CN103737988A

CN103737988A - 基于碳纤维纸的蜂窝芯及其制备方法

Info

Publication number: CN103737988A
Application number: CN201410004961.XA
Authority: CN
Inventors: 隋广忠
Original assignee: SUZHOU ARAMICORE COMPOSITE CO Ltd
Current assignee: SUZHOU ARAMICORE COMPOSITE CO Ltd
Priority date: 2014-01-06
Filing date: 2014-01-06
Publication date: 2014-04-23

Abstract

本发明提供一种新型的基于碳纤维纸的蜂窝芯及其制备方法，包括将碳纤维纸涂胶、叠层、热压，制成蜂窝叠块，然后将蜂窝叠块拉伸后浸胶1～8次，最后一次浸胶烘干后固化，以及对浸胶固化后的蜂窝进行片切的步骤。本发明使用的基材是碳纤维纸，具有优异的物理、化学性能，如导电性、电热性能、吸波性能等，而且由于碳纤维纸中的纤维是以短纤维的形式无规排列，性能呈各向同性，因此，对性能均匀性要求高的工业领域，碳纤维纸更有优势。用该种纸制成的蜂窝成本低，在导电性能、电热性能和吸波性能上较芳纶蜂窝均具有较大改善，而且具有蜂窝结构的轻质高强的优良力学性能。

Description

基于碳纤维纸的蜂窝芯及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料工程领域，具体地说，涉及一种基于碳纤维纸的蜂窝芯及其制备方法。

背景技术

蜂窝芯是在仿生学的基础上，结合天然蜂窝结构形状，用人造纸制成的具有整体呈蜂窝状的材料。由于该结构具有极好的稳定性，极高的比强度。在复合材料领域得到广泛应用。常见的人造蜂窝有纸蜂窝芯、纤维布蜂窝和铝蜂窝芯等，纸蜂窝芯主要包括牛皮纸蜂窝和芳纶纸蜂窝。其中，牛皮纸蜂窝芯一般不进行浸胶，强度较低，主要用在包装领域。芳纶纸蜂窝芯的原材料成本高，使其在对成本敏感的轨道交通、汽车工业的使用中受限。纤维布蜂窝在制造成本上要远高于纸蜂窝。铝蜂窝易发生腐蚀，而且在于纤维树脂基复合材料面板粘接成夹层材料时，由于热膨胀系数的差异大，使用过程中易产生粘接面的破坏。

碳纤维纸由按重量百分比计50%-85%的碳纤维与15%-50%的纸浆（植物纤维和/或合成纤维）所组成。具有导电性能稳定、强度高、效率高、可挠曲、可粘合、屏蔽性能、加工性能好，且制作简单、成本低、无污染。碳纤维纸具有导电性，其电阻率可以从10⁷-10^-3Ω·cm范围变化。优异的电热性能，发热温度范围通常是30-250℃，电热转换效率＞97%，比传统材料节能15%-30%，它的热辐射转换率＞70%，而且还放射出具有保健功能的5-20μm的远红外线。同时，碳纤维纸是一种电阻型吸波材料，对电磁波有一定的吸收和反射性能，可用做吸波材料。

作为功能材料，碳纤维所具有的优异物理、化学性能，碳纤维纸都能具有，而且碳纤维纸由短纤维无规排列，性能呈各向同性，对性能均匀性要求高的地方，碳纤维纸更有优势，目前碳纤维导电纸及其复合材料的研究与应用已经引起了国内广泛的重视，军事和民用工业上也得到了很多可喜的成绩。碳纤维纸广泛用于防静电包装、电磁屏蔽、面状发热、耐热阻燃、新能源、电化学、生物医学等领域。用碳纤维纸制成蜂窝，可以达到耐高温、轻量化、屏蔽及改善零部件力学性能等要求，在抗静电、发热、现代武器、航空航天等领域得到更为广泛的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的基于碳纤维纸的蜂窝芯。

