制作芯板。如前面对模具实施例的说明中所阐述的，所述第二区域的表面和/或所述钢板的下表面包括多条平行的条带状突起，且第二区域的周围或所述钢板的周围设置有挡板，从而在第二区域和钢板之间构成空腔，所述突起的两端垂直抵住所述挡板。在制作芯板时，在芯板中埋设多根增强条，增强条用于使芯板抗弯性能提高，例如为碳纤维棒。

步骤S22：将芯板的上表面和下表面涂覆粘结剂。通常，将粘结剂均匀涂覆在芯板上下表面，根据粘结剂的粘度决定涂覆方式，所述粘结剂的选择根据夹芯板的性能决定。粘结剂用量为200g/m²～600g/m²，涂覆方式优选人工涂覆、机械自动涂覆或两者相结合的方式。

步骤S23：将下面板放置在承载台的第一区域；将芯板放置在下面板上并将上面板放置在芯板上。注意在本发明中，面板的制作并非重点所在，所以没有详细介绍，既可以采用现成的面板，也可以由树脂、玻璃纤维、胶衣通过手工制作、真空压制、连续挤压成型制作，待面板成型后，所述面板的胶衣面用保护膜进行保护处理，非胶衣面用打磨机进行打毛处理，打磨至毛糙，优选打磨厚度为0.2mm～0.3mm，打磨完成后清除粉尘，采用丙酮进行清洗，胶衣的优选用量为800g/m²。用于粘结的粘结剂优选涂覆在芯板的上表面和下表面，均匀涂覆，根据粘结剂的粘度决定涂覆方式，所述粘结剂的选择根据夹芯板的性能决定。

在上段所介绍的步骤之前，还可以将多块芯板进行预拼装，以满足复合夹芯板的尺寸需要，从而可以用较小的芯板制造大型的复合夹芯板。

步骤S24：采用真空工艺抽气，并压实固化。在将上面板放置在芯板上后，采用辊筒进行压实，压实时还在上面板上放置软硅胶板。固化完全后脱模。优选地，在将下面板放置在承载台的第一区域时也采用辊筒进行压实。

优选地，真空工艺为：在固化前采用真空袋膜封装待成型的复合材料夹芯板，例如，可以将真空袋膜覆盖在复合夹芯板上，真空袋膜边缘用密封胶带封在承载台上。然后采用真空泵抽走空气，这样，粘结剂中的空气就会被抽走，不会形成气泡。并且，凹槽形成的通道有利于复合材料夹芯板中间位置的粘结剂中气泡的抽出。

优选地，在将芯板的上表面和下表面涂覆粘结剂之前，也可以先用与凹槽形状相应的条模塞住凹槽，在将芯板放置在下面板上并将上面板放置在芯板上之后，再抽出条模，这样可以防止凹槽中流入粘结剂。抽出条模的时间应该在粘结剂完全固化之前。

在另一个实施例中，所述复合材料夹芯板的上表面可以为曲面，并且所述复合材料夹芯板的厚度不一致。要制作上表面为曲面的复合材料夹芯板，那么需要制作上表面为曲面的芯板，即将上模板也变为相应的曲面。同时，当形成的复合材料夹芯板材的上表面需要为曲面时，所述压实固化包括在上面板上放置下表面为曲面的浮动辅助模板5。浮动辅助模板5的材质可以为金属、玻璃钢或木质。浮动辅助模板5的下表面也需要形成为曲面，如图12所示。这样，上面板被浮动辅助模板5压制成弯曲状态贴合在芯板上成型。以上实施例仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明的原理和精神，其均应涵盖在本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种复合材料夹芯板，其特征在于，包括：

芯板，包括设置在芯板内的增强条，以及芯板上表面和/或下表面的多个凹槽；

上面板，设置在芯板上表面；

下面板，设置在芯板下表面；

所述上面板和下面板通过粘结剂与芯板在负压状态下粘结在一起；

所述多个凹槽平行设置，在芯板上表面和/或下表面形成两端无遮挡的通道，且平行方向垂直于两端所在的芯板端面；

所述多个凹槽的作用为便于在制作时抽取芯板和上、下面板之间的空气，使得芯板和上、下面板之间粘结强度提高。

2.根据权利要求1所述的复合材料夹芯板，其特征在于，

所述芯板，其原料为聚氯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料或拉挤型聚苯乙烯(XPS)泡沫塑料中的一种或多种。

3.根据权利要求1或2所述的复合材料夹芯板，其特征在于,

所述粘结剂，为环氧树脂粘结剂、不饱和聚酯树脂粘结剂或聚氨酯树脂粘结剂中的一种。

4.根据权利要求1或2所述的复合材料夹芯板，其特征在于，

所述复合材料夹芯板的表面为平面或曲面，并且所述复合材料夹芯板的厚度一致或不一致。

5.一种用于制作大型复合材料夹芯板的模具，其特征在于，包括：

上模，包括用于制作芯板的上模板和加固框；

模具平台，包括承载台和框架，所述承载台固定在所述框架上；

所述承载台包括第一区域和第二区域；

所述第一区域用于组装复合夹芯板时放置下面板；

所述第二区域用于和所述上模板配合制作芯板；

所述第二区域的表面和/或所述上模板的下表面设置有多条平行的条带状突起。

6.根据权利要求5所述的模具，其特征在于，

所述条带状突起为固定在表面的镀锌板条。

7.一种用于制作复合材料夹芯板的模具平台的制作方法，其特征在于，该方法包括：

制作框架；

在框架上制作承载台；

在承载台的一个区域的表面设置多条平行的条带状突起，所述突起在平行方向的长度使得其两端能垂直抵住设置在该区域周围或该区域对应的上模的下表面周围的挡板；

对承载台进行浇注。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

所述在框架上制作承载台，为先在框架上铺制层压板，然后在层压板上粘贴无碱短切毡，再浇注树脂固化。

9.一种制作复合材料夹芯板的方法，其特征在于，包括：

在模具平台的承载台的第二区域和上模的上模板之间发泡制作芯板，并在芯板内设置增强条，其中所述第二区域的表面和/或所述上模板的下表面包括多条平行的条带状突起，且第二区域的周围或所述上模板的周围设置有挡板，从而在第二区域和上模板之间构成空腔，所述突起的两端垂直抵住所述挡板；

将芯板的上表面和下表面涂覆粘结剂；

将下面板放置在承载台的第一区域，将芯板放置在下面板上并将上面板放置在芯板上；

采用真空工艺抽气，并压实固化。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

当形成的复合材料夹芯板材的上表面为曲面时，所述压实固化包括在上面板上放置下表面为曲面的浮动辅助模板。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

在将芯板的上表面和下表面涂覆粘结剂之前，先将多块芯板进行预拼接。

12.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

在将芯板的上表面和下表面涂覆粘结剂之前，先用与凹槽形状相应的条模塞住凹槽；在将芯板放置在下面板上并将上面板放置在芯板上之后，再抽出条模。