CN103935080A - 聚合物/泡沫铝一体型复合夹芯板 - Google Patents

Abstract

一种聚合物/泡沫铝一体型复合夹芯板，它是一种中间为泡沫铝芯层，上下两面为聚合物/泡沫铝复合层，上下表层为纯聚合物保护面层的五层结构的一体型复合夹芯板。所述聚合物/泡沫铝一体型复合夹芯板的制备方法是将泡沫铝板进行冲洗去除油脂，烘干待用，将聚合物配制成流体注入模具中，模具底部设有若干控制表层纯聚合物厚度的顶针，模具高度为纯聚合物表层和聚合物/泡沫铝复合层厚度之和，然后将上述处理后待用的泡沫铝板慢慢放置模具中，固化后脱模，切割边缘多余聚氨酯，然后翻板后重复上述制备过程。本发明工艺简单，成本低，操作性强，整体性好，避免了芯材和面板之间的界面开裂脱离问题和表面腐蚀问题。

Description

聚合物/泡沫铝一体型复合夹芯板

技术领域

本发明涉及一种聚合物/泡沫铝一体型复合夹芯板及其制备方法，此夹芯板可用于碰撞、冲击或爆炸吸能防护。

背景技术

泡沫铝夹芯板又称泡沫铝夹层板、泡沫铝三明治板，传统做法是将泡沫铝芯材与蒙皮面板通过某种方式连接组成的复合结构。泡沫铝夹芯板具有轻质、高比刚度、高比强度、吸能效率高等特点，是一种良好应对碰撞、冲击和爆炸的防护材料。同时泡沫铝夹芯板兼具吸能、吸声、电磁屏蔽等性能，实现结构材料多功能化，在汽车制造、航天、航空等领域应用前景广阔。目前比较常用的泡沫铝夹芯板制备方法主要有：胶粘法、焊接法和粉末金属冶金法。

粘胶法通过粘接剂把蒙皮面板与泡沫铝芯材进行粘接，例如国家知识产权局于2005年4月13日公开的“泡沫铝/PC树脂/铝合金叠层复合材料及其制备方法”的发明专利（公开号：CN1605463A），该专利以PC树脂作为粘接剂将铝板和泡沫铝芯材通过热压固化工艺制备而得。此类方法不足之处在于粘接强度较低，在高温或腐蚀条件下性能较差，容易发生芯层与面层剥离。

焊接法是通过某种焊接技术将蒙皮面板与泡沫铝芯材进行连接，例如国家知识产权局于2008年7月16日公开的“泡沫铝夹芯板的焊接方法”的发明专利（公开号：CN101219494），该专利在铝板和泡沫铝芯之间放置低熔点铝基合金钎料，使其经过辊轮副进行轧压和加热，使两者通过钎料的融化紧密焊接在一起。此类方法不足之处是焊剂与铝的结合容易产生腐蚀问题，另外焊接区域仅限孔棱处也会导致结构强度降低。

粉末金属冶金法是将泡沫铝基体粉末和发泡剂混合放置于两块金属板中间，一起放入模具中进行加压复合，再加热至板芯发泡温度，即可得到泡沫铝夹芯板。例如国家知识产权局于2012年3月28日公开的“一种泡沫铝夹芯板的制备方法”的发明专利（申请公布号：CN102390135A），该专利利用铝合金、增黏剂和发泡剂制成发泡预制坯，将发泡预制坯与表面镀层处理后的钢板进行热压复合，送入四周密封的模具中进行加热升温制备夹芯板。此类方法虽然实现了界面的冶金结合，但是工艺复杂，生产效率低，成本高，且产品尺寸受热压模具影响，高孔隙率泡沫板制备困难。

聚合物/泡沫铝互穿材料是将聚合物渗入泡沫铝中形成的复合材料，国家知识产权局于2011年12月9日公开的“聚合物/泡沫铝复合材料及其生产方法”的发明专利（申请公布号：CN102501357A），公布了这种复合材料及其生产方法；复合材料学报2012年第4期中《泡沫铝-环氧树脂互穿相复合材料压缩力学性能》研究了这种材料的有效弹性模量、屈服极限及能量吸收等性能。研究表明形成的复合材料强度比纯泡沫铝有较大提高，例如纯泡沫铝压缩屈服强度只有5～8Mpa，而环氧树脂/泡沫铝复合材料压缩屈服强度高达40～60Mpa，可以作为承力材料使用；但是由于这种复合材料屈服应力提高，塑性减小，冲击吸能的应力水平提高，屈服后强化刚度也较大，如果用作吸能材料，将使防护对象受到较大应力，失去防护性能；同时这种复合材料由于充入树脂而使自重显著增加，影响其使用性能。综上所述，聚合物/泡沫铝互穿材料的冲击吸能防护性能较差，不能单独作为碰撞、冲击吸能防护材料使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、不易开裂脱离、碰撞和冲击吸能性强的聚合物/泡沫铝一体型复合夹芯板及其制备方法。

本发明的聚合物/泡沫铝一体型复合夹芯板是一种中间为泡沫铝芯层，上下两面为聚合物/泡沫铝复合层，上下表层为纯聚合物保护面层的五层结构的一体型复合夹芯板。

上述聚合物/泡沫铝一体型复合夹芯板制备方法如下：

(1)将泡沫铝板进行冲洗去除油脂，烘干待用。所述泡沫铝板为球体开孔型或丝网状开孔型泡沫铝板，开孔孔径不小于2mm，通孔率不小于90％，泡沫铝板的厚度根据吸能和防护性能的需要确定。

