CN105291490B - 一种用于形成蜂窝结构的薄板层、蜂窝结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种通过强化层如碳纤维或功能材料进行增强的一种用于形成蜂窝结构的薄板层、蜂窝结构及其制备方法，该蜂窝结构通过在蜂窝单元壁相互粘合的地方，粘合一层单元壁宽度的强化层，实现了以下功效：在不增加蜂窝结构单元密度的情况下，大幅提高蜂窝结构的平面压缩强度/模量及平面剪切强度/模量，同时大大降低了蜂窝结构成型过程的蜂窝结构压缩量，扩大了蜂窝结构成型的工艺窗口，从而确保蜂窝结构制件外形更加精确；在不增加蜂窝结构单元密度的情况下增加了蜂窝结构的功能，如强化层为碳纤维布，提高了蜂窝结构的导热性能，如强化层为吸波材料，提高了蜂窝结构的吸波性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于形成蜂窝结构的薄板层、蜂窝结构及其制备方法，特别涉及一种通过强化层如碳纤维或功能材料进行增强的一种用于形成蜂窝结构的薄板层、蜂窝结构及其制备方法。
背景技术
蜂窝结构是由金属材料、玻璃纤维织物或复合材料制成的一系列六边形、四边形及其他形状孔格的多孔固体材料。
到目前为止，蜂窝力学性能提高只能通过增加蜂窝结构密度的方法来实现，这种方法明显失去了减重的功效，如何在不增加蜂窝结构密度的前提下，提高蜂窝结构的力学性能和/或功能特性，是本发明要解决的主要问题。
发明内容
本发明的实施例旨在克服以上缺陷，提供了一种用于形成蜂窝结构的薄板层、蜂窝结构及其制备方法，通过在蜂窝结构的任意两个蜂窝单元粘合的地方粘和有单元壁宽度的增强材料或功能材料，可确保在不额外增加重量或密度的同时，提高了蜂窝结构的力学性能和或增加了蜂窝结构的功能特性，以及提供一种通过膨胀该薄板层来形成蜂窝结构的方法。
为解决上述问题，根据本发明的第一方面，提供了一种用于形成蜂窝结构的薄板层，薄板层至少包括三层薄板材料，至少三层薄板材料在竖直方向上从上到下设置；薄板层还包括强化层，强化层为增强材料或功能材料，强化层设置在相邻的薄板材料之间，每条强化层在宽度方向上的宽度为1个单元壁宽度；相邻的薄板材料之间设置有至少两条强化层，同一水平面上相邻的强化层在宽度方向上的间距都为3个单元壁宽度，每条强化层包括上表面和下表面，上表面和下表面都设置有粘合剂，相邻的薄板材料之间通过位于相邻的薄板材料之间的强化层的上表面的粘合剂和下表面的粘合剂连接，竖直方向上相邻的强化层在宽度方向上的间距都为1个单元壁宽度。
根据本发明的第二方面，提供了一种薄板层，其中，薄板材料是芳族聚酰胺纸或铝箔；增强材料是碳纤维预浸料、玻璃纤维预浸料或金属薄板材料；功能材料是高导热率材料、吸波材料或中子吸收材料。
根据本发明的第三方面，提供了一种薄板层，其中，高导热率材料是铜箔、铝箔或碳纤维纸；吸波材料是铁氧体吸波材料、短切碳纤维吸波材料、镀镍玻璃微珠和炭黑中的一种或多种；中子吸收材料是立方氮化硼。
根据本发明的第四方面，提供了一种薄板层形成的蜂窝结构，其中，在竖直方向上把粘合的薄板层展开，从而使薄板层膨胀形成六边形蜂窝结构，每个蜂窝单元具有6个相等的单元壁宽度的单元壁，每个蜂窝单元的两个相对壁的薄板材料通过强化层连接到相邻的两个蜂窝单元的相对壁的薄板材料上，每个蜂窝单元的其余四个壁的薄板材料没有通过强化层连接到相邻的蜂窝单元的相对壁的薄板材料上、并且四个壁是该蜂窝单元与相邻的蜂窝单元共有的壁。
根据本发明的第五方面，提供了一种薄板层的制备方法，其中，制备方法包括以下步骤：
(1)强化层包括上表面和下表面，在强化层的上表面和下表面都设置有粘合剂，强化层为增强材料或功能材料，每条强化层在宽度方向上的宽度设置为1个单元壁宽度；