本发明的另一目的是提供上述蜂窝芯的制备方法。

为了实现本发明目的，本发明首先提供一种基于碳纤维纸的蜂窝芯的制备方法，包括以下步骤：

1）将碳纤维纸涂胶、叠层、热压，制成蜂窝叠块；根据蜂窝的尺寸限定叠纸的层数和单张纸的长度；

2）将蜂窝叠块拉伸后浸胶1～8次，每次浸胶后将蜂窝烘干，最后一次浸胶烘干后固化；

3）对浸胶固化后的蜂窝进行片切，即得基于碳纤维纸的蜂窝芯成品。

其中，步骤2）中浸胶使用的浸胶液为质量百分含量10%～40%的酚醛树脂溶液或聚酰亚胺树脂溶液，使用的溶剂为乙醇或丙酮。

步骤1）中所述的碳纤维纸由50～85重量份的碳纤维和15～50重量份的沉析纤维（植物纤维和/或合成纤维）制成。作为功能材料，碳纤维所具有的优异物理、化学性能，碳纤维纸都能具有，且制作简单、成本低、无污染。

步骤1）中涂胶使用粘度为25～35s/50mL的改性环氧型胶粘剂作为芯条胶。该芯条胶可在-50℃～150℃下长期使用，优异的耐湿热性能，常温下剪切强度大于30MPa。

步骤1）中热压时，先在70℃～100℃下预热30min～60min，然后于100℃～130℃凝胶90min～150min，最后于150℃～180℃固化2h～5h，热压压力为3MPa～7MPa。

步骤2）中将蜂窝叠块用拉伸机以5～25mm/min的拉伸速度进行拉伸。

步骤2）中每次浸胶的浸泡时间为0.5h～1h，晾置0.5h～1h后，在70℃～100℃的烘箱中预热30min～60min，然后于100℃～150℃烘干90min～150min；在进行固化时，先于70℃～100℃预热30min～60min，然后于100℃～150℃凝胶90min～150min，最后于150℃～250℃固化2h～4h。

本发明还提供由上述方法制备的基于碳纤维纸的蜂窝芯。本发明制备的蜂窝芯具有耐高温、轻量化、屏蔽及改善零部件力学性能等优点，可以在抗静电、发热、现代武器、航空航天等领域得到更为广泛的应用。

本发明使用的基材是碳纤维纸，具有优异的物理、化学性能，如导电性、电热性能、吸波性能等，而且由于碳纤维纸中的纤维是以短纤维的形式无规排列，性能呈各向同性，因此，对性能均匀性要求高的工业领域，碳纤维纸更有优势。用该种纸制成的碳纤维纸蜂窝在碳纤维纸优良特性的基础上，结合了蜂窝的结构性能优势，使碳纤维纸蜂窝芯不仅具有导电、电热、吸波等性能，同时具有轻质高强的力学优势。

附图说明

图1为本发明实施例1～3中基于碳纤维纸的蜂窝芯制备工艺流程。

图2和图3为本发明实施例1中制得的蜂窝芯的蜂窝结构。

图2中，L表示蜂窝的纵向，W表示蜂窝的横向，T表示蜂窝的高度，a表示蜂窝名义格孔边长。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。

实施例1基于碳纤维纸的蜂窝芯及其制备

制得的基于碳纤维纸的蜂窝芯格孔的边长大小为3.67mm，密度为64kg/m³，制备方法具体包括如下步骤：

（1）将厚度为0.08mm的碳纤维纸（由重量百分比为80%的碳纤维和20%的植物纤维制成）作为原料纸利用沾有芯条胶的涂胶辊进行涂胶，再将多层（层数根据蜂窝块的尺寸确定）涂胶后的原料纸错层叠合，最后利用热压机热压，制成蜂窝叠块。芯条胶为改性环氧型胶粘剂，粘度为35s/50mL。热压时，首先在80℃下预热45min，然后120℃凝胶120min，最后180℃固化3.5h，热压压力为6MPa。

（2）将蜂窝叠块用拉伸机以15mm/min的拉伸速度拉伸后，形成如图2所示的六边形蜂窝孔格的白蜂窝块。

（3）将白蜂窝块在浸胶机中进行浸胶固化，浸胶液的组成为：质量百分含量25%的酚醛树脂溶液，溶剂为工业酒精（工业酒精中乙醇的质量百分含量为99%）。本步骤中根据白蜂窝块密度确定浸胶次数。白蜂窝块每次浸胶后在烘箱中进行烘干，并进行称量，按照密度在烘干前后的损失量来计算烘干后密度的估计值，多次浸胶烘干后达到所需密度值，并在最后一次烘干后固化，即完成整个浸胶固化过程。本实施例中对白蜂窝块进行六次浸胶。每次浸胶的浸泡时间为1h，晾置1h。每次浸胶后在烘箱中于80℃预热60min，然后于120℃烘干60min。最后固化时，先于80℃预热60min，然后于120℃凝胶150min，最后170℃固化4h。