(2)将聚合物配制成流体，所述聚合物为环氧树脂、聚氨树酯或橡胶中的一种。

(3)将上述聚合物流体注入模具中，模具底部设有若干控制表层纯聚合物厚度的顶针，该顶针布置间距为500mm，模具高度为纯聚合物表层和聚合物/泡沫铝复合层厚度之和，然后将上述处理后待用的泡沫铝板慢慢放置模具中，将泡沫铝板单面渗入聚合物，40～70℃条件下固化2小时。

(4)将步骤（3）的泡沫铝板脱模去除边缘多余聚合物，翻板后重复步骤（3）制作另一面，最后在40～70℃条件下固化2小时后脱模，去除边缘多余聚合物。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、工艺简单，成本低，操作性强，可以根据要求调整复合层和芯层比重，得到不同性能的复合夹芯板。

2、取代传统夹芯板的蒙皮层，使夹芯板芯体和面层成为整体，没有明显界面，整体性好，避免了芯材和面板之间界面强度低而发生开裂脱离问题。

3、聚合物和聚合物/泡沫铝复合层具有较高强度，作为夹芯板的承力层和保护层，承受常规荷载并防止泡沫铝腐蚀；夹芯板中间层为泡沫铝芯材层，纯泡沫铝屈服强度低，吸能性能优越，在受到碰撞、冲击或爆炸情况下成为主要吸能层。

附图说明

图1是本发明聚合物/泡沫铝一体型复合夹芯板结构示意图。

图2是本发明制备复合夹芯板一面的示意图。

图3是本发明制备复合夹芯板另一面的示意图。

具体实施方式

实施例1：

制备聚氨酯/泡沫铝一体型复合夹芯板，聚氨酯面层设计厚度为2mm，聚氨酯/泡沫铝复合层设计厚度为3mm：

（1）选用孔隙率85％，通孔率90％，孔径大小4mm的球体开孔型泡沫铝板，板规格（2000×1000×30）mm。采用低浓度HCl酸液清洗，再在低浓度NaoH碱液中清洗，然后用清水冲洗干净，烘干后使用硅烷偶联剂酒精溶液进行处理，烘干待用。

（2）如图2所述，准备好高度为5mm的模具6，模具底部设有控制纯聚合物层厚度的顶针8根，该顶针的高度为2mm。将聚氨酯两种原料白料聚醚三醇N303和黑料甲苯二异氰酸酯PM200进行1：1混合后，迅速搅拌均匀配制成流体，将聚氨酯流体5注满上述模具，将步骤（1）处理好的泡沫铝板4水平放入模具内，使聚氨酯渗入泡沫铝板底层，在45℃条件下固化2小时。

（3）将步骤（2）单面固化好的泡沫铝板进行脱模，切割边缘多余聚氨酯，翻板后重复步骤（2）的制备过程（如图3所示），固化脱模，制备出中间为泡沫铝芯层3，上下两面为聚合物/泡沫铝复合层2，上下表层为纯聚合物保护面层1的五层结构的一体型复合夹芯板（如图1所示）。

实施例2：

制备环氧树脂/泡沫铝一体型复合夹芯板，环氧树脂面层设计厚度为3mm，环氧树脂/泡沫铝复合层设计厚度为2mm：

(1)选用孔隙率80％，通孔率90％，孔径大小3mm的丝网状开孔型泡沫铝板，板规格（2000×1000×30）mm。采用低浓度HCl酸液清洗，再在低浓度NaoH碱液中清洗，再清水冲洗干净，烘干后使用硅烷偶联剂酒精溶液进行处理，烘干待用。

(2)准备好高度为5mm的模具，模具底部设置控制纯聚合物面层厚度的顶针8根，顶针高度为3mm。选用环氧树脂型号为（E-44)，固化剂为聚酰胺活性固化剂(650#)，在80℃水浴锅里分别加热至清澈无气泡，将环氧树脂和固化剂按体积比1:1混合，加入体积分数为2%的增塑剂邻苯二甲酸二丁酯，迅速搅拌均匀配制成流体。将环氧树脂流体注满模具，将步骤（1）处理好的泡沫铝板水平放入模具内，使环氧树脂渗入泡沫铝板底层，在65℃条件下固化2小时。

(3)将步骤（2）单面固化好的泡沫铝板进行脱模，切割边缘多余聚氨酯，翻板后重复步骤（2）的制备过程，固化脱模，制备出中间为泡沫铝芯层，上下两面为聚合物/泡沫铝复合层，上下表层为纯聚合物保护面层的五层结构的一体型复合夹芯板。

Claims (2)

1.一种聚合物/泡沫铝一体型复合夹芯板，其特征在于：它是一种中间为泡沫铝芯层，上下两面为聚合物/泡沫铝复合层，上下表层为纯聚合物保护面层的五层结构的一体型复合夹芯板。

2.权利要求1所述的聚合物/泡沫铝一体型复合夹芯板的制备方法，其特征在于：

(1)将泡沫铝板进行冲洗去除油脂，烘干待用，所述泡沫铝板为球体开孔型或丝网状开孔型泡沫铝板，开孔孔径不小于2mm，通孔率不小于90％，泡沫铝板的厚度根据吸能和防护性能的需要确定；

(2)将聚合物配制成流体，所述聚合物为环氧树脂、聚氨树酯或橡胶中的一种；

（3）将上述聚合物流体注入模具中，模具底部设有若干控制表层纯聚合物厚度的顶针，模具高度为纯聚合物表层和聚合物/泡沫铝复合层厚度之和，然后将上述处理后待用的泡沫铝板慢慢放置模具中，将泡沫铝板单面渗入聚合物，40～70℃条件下固化2小时；

(4)将步骤（3）的泡沫铝板脱模去除边缘多余聚合物，翻板后重复步骤（3）制作另一面，最后在40～70℃条件下固化2小时后脱模，去除边缘多余聚合物。