(2)在竖直方向上从上到下设置至少三层薄板材料；
(3)在步骤(2)中的相邻的薄板材料之间设置有至少两条步骤(1)中的强化层；同一水平面上相邻的每条步骤(1)中的强化层在宽度方向上的间距都设置为3个单元壁宽度；竖直方向上相邻的每条步骤(1)中的强化层在宽度方向上的间距都设置为1个单元壁宽度；
(4)相邻的步骤(3)中的薄板材料之间通过位于相邻的步骤(3)中的薄板材料之间的步骤(1)中的强化层的上表面的粘合剂和下表面的粘合剂连接，制得薄板层。
根据本发明的第六方面，提供了一种薄板层的制备方法，其中，制备方法包括以下步骤：
(1)将强化层在宽度方向上裁剪为一个单元壁宽度；强化层包括上表面和下表面，在强化层的上表面和下表面都设置有粘合剂，强化层为增强材料或功能材料；
(2)在竖直方向上从上到下设置至少三层薄板材料；
(3)在步骤(2)中的相邻的薄板材料之间设置有至少两条步骤(1)中的强化层；同一水平面上相邻的每条步骤(1)中的强化层在宽度方向上的间距都设置为3个单元壁宽度；竖直方向上相邻的每条步骤(1)中的强化层在宽度方向上的间距都设置为1个单元壁宽度；
(4)相邻的步骤(3)中的薄板材料之间通过位于相邻的步骤(3)中的薄板材料之间的步骤(1)中的强化层的上表面的粘合剂和下表面的粘合剂连接，制得薄板层。
根据本发明的第七方面，提供了一种薄板层的制备方法，其中，分别在步骤(1)中的强化层的上表面和下表面设置粘合剂，还能够通过分别向步骤(2)中的薄板材料面向强化层的表面上设置粘合剂来进行。
根据本发明的第八方面，提供了一种薄板层的制备方法，其中，
薄板材料为芳族聚酰胺纸或铝箔；
增强材料为碳纤维预浸料、玻璃纤维预浸料或金属薄板材料；
功能材料为高导热率材料、吸波材料或中子吸收材料。
根据本发明的第九方面，提供了一种薄板层的制备方法，其中，
高导热率材料为铜箔、铝箔或碳纤维纸；
吸波材料是铁氧体吸波材料、短切碳纤维吸波材料、镀镍玻璃微珠和炭黑中的一种或多种；中子吸收材料为立方氮化硼。
根据本发明的第十方面，提供了一种通过上述制备方法制备的薄板层制备蜂窝结构的方法，其中，方法包括以下步骤：
(1)固化粘合剂以便把薄板材料、强化层粘合在一起；
(2)在薄板材料的竖直方向上把粘合的薄板材料展开，从而使薄板层膨胀形成六边形蜂窝结构；
(3)将步骤(2)展开的薄板层在高温下进行处理，以确保展开后的形状在后续工作中不产生变化；
(4)将步骤(3)展开的经高温处理过的薄板层浸渍在树脂溶液中，然后固化树脂，以使相邻的蜂窝单元相互粘合的地方的薄板材料、强化层得到增强并粘合成一个整体，制得蜂窝结构芯材。
本发明通过强化层实现了在不增加蜂窝结构单元密度的情况下；一方面大幅提高蜂窝结构的平面压缩强度/模量及平面剪切强度/模量；另一方面大大降低了蜂窝结构成型过程的蜂窝结构压缩量；此外，本发明扩大了蜂窝结构成型的工艺窗口，从而确保蜂窝结构制件外形更加精确；在不增加蜂窝结构单元密度的情况下增加了蜂窝结构的功能，例如：增强材料可以为碳纤维布，用于提高蜂窝结构的导热性能；增强材料还可以为吸波材料，用于提高蜂窝结构的吸波性能。
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，下面将对实施例或现有技术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为蜂窝结构单元结构示意图。
图2A为蜂窝结构的薄板层的第一结构示意图。
图2B为图2A展开后的蜂窝结构的第一结构示意图。
图3A为蜂窝结构的薄板层的第二结构示意图。
图3B为图3A展开后的蜂窝结构的第二结构示意图。
图4A为蜂窝结构的薄板层的第三结构示意图。
图4B为图4A展开后的蜂窝结构的第三结构示意图。