（4）对浸胶固化后蜂窝进行片切。

实施例1中制备的格孔边长为3.67，密度为64kg/m³的蜂窝芯的非稳定性压缩强度为3.2MPa。

实施例2基于碳纤维纸的蜂窝芯及其制备

制得的基于碳纤维纸的蜂窝芯格孔大小为1.83mm，密度为48kg/m³，制备方法与实施例1的区别在于：

碳纤维纸厚度为0.05mm（由重量百分比为70%的碳纤维、15%的植物纤维及15%的合成纤维制成）。步骤（1）中使用的改性环氧型芯条胶的粘度为25s/50mL。步骤（2）将蜂窝叠块用拉伸机以5mm/min的拉伸速度拉伸。步骤（3）中浸胶次数为三次。浸胶液的组成为：质量百分含量10%的酚醛树脂溶液，溶剂为工业酒精（工业酒精中乙醇的质量百分含量为99%）。固化时，先于85℃预热45min，然后于125℃凝胶120min，最后180℃固化3h。

实施例2中制备的格孔边长为1.83mm，密度为48kg/m³的蜂窝芯的平压强度是2.37MPa。

实施例3基于碳纤维纸的蜂窝芯及其制备

制得的基于碳纤维纸的蜂窝芯格孔大小为2.75mm，密度为32kg/m³，制备方法与实施例1的区别在于：

碳纤维纸厚度为0.04mm（由重量百分比为75%的碳纤维和25%的合成纤维制成）。步骤（1）中使用的改性环氧型芯条胶的粘度为30s/50mL。步骤（2）将蜂窝叠块用拉伸机以25mm/min的拉伸速度拉伸。步骤（3）中浸胶次数为两次。浸胶液的组成为：质量百分含量20%的聚酰亚胺树脂溶液，溶剂为工业丙酮（工业丙酮中丙酮的质量百分含量为98%）。固化时，先于100℃预热50min，然后于160℃凝胶100min，最后220℃固化4h。

实施例3中制备的格孔边长为2.75mm，密度为32kg/m³的蜂窝芯的平压强度是1.98MPa。

实施例1～3中基于碳纤维纸的蜂窝芯制备工艺流程如图1所示。

本发明实施例1中制得的蜂窝芯的蜂窝结构如图2和图3所示。图2中，L表示蜂窝的纵向，W表示蜂窝的横向，T表示蜂窝的高度，a表示蜂窝名义格孔边长，W与纸张层数n的关系为：W=3a*n/2，L与单层纸长度l的关系为：L=3l/4。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种基于碳纤维纸的蜂窝芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将碳纤维纸涂胶、叠层、热压，制成蜂窝叠块；

3）对浸胶固化后的蜂窝进行片切，即得基于碳纤维纸的蜂窝芯成品；

其中，步骤1）中所述的碳纤维纸由50～85重量份的碳纤维和15～50重量份的沉析纤维制成；所述沉析纤维包括但不限于植物纤维和/或合成纤维；

步骤2）中浸胶使用的浸胶液为质量百分含量10%～40%的酚醛树脂溶液或聚酰亚胺树脂溶液，使用的溶剂为乙醇或丙酮。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）中涂胶使用粘度为25-35s/50mL的改性环氧型胶粘剂作为芯条胶。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）中热压时，先在70℃～100℃下预热30min～60min，然后于100℃～130℃凝胶90min～150min，最后于150℃～180℃固化2h～5h，热压压力为3MPa～7MPa。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2）中将蜂窝叠块用拉伸机以5～25mm/min的拉伸速度进行拉伸。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2）中每次浸胶的浸泡时间为0.5h～1h，晾置0.5h～1h后，在70℃～100℃的烘箱中预热30min～60min，然后于100℃～150℃烘干90min～150min；在进行固化时，先于70℃～100℃预热30min～60min，然后于100℃～150℃凝胶90min～150min，最后于150℃～250℃固化2h～4h。

6.由权利要求1-5任一项所述方法制备的基于碳纤维纸的蜂窝芯。