CN103847163A - 泡沫填充蜂窝铝芯三明治结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及复合材料技术领域，特别是一种具有曲面特征的泡沫填充蜂窝铝芯三明治结构；包括上面板、上胶层、蜂窝铝-泡沫一体芯、下胶层和下面板；发泡材料在蜂窝铝中发泡后得到泡沫和蜂窝铝的复合物，所述复合物根据产品外形和结构的需要经三维加工后得到所述蜂窝铝-泡沫一体芯，所述蜂窝铝-泡沫一体芯与所述上面板和所述下面板之间分别通过所述上胶层和所述下胶层进行粘接；通过在蜂窝铝中填充泡沫有效提高了蜂窝铝芯三明治结构的综合抗冲击等力学性能，改善了三维可加工性能，同时具有良好的隔音、保温等性能；本发明同时也提供了泡沫填充蜂窝铝芯三明治结构的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，特别是一种具有曲面特征的泡沫填充蜂窝铝芯三明治结构及其制备方法。
背景技术
蜂窝铝三明治结构由于重量轻、比强度高、抗冲击性好、隔热隔音等一系列优点，已广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。目前国内外常见的蜂窝铝三明治板为蜂窝铝板，其由蜂窝铝芯材和金属面板复合而成。
现有的蜂窝铝三明治结构在芯材和面板两方面都存在着不足。对于蜂窝铝芯材而言，其间隙一般为中空，使得整体结构的侧向力学性能远低于其轴向力学性能；并且这样的芯材一般难以加工出具有双曲率特征的曲面。对于面板而言，常见的为平板形式，如果要复合出曲面特征的三明治结构，冲压成形成本大，因此，目前的蜂窝铝三明治结构无论是力学性能，还是三维加工性性能等都有待改进。
发明内容
本发明为了解决目前现有的蜂窝铝板存在的力学性能以及加工性能不佳的问题，而提供的一种泡沫填充蜂窝铝芯三明治结构。
为达到上述功能，本发明提供的技术方案是：
一种泡沫填充蜂窝铝芯三明治结构，包括上面板、上胶层、蜂窝铝-泡沫一体芯、下胶层和下面板，发泡材料在蜂窝铝中发泡后得到泡沫和蜂窝铝的复合物，所述复合物根据产品外形和结构的需要经三维加工后得到具有曲面特征的所述蜂窝铝-泡沫一体芯，所述蜂窝铝-泡沫一体芯与所述上面板和所述下面板之间分别通过所述上胶层和所述下胶层进行粘接。
优选地，所述的上面板和下面板为复合材料板或传统金属材料板。
优选地，所述泡沫根据需要在所述蜂窝铝中进行均匀化填充或梯度填充，填充后可以二次加工出复杂曲面特征。
优选地，所述上面板和所述下面板为碳纤维增强复合材料板、玻璃纤维增强复合材料板、铝板或钢板。
本发明还提供上述的泡沫填充蜂窝铝芯三明治结构的制备方法，包含如下步骤：
步骤1、将上面板和下面板进行表面粗化和表面清洗，去除油污后烘干；
步骤2、将准备好的蜂窝铝置于发泡模具中，准备好发泡所需的设备；
步骤3、将发泡材料置于所述蜂窝铝中，根据所需要的泡沫密度控制发泡材料数量；合模、升温，进行发泡，控制发泡温度和时间；冷却后取出泡沫和蜂窝铝的复合物；
步骤4、根据实际需要对步骤3中的泡沫和蜂窝铝的复合物进行外形加工，得到所述的蜂窝铝-泡沫一体芯；
步骤5、将步骤4中加工好的蜂窝铝-泡沫和步骤1中的上面板和下面板进行粘接，粘接时分别在所述上面板和所述下面板的内侧或蜂窝铝-泡沫复合体两侧涂胶或胶膜，然后将所述上面板、所述下面板和所述蜂窝铝-泡沫一体芯进行预压得到一预压件；将所述预压件放置到模压机上下压板中间，然后控制模压机压板的加载压力和温度，成形得到泡沫填充蜂窝铝芯三明治结构。
优选地，所述的蜂窝铝为正多边形。
优选地，所述发泡材料为聚苯乙烯或聚氨酯。
优选地，所述胶膜为环氧树脂胶类胶或胶膜。
优选地，聚苯乙烯珠粒直径为0.4mm～1.8mm。
上述的均匀化填充是指填充在所述蜂窝铝中的泡沫的密度是均匀的，上述的梯度填充是指填充在所述蜂窝铝中的泡沫的密度呈梯度状变化。