图5A为蜂窝结构的薄板层的第四结构示意图。
图5B为图5A展开后的蜂窝结构的第四结构示意图。
图6为蜂窝结构水平极化及垂直极化透波状态示意图。
图7为传统蜂窝结构水平极化及垂直极化透波状态对比示意图。
附图标记说明：
1、薄板层 2、薄板材料 3、强化层
4、粘合剂 5、蜂窝结构
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明的实施例为解决上述问题，提供了一种用于形成蜂窝结构5的薄板层1，薄板层1至少包括三层薄板材料2，至少三层薄板材料2在竖直方向上从上到下设置；薄板层1还包括强化层3，强化层3为增强材料或功能材料，强化层3设置在相邻的薄板材料2之间，每条强化层3在宽度方向上的宽度为1个单元壁宽度；相邻的薄板材料2之间设置有至少两条强化层3，同一水平面上相邻的强化层3在宽度方向上的间距都为3个单元壁宽度，每条强化层3包括上表面和下表面，上表面和下表面都设置有粘合剂4，相邻的薄板材料2之间通过位于相邻的薄板材料2之间的强化层3的上表面的粘合剂4和下表面的粘合剂4连接，竖直方向上相邻的强化层3在宽度方向上的间距都为1个单元壁宽度。
图1为蜂窝结构单元结构示意图。
在本实施例中，竖直方向是指薄板层1的高度方向或厚度方向即叠放薄板层1的方向或薄板层1为了形成蜂窝而拉伸或膨胀的方向；单元壁长度是指薄板层1的竖直方向垂直的用于形成蜂窝深度方向的长度，如图1所示，单元壁长度为T；蜂窝结构5单元壁宽度是指用于形成蜂窝结构5的六边形的边长，如图1所示，该单元壁宽度为B；通常单独表述的单元壁本身为一个计量单位，通常为单元壁的宽度；竖直方向的蜂窝结构的总厚度为W；蜂窝结构在宽度方向的总宽度为L，其中，宽度方向垂直于竖直方向和深度方向。
本发明制备的蜂窝结构5单元的边长可为2mm(对应英制蜂窝结构5单元的边长为1.83mm)、2.5mm(对应英制蜂窝结构5单元的边长为2.25mm)、3mm(对应英制蜂窝结构5单元的边长为2.75mm)、3.5mm(对应英制蜂窝结构5单元的边长为3.66mm)、4mm、5mm、5.5mm、7.32mm或11mm；薄板材料2、强化层3的厚度通常可为0.04mm、0.05mm、0.08mm、0.10mm或0.12mm。
本发明的薄板材料2可以是可弯曲薄板；薄板材料2可以是塑料薄板或薄膜、纸、无纺织物、纺织品、针织品和金属薄板或箔中的一种或多种，具体材料可以是芳族聚酰胺纸、聚酰亚胺纸、玻璃纤维织物、铝箔、牛皮纸、聚酰胺和聚酯薄膜中的一种或多种，其中芳族聚酰胺纸包括间位芳纶纸和对位芳纶纸。
本发明的功能材料可以是高导热率材料、各种波长的吸波材料和中子吸收材料中的一种，其中高导热率材料可以是铜箔、铝箔和碳纤维纸中的一种，吸波材料可以是铁氧体吸波材料、短切碳纤维吸波材料、镀镍玻璃微珠和炭黑中的一种，中子吸收材料可以是立方氮化硼。
本发明的增强材料可以是碳纤维预浸料、玻璃纤维预浸料、金属薄板材料中的一种，其中，碳纤维预浸料可以是已固化或未固化T300/QY9916-2无维布、T700/QY9916-2无维布、T300/QY8911无维布等，金属薄板材料可以包括：经表面阳极化处理的0.05mm、0.08mm、0.1mm、0.2mm厚的铝合金薄板；经表面钝化处理的0.05mm、0.08mm、0.1mm、0.2mm厚的钛合金薄板；表面钝化处理的0.05mm、0.08mm、0.1mm、0.2mm厚的不锈钢薄板。
本发明的粘合剂4可以是产生粘合的任何材料，例如，粘合剂4可以是热塑性或热固性树脂、反应性聚合物、低聚物或单体、聚合物溶液、聚合物悬浮体或乳液和能量吸收材料中的一种或多种。
本实施例中，反应性聚合物、低聚物或单体、聚合物溶液、聚合物悬浮体或乳液可以为：
