CN103722749A - 一种多孔吸音结构复合材料的制备方法 - Google Patents

一种多孔吸音结构复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种多孔吸音结构复合材料的制备方法。将3～5层预编织的高性能纤维布叠层放置，每一层层间分别由3D打印机用蜡材、PLA环保材料等在高性能纤维布上打印出10～40根相互平行的三维直管道，相邻两层间的管道位置呈空间正交。管道直径为1mm～3mm，相邻两层预制管道中心线之间的距离为2mm～4mm。注射环氧树脂，采用模压工艺成型后置于烘箱中，在40℃～200℃温度范围内进行加热至3D打印管道材料挥发或熔化完全后得到多孔吸音结构复合材料。多孔吸音结构复合材料制备过程中使用的3D打印机打印速度快、精度高、性能稳定，使用受热易会挥发或熔化的打印材料，大大简化了贯通孔洞的制备工艺且价格低廉；制得的产品集结构材料和吸声性能于一体，简化施工工艺，降低成本，同时具备吸音效果优、耐腐蚀、环保、重量轻、强度高、产品尺寸稳定性高等优异的性能。

Description

一种多孔吸音结构复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料的制备方法，特别是涉及一种多孔吸音结构复合材料的制备方法。
背景技术
随着科技和现代工业的发展，噪声污染已成为世界性难题。同时，随着环保意识的增强，人们对声音环境的要求也越来越高。吸声降噪逐渐演变成为一个有关高科技、环境以及人类协调发展急需解决的重要课题，如列车高速化所产生的噪声与振动的吸收和隔离等，尤其是潜艇的“隐声”技术，由于潜艇的特征是隐蔽、突袭，在现代反潜技术高度发展的时代，潜艇是否具备良好的隐身性能至关重要，现代战场上的主要矛盾已经从“打击”和“抗打击”逐步向“发现”和“抗发现”转化，消声技术的发展是提高潜艇战斗力和生存能力的最有效措施之一。
申请号为200510048987.5的中国专利中公开了一种柔性隔声材料及其制备方法。它选用纤维织物，用化学施镀的方法在纤维织物的表面复合一层具有消声抗振功能的铁镍合金层，使其成为表面金属化的纤维织物层，将其放入专用模具中，然后将高分子材料注入专用模具内，与金属化的纤维织物进行复合，然后放入烘箱内烘干后即得柔性隔声材料；具有柔软性好、易加工、隔声效果好、重量轻、制造成本低、力学性能良好的优点。
申请号为200710030504.8的中国专利中公开了一种高性能吸音材料及其制备方法。其中吸音材料每10mm厚度是由3～8层10g/m2的丙纶纺粘布和夹在丙纶纺粘布之间的立体网状混合短纤维层构成；制备方法包括原料准备、短纤维开松、混合梳理、混合铺网、加热成型、冷压定型、收卷存放七个过程，具有原来源广、制造方便、吸音效果好、价格较低等优点。
申请号为201210521776.9的中国专利中公开了一种吸音隔音复合材料的制备方法。该方法对不同直径和长度的玄武岩纤维分别通过碱、酸和偶联剂溶液对纤维表面进行处理，增加纤维表面的亲和力；按比例制备PVC粘结剂；将表面处理后的玄武岩纤维与PVC粘结剂混合后放入模具中，并加热烘干，成型后冷却；具有易成型、成本低、污染小的优点。
然而现实中的吸声功能材料并不理想，不是降噪效果差就是显得过于笨重，满足不了现代人们的需求。目前吸音隔音材料主要从单一材料到复合材料，单层到多层夹心式的方向发展，在改善声学性能的同时尽量地减少重量和厚度。上述专利中所提到的消声材料都利用了多孔材料的吸声特性，仅仅作为单一的吸声层，在实际使用过程中需要依赖结构材料来承载外力，易出现吸声层剥离失效的现象以及由于增加的工艺环节而带来的高成本；另一方面，现有的多孔材料多是泡沫金属、泡沫玻璃、泡沫塑料等经发泡处理后在材料内部形成大量的气泡，孔隙的大小、数量和排布不能很好的控制，由此带来材料吸声性能的不稳定；泡沫金属如泡沫镍的制备更是有着工艺复杂、成型困难的缺点。因此，探索一种集外壳结构与吸声功能于一体且成型容易的多孔吸音结构复合材料成为现今的一个研究热点。
发明内容
本发明旨在克服现有吸音材料制备技术的不足，提供了一种多孔吸音结构复合材料的制备方法。该方法制得的吸音结构复合材料集外壳结构与吸声功能于一体，具有振动阻尼性能好、浮力增加、磁信号降低、成型容易等一系列优点，可应用于未来水下目标隐声结构的发展。
本发明所述的一种多孔吸音结构复合材料的制备方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：
(1)清理模具，涂脱模剂；
(2)将3～5层预编织的高性能纤维布叠层放置，每一层层间分别由3D打印机用蜡材、PLA环保材料等在面积为210mm×297mm的高性能纤维布上打印出10～40根相互平行的三维直管道，相邻两层间的管道位置呈空间正交。管道直径为1mm～3mm，相邻两层预制管道中心线之间的距离为2mm～4mm；
(3)将预制件置于模具中，合模固定，注射环氧树脂，采用模压工艺成型；
(4)固化脱模，修整制得的高性能纤维增强环氧树脂基复合材料；
(5)将制品置于烘箱中，在40℃～200℃温度范围内进行加热；
(6)一定时间后取出制品得到一块A4纸大小的多孔吸音结构复合材料。
3D打印时，首先在电脑中完成三维直管道的编程，在电脑的三维数据图像的控制下，从打印机不同的喷头一层层交替喷出液态材料和液体黏合剂，在机械喷头指定的位置迅速混合固化，一层一层叠加成型，每一层厚度为0.01mm。
当打印材料为蜡材时，打印机内部另设置一冷室，冷室内装有液态二氧化碳，打印时，喷头喷出的液态蜡经不同喷头交替喷出的液态二氧化碳冷却后迅速固化，一层一层叠加成型。
本发明的主要优点是：①集结构材料和吸声性能于一体，简化施工工艺，降低成本；②吸音效果优、耐腐蚀、环保、重量轻、强度高、产品尺寸稳定性高；③比起制备工艺复杂的泡沫金属吸声材料，本发明中通孔的制备简单便易，且孔洞尺寸精度高、分布均匀；④3D打印机打印速度快、精度高、性能稳定、使用方便，其使用的打印材料价格低廉；⑤使用受热易挥发或熔化的打印材料，使得打印出的三维管道在随后的加热过程中能够迅速挥发或熔化，留下通孔，大大简化了贯通孔洞的制备工艺；⑥模压成型工艺生产效率高、成本低、无需辅助加工。
附图说明
图1为本发明的外观示意图
图示10为高性能纤维增强环氧树脂基复合材料；20为通孔
图2为单层到多层预编织的高性能纤维布与3D打印管道的铺层示意图
图示11为3D打印管道；图12为预编织的高性能纤维布
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
实施例1
(1)清理模具，涂脱模剂；
(2)将3层预编织的含量为40％的玻璃纤维布叠层放置，每一层层间分别由3D打印机用蜡材在面积为210mm×297mm的高性能纤维布上打印出10根相互平行的三维直管道，相邻两层间的管道位置呈空间正交，管道直径为3mm，相邻两层预制管道中心线之间的距离为4mm；
(3)将预制件置于模具中，合模固定，注射环氧树脂，采用模压工艺成型；
(4)固化脱模，修整制得的玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料；
(5)将制品置于烘箱中，在40℃温度下进行加热；
(6)45min后取出制品得到一块A4纸大小的多孔吸音结构复合材料。
实施例2
(1)清理模具，涂脱模剂；
(2))将含量为15％的碳纤维和含量35％的玻璃纤维进行预编织后叠层放置，共5层，每一层层间分别由3D打印机用PLA环保材料在面积为210mm×297mm的高性能纤维布上打印出40根相互平行的三维直管道，相邻两层间的管道位置呈空间正交，管道直径为1mm，相邻两层预制管道中心线之间的距离为2mm；
(3)将预制件置于模具中，合模固定，注射环氧树脂，采用模压工艺成型；
(4)固化脱模，修整制得的高性能纤维增强环氧树脂基复合材料；
(5)将制品置于烘箱中，在180℃温度下进行加热；
(6)40min后取出制品得到一块A4纸大小的多孔吸音结构复合材料。
上述仅为本发明的两个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (3)