本发明的有益效果在于：本发明提供的一种泡沫填充蜂窝铝芯三明治结构，通过在蜂窝铝中填充泡沫有效提高了蜂窝铝芯三明治结构的综合抗冲击等力学性能，改善了三维可加工性能，同时具有良好的隔音、保温等性能。
附图说明
图1为泡沫填充蜂窝铝芯三明治结构的结构示意图；
图2为梯度填充的蜂窝铝-泡沫一体芯的纵截面图；
图3为本发明的工艺示意图。
具体实施方式
下面结合附图1至附图3对本发明作进一步阐述：
实施例一：
如图1所示的一种泡沫填充蜂窝铝芯三明治结构，包括上面板1、上胶层4、蜂窝铝-泡沫一体芯2、下胶层5和下面板3，本实施例中的上面板1和下面板3为曲面板，发泡材料在蜂窝铝中发泡后得到泡沫22和蜂窝铝21的复合物，该复合物具有较强的综合力学性能(轴向和侧向)以及三维加工性能，该复合物根据产品外形和结构的需要经三维加工后得到具有曲面特征的蜂窝铝-泡沫一体芯2，蜂窝铝-泡沫一体芯2与上面板1和下面板3之间分别通过上胶层4和下胶层5进行粘接得到曲面三明治板。
如图2所示，在本实施例中泡沫22采用梯度填充的填充方式填充在蜂窝铝21中，即将不同密度的发泡材料依次填充在蜂窝铝21中再进行发泡，通过这种方式填充后得到的蜂窝铝-泡沫一体芯2具有梯度吸能的特性。上面板1和下面板3采用碳纤维增强复合材料板，当然在实际生产的过程中，我们可以根据需要采用玻璃纤维增强复合材料板等其它复合材料板，或者铝板或钢板等传统金属材料板。
实施例二：
以下是采用聚苯乙烯泡沫(即EPS泡沫)填充蜂窝铝芯三明治结构的制备方法：如附图3所示，步骤如下：
1、将成形好的面板(曲面或平板)进行粗化，使用清洗剂清洗，制成上面板1和下面板3备用；
2、将准备好的正六边形蜂窝铝21置于发泡模具中，准备好发泡所需的设备；
3、在蜂窝铝21空隙中填充熟化的EPS珠粒，并发泡填充。EPS原料直径根据实际使用需要决定，本例中采用0.6mm的珠粒(常用珠粒直径0.4mm～1.8mm)，将所选珠粒充入EPS预发机中，通入热蒸汽和压缩空气，膨胀至原体积3倍后改用熟化仓熟化4小时，然后利用高压离心风机将其吹入或手工放入步骤2的发泡模具中，填充至蜂窝高度3/4处，然后向模具内充入120摄氏度的蒸汽进行成型，保压，冷却，出模，烘干，最终得到蜂窝铝-EPS泡沫复合物；
4、根据外形需要对蜂窝铝-EPS泡沫复合物进行曲面加工，并切割成与面板匹配的尺寸；
5、在由EPS泡沫和蜂窝铝21组成的蜂窝铝-EPS泡沫复合物的上、下表面粘贴环氧树脂胶膜，将步骤1的上面板1和下面板3分别粘贴于蜂窝铝-EPS泡沫复合物的上、下表面，再将其置于模压机，加载力和温度根据胶膜固化要求确定，本例模压机温度设为120℃，加压时间为15分钟，最后冷却，取出，得到EPS泡沫填充的泡沫填充蜂窝铝芯三明治结构。
实施例三：
以下是采用聚氨脂泡沫填充蜂窝铝芯三明治结构的制备方法：如附图3所示，步骤如下：
1、将成形好的面板(曲面或平板)进行粗化，使用清洗剂清洗，制成上面板1和下面板3，备用；
2、将准备好的正六边形的蜂窝铝21置于发泡模具中，准备好发泡所需的设备；
3、在蜂窝铝21空隙中填充聚氨脂泡沫。将聚酯多元醇(A料)和多异氰酸酯(B料)以及催化剂、活性剂、发泡剂等充分混合，形成聚氨酯泡沫发泡料，将发泡料迅速浇注入模具中，保压，冷却，出模，最终得到蜂窝铝-EPS泡沫复合物。发泡的密度可调整A料和B料的配方和比例来实现；
4、根据外形需要对蜂窝铝-聚氨脂泡沫复合物进行曲面加工，并切割成与上面板1和下面板3匹配的尺寸；
5、在由聚氨脂泡沫和蜂窝铝21组成的蜂窝铝-EPS泡沫复合物的上、下表面粘贴环氧树脂胶膜，将步骤1的上面板1和下面板3分别粘贴于蜂窝铝-聚氨脂泡沫复合物上、下表面，再将其置于模压机，加载力和温度根据胶膜固化要求确定，本例模压机温度设为120℃，加压时间为15分钟，最后冷却，取出，得到聚氨脂泡沫填充的泡沫填充蜂窝铝芯三明治结构；
实施例四：