1、白乳胶(PVAc)：主要成份为聚醋酸乙烯脂。真正的白乳胶系无毒无公害的绿色产品(如荷力胜公司使用进口白乳胶，其产品质量稳定、制成率、拉伸率很高)。白乳胶能粘接多种材料、干燥快、强力好、固含量高、使用期长、适合大面积作业。但这种胶体一方面防潮耐水性不好；另一方面耐热性差，容易产生蠕变，这恰恰是承力和次承力结构制品致命的弱点。
为了克服以上缺点，必须对上述白乳胶进行改性处理。一般是加入改性剂，如为了提高耐水性加入适量的三聚氰胺脱醒树脂与丙烯酸酯共聚；加707共聚乳液效果也较好。加入增稠剂PVA、淀粉。这样一方面CMS能减少对多孔材料的渗透，增加粘度和流变性，另一方面成本也能进一步的降低。
2、黄糊精胶体：黄糊精胶体通常是在酸性条件下，用加热的方法使淀粉的分子量降解，而溶于水。这种胶体的固含量高、初粘性好、粘合强力大、使用期长、价格适中、干燥速度比较快，特别是胶体的膜弹性股量高、刚性好，很适合作芯条胶。但这类胶体的耐水性差，限制了它的应用效果。
3、接技共聚淀粉树脂胶粉：该类胶体是在淀粉大分子的主链上接枝另一种线型单体聚合物，例如：丙烯酸、丙烯晴、丙烯酸胺、苯乙烯。醋酸乙烯等单体。接技共聚物能明显提高粘接强度，胶膜的柔软性好、干燥速度快，其优良的粘接特性比普通玉米淀粉胶、糊精好得多，是一种较理想的蜂窝用胶粘剂，尤其适用于蜂窝极复合。
对于粘合剂4的用量没有特别限制，只要其能够粘接形成蜂窝结构单元即可；但从蜂窝结构5的单元壁的粘接处的宽度对应的粘合效果的角度而言，当粘合剂4层用量低于1.0g/㎡时，无法有效地粘合薄板层1，而当粘合剂4层的用量超过1.5g/㎡时，粘合剂4固化时容易被挤宽，从而导致单元壁的宽度不易被控制；因此本发明的粘合剂4的用量优选为1.0g/㎡-1.5g/㎡，其中，最优选为1.3g/㎡。
应当指出，本发明的粘合剂4可以涂敷到任何薄板材料2、强化层3的一面或两面；并且如果涂敷到两面，则相邻薄板材料2或强化层3不需要涂敷，同样，粘合剂4可以在叠层之前涂敷到薄板材料2、强化层3上。
能量吸收材料用来吸收某种形式的辐射能，以便与蜂窝薄板的材料反应或熔化该材料，例如：铁氧体等可以用作能量吸收材料，以便通过微波辐射来熔化在蜂窝薄板中的可熔化成分。
图2A为蜂窝结构的薄板层的第一结构示意图。
图2B为图2A展开后的蜂窝结构的第一结构示意图。
图3A为蜂窝结构的薄板层的第二结构示意图。
图3B为图3A展开后的蜂窝结构的第二结构示意图。
图4A为蜂窝结构的薄板层的第三结构示意图。
图4B为图4A展开后的蜂窝结构的第三结构示意图。
图5A为蜂窝结构的薄板层的第四结构示意图。
图5B为图5A展开后的蜂窝结构的第四结构示意图。
如图3A和图3B所示,薄板层1可以包括四层薄板材料2；薄板材料2之间设置强化层3；薄板材料2与强化层3之间的粘合剂4可以有间隔的线条，以便当展开薄板层1时可以制备蜂窝结构5。
如图2A和图2B所示,本发明的薄板层1还可以包括例如三层薄板材料2；薄板材料2之间设置强化层3；薄板材料2与强化层3之间的粘合剂4可以有间隔的线条，以便当展开薄板层1时可以制备蜂窝结构5。
如图4A和图4B所示,本发明的薄板层1还可以包括例如五层薄板材料2；薄板材料2之间设置强化层3；薄板材料2与强化层3之间的粘合剂4可以有间隔的线条，以便当展开薄板层1时可以制备蜂窝结构5。
如图5A和图5B所示,本发明的薄板层1还可以包括例如六层薄板材料2；薄板材料2之间设置强化层3；薄板材料2与强化层3之间的粘合剂4可以有间隔的线条，以便当展开薄板层1时可以制备蜂窝结构5。
传统的蜂窝结构5为提高蜂窝芯材性能一般有两类方法，第一类是提高蜂窝结构的密度，第二类是采用性能更好的材料，比如用材质为5A02-H18厚度为0.05mm的铝箔代替材质为3003-H18厚度为0.05mm的铝箔制成单元壁宽度为3mm的正六边形铝蜂窝芯材，其平面压缩性能由2.01MPa提高到2.50MPa。