1.一种多孔吸音结构复合材料的制备方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：
(1)清理模具，涂脱模剂；
(2)将3～5层预编织的高性能纤维布叠层放置，每一层层间分别由3D打印机用蜡材、PLA环保材料等在面积为210mm×297mm的高性能纤维布上打印出10～40根相互平行的三维直管道，相邻两层间的管道位置呈空间正交；管道直径为1mm～3mm，相邻两层预制管道中心线之间的距离为2mm～4mm；
(3)将预制件置于模具中，合模固定，注射环氧树脂，采用模压工艺成型；
(4)固化脱模，修整制得的高性能纤维增强环氧树脂基复合材料；
(5)将制品置于烘箱中，在40℃～200℃温度范围内进行加热；
(6)一定时间后取出制品得到一块A4纸大小的多孔吸音结构复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的3D打印指首先在电脑中完成三维直管道的编程，在电脑的三维数据图像的控制下，从打印机不同的喷头一层层交替喷出液态材料和液体黏合剂，在机械喷头指定的位置迅速混合固化，一层一层叠加成型，每一层厚度为0.01mm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的3D打印机用蜡材打印时，打印机内部另设置一冷室，冷室内装有液态二氧化碳，打印时，喷头喷出的液态蜡经不同喷头交替喷出的液态二氧化碳冷却后迅速固化，一层一层叠加成型。
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