以下是采用EPS泡沫梯度填充蜂窝铝芯三明治结构的制备方法：如附图3所示，步骤如下：
1、将成形好的面板(曲面或平板)进行粗化，使用清洗剂清洗，制成上面板1和下面板3，备用；
2、将准备好的蜂窝铝21置于发泡模具中，准备好发泡所需的设备；
3、在蜂窝铝21空隙中发泡形成不同密度的EPS泡沫。首先通过预发泡、熟化工艺过程制备几种不同大小的熟化EPS泡沫粒，然后在蜂窝铝21空隙中依次填充，接着向发泡模具中充入120摄氏度的蒸汽进行成型，保压，冷却，出模，烘干，最终得到蜂窝铝-EPS泡沫复合物；
4、根据外形需要对蜂窝铝-EPS泡沫复合物进行曲面加工，并切割成与上面板1和下面板3匹配的尺寸；
5、在由EPS泡沫和蜂窝铝21组成的蜂窝铝-EPS泡沫复合物的上、下表面粘贴环氧树脂胶膜，将步骤1的上面板1和下面板3分别粘贴于蜂窝铝-EPS泡沫复合物上、下表面，再将其置于模压机，加载力和温度根据胶膜固化要求确定，本例模压机温度设为120℃，加压时间为15分钟，最后冷却，取出，得到EPS泡沫梯度填充的泡沫填充蜂窝铝芯三明治结构。
以上所述实施例，只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明的实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。
Claims (9)
1.一种泡沫填充蜂窝铝芯三明治结构，其特征在于：包括上面板、上胶层、蜂窝铝-泡沫一体芯、下胶层和下面板，发泡材料在蜂窝铝中发泡后得到泡沫和蜂窝铝的复合物，所述复合物根据产品外形和结构的需要经三维加工后得到具有曲面特征的蜂窝铝-泡沫一体芯，所述蜂窝铝-泡沫一体芯与所述上面板和所述下面板之间分别通过所述上胶层和所述下胶层进行粘接。
2.如权利要求1所述的泡沫填充蜂窝铝芯三明治结构，其特征在于：所述的上面板和下面板为复合材料板或传统金属材料板。
3.如权利要求1所述的泡沫填充蜂窝铝芯三明治结构，其特征在于：所述泡沫根据需要在所述蜂窝铝中进行均匀化填充或梯度填充，填充后可以二次加工出复杂曲面特征。
4.如权利要求2所述的泡沫填充蜂窝铝芯三明治结构，其特征在于：所述上面板和所述下面板为碳纤维增强复合材料板、玻璃纤维增强复合材料板、铝板或钢板。
5.一种如权利要求1至4任意一项所述的泡沫填充蜂窝铝芯三明治结构的制备方法，其特征在于：包含如下步骤：
步骤1、将上面板和下面板进行表面粗化和表面清洗，去除油污后烘干；
步骤2、将准备好的蜂窝铝置于发泡模具中，准备好发泡所需的设备；
步骤3、将发泡材料置于所述蜂窝铝中，根据所需要的泡沫密度控制发泡材料数量；合模、升温，进行发泡，控制发泡温度和时间；冷却后取出泡沫和蜂窝铝的复合物；
步骤4、根据实际需要对步骤3中的泡沫和蜂窝铝的复合物进行外形加工，得到所述的蜂窝铝-泡沫一体芯；
步骤5、将步骤4中加工好的蜂窝铝-泡沫和步骤1中的上面板和下面板进行粘接，粘接时分别在所述上面板和所述下面板的内侧或蜂窝铝-泡沫复合体两侧涂胶或胶膜，然后将所述上面板、所述下面板和所述蜂窝铝-泡沫一体芯进行预压得到一预压件；将所述预压件放置到模压机上下压板中间，然后控制模压机压板的加载压力和温度，成形得到泡沫填充蜂窝铝芯三明治结构。
6.如权利要求5所述的泡沫填充蜂窝铝芯三明治结构的制备方法，其特征在于：所述的蜂窝铝为正多边形。
7.如权利要求5所述的泡沫填充蜂窝铝芯三明治结构的制备方法，其特征在于：所述发泡材料为聚苯乙烯或聚氨酯。
8.如权利要求5所述的泡沫填充蜂窝铝芯三明治结构的制备方法，其特征在于：所述胶膜为环氧树脂胶类胶或胶膜。
9.如权利要求7所述的泡沫填充蜂窝铝芯三明治结构的制备方法，其特征在于：聚苯乙烯珠粒直径为0.4mm～1.8mm。
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