本发明的蜂窝结构5不仅包括一般蜂窝结构5的薄板材料2和粘合剂4，还包括强化层3；其中，粘合剂4用于将薄板材料2粘接在一起，展开后形成具有仿生结构的蜂窝结构5。
本发明通过在薄板材料2的粘合剂4处粘合强度和刚度相较薄板材料2更高的材料或具有一定功能的材料，并且在原有蜂窝结构的制备工艺的基础上加以改进和创新，使得蜂窝的密度保持不变，而使得通过本发明的制备方法形成的蜂窝结构5的强度/模量等性能指标更加优秀或通过本发明的制备方法形成的蜂窝结构5的功能更多。
本发明所采用的测试方法为：
根据GB 1464中提出的过程计算测定膨胀蜂窝结构5的密度。
根据GB 1453的过程在万能拉力试验机上测定蜂窝结构5的稳定的或非稳定的平面压缩强度和模量。
根据GB 1455的过程在万能拉力试验机上测定蜂窝结构5的“L”向和“W”向平板剪切强度和模量。
根据GB 1452的过程在万能拉力试验机上测定蜂窝结构5的平面拉伸强度。
根据GJB 2038的过程测定蜂窝结构5的透波率。
这样通过强化层3实现了在不增加蜂窝结构5的单元密度的情况下；一方面大幅提高蜂窝结构5的平面压缩强度/模量及平面剪切强度/模量；另一方面大大降低了蜂窝结构成型过程的蜂窝结构5的压缩量；此外，本发明扩大了蜂窝结构成型的工艺窗口，从而确保蜂窝结构5的制件外形更加精确；在不增加蜂窝结构5的单元密度的情况下增加了蜂窝结构5的功能，例如：增强材料可以为碳纤维布，用于提高蜂窝结构5的导热性能；增强材料还可以为吸波材料，用于提高蜂窝结构5的吸波性能。
采用本发明的蜂窝结构5的薄板层1来形成蜂窝结构5可替代传统芳族聚酰胺纸蜂窝芯材，运用于大型飞机的副翼、方向舵，地板、隔板，直升飞机、通用飞机等飞行器的次承力结构件，也可用于船舶、高速铁路等运输工具的内饰材料。与传统芳族聚酰胺纸蜂窝结构5芯材相比，本发明大大降低了蜂窝结构5的密度。
本实施例进一步优选地，提供了一种薄板层1，其中，薄板材料2是芳族聚酰胺纸或铝箔；增强材料是碳纤维预浸料、玻璃纤维预浸料或金属薄板材料；功能材料是高导热率材料、吸波材料或中子吸收材料。
在本实施例中，薄板材料2为芳族聚酰胺纸或铝箔时重量轻；增强材料为碳纤维预浸料、玻璃纤维预浸料或金属薄板材料2时强度大；功能材料为高导热率材料、吸波材料或中子吸收材料，其中，高导热率材料，用以提高蜂窝结构5的导热性能，可以为例如碳纤维布；吸波材料用以提高蜂窝结构5的吸波性能，可以为例如泡沫角锥吸波材料；中子吸收材料，用以保证核燃料在贮存和运输中的临界安全，可以为例如硼铝中子吸收材料。
这样一方面薄板层1的整体重量轻；另一方面提高了薄板层1的强度或是增加了薄板层1的功能。
本实施例进一步优选地，提供了一种薄板层1，其中，高导热率材料是铜箔、铝箔或碳纤维纸；吸波材料是铁氧体吸波材料、短切碳纤维吸波材料、镀镍玻璃微珠和炭黑中的一种或多种；中子吸收材料是立方氮化硼。
这样一方面薄板层1的整体重量轻；另一方面提高了薄板层1的强度或是增加了薄板层1的功能。
本实施例进一步优选地，提供了一种薄板层1形成的蜂窝结构5，其中，在竖直方向上把粘合的薄板层1展开，从而使薄板层1膨胀形成六边形蜂窝结构5，每个蜂窝单元具有6个相等的单元壁宽度的单元壁，每个蜂窝单元的两个相对壁的薄板材料2通过强化层3连接到相邻的两个蜂窝单元的相对壁的薄板材料2上，每个蜂窝单元的其余四个壁的薄板材料2没有通过强化层3连接到相邻的蜂窝单元的相对壁的薄板材料2上、并且四个壁是该蜂窝单元与相邻的蜂窝单元共有的壁。
这样的蜂窝单元一方面结构更稳定，强度更高；另一方面相邻的蜂窝单元共用一个单元壁，非常节省材料。
本实施例进一步优选地，提供了一种薄板层1的制备方法，其中，制备方法包括以下步骤：
(1)强化层3包括上表面和下表面，在强化层3的上表面和下表面都设置有粘合剂4，强化层3为增强材料或功能材料，每条强化层3在宽度方向上的宽度设置为1个单元壁宽度；
(2)在竖直方向上从上到下设置至少三层薄板材料2；
(3)在步骤(2)中的相邻的薄板材料2之间设置有至少两条步骤(1)中的强化层3；同一水平面上相邻的每条步骤(1)中的强化层3在宽度方向上的间距都设置为3个单元壁宽度；竖直方向上相邻的每条步骤(1)中的强化层3在宽度方向上的间距都设置为1个单元壁宽度；
(4)相邻的步骤(3)中的薄板材料2之间通过位于相邻的步骤(3)中的薄板材料2之间的步骤(1)中的强化层3的上表面的粘合剂4和下表面的粘合剂4连接，制得薄板层1。
以下将参考实施例详细解释本发明，但本发明不应被视作限于以下实施例。
实施例1：
一种芳族聚酰胺纸蜂窝结构5薄板层1和芳族聚酰胺纸蜂窝芯材的制备方法：
所用材料及工艺条件为：
薄板材料2为杜邦公司T412型规格为4mil的芳族聚酰胺纸；
增强材料为已固化单层T300/QY9916-2无维布。
薄板材料2及增强材料上的粘合剂4使用T450-1型实验室凹版式涂布机涂敷；粘合剂4的宽度为5mm，粘合剂4之间的距离为15mm；
粘合剂4为黑龙江石油化学研究院研制的J-80B Nomex纸蜂窝夹芯胶粘剂；
树脂为钡酚醛树脂，由北京玻璃钢研究院生产。
制备方法包括以下步骤：
(1)强化层3包括上表面和下表面，在强化层3的上表面和下表面都设置有粘合剂4，强化层3为增强材料或功能材料，每条强化层3在宽度方向上的宽度设置为1个单元壁宽度；
(2)在竖直方向上从上到下设置至少三层薄板材料2；
(3)在步骤(2)中的相邻的薄板材料2之间设置有至少两条步骤(1)中的强化层3；同一水平面上相邻的每条步骤(1)中的强化层3在宽度方向上的间距都设置为3个单元壁宽度；竖直方向上相邻的每条步骤(1)中的强化层3在宽度方向上的间距都设置为1个单元壁宽度；
(4)相邻的步骤(3)中的薄板材料2之间通过位于相邻的步骤(3)中的薄板材料2之间的步骤(1)中的强化层3的上表面的粘合剂4和下表面的粘合剂4连接，制得薄板层1。
还可以包括如下固化步骤：
(1)固化粘合剂4以便把薄板材料2、强化层3粘合在一起，其中，温度设置为180℃±5℃，压力设置为0.5MPa，压制时间设置为180分钟；
(2)在薄板材料2的竖直方向上把粘合的薄板材料2展开，从而使薄板层1膨胀形成六边形的蜂窝结构5，其中，竖直方向即与薄板面垂直的方向；
(3)将步骤(2)展开的薄板层1在高温下进行处理，其中，高温的温度可以设置为180℃±5℃，以确保展开后的形状在后续工作中不产生变化；
(4)将步骤(3)展开的经高温处理过的薄板层1浸渍在树脂溶液中，然后固化树脂，以使相邻的蜂窝单元相互粘合的地方的薄板材料2、强化层3得到增强并粘合成一个整体，制得蜂窝结构5芯材；树脂溶液的固体含量控制在45％左右；薄板层1浸渍在树脂溶液中的步骤包括：浸渍钡酚醛树脂溶液以及在150℃条件下干燥30min；薄板层1通过反复浸渍在树脂溶液中能使得蜂窝结构5达到54kg/m3，此时，保持树脂溶液的固体含量将高温的温度设置为175℃，继续进行薄板层1的干燥和固化2小时，制得碳纤维增强芳族聚酰胺纸蜂窝结构5芯材。
(5)将步骤(4)的蜂窝结构5芯材锯切、片切，得成品。
以上制备方法所形成的蜂窝结构5具有单元壁为5mm宽度的蜂窝结构5，的密度约为51.1kg/m3(3.2lb/ft3)。其力学性能如下：稳定的平面压缩强度为3.56MPa(506psi)，稳定的平面压缩模量为337MPa(47.9ksi)，“L”向平面剪切强度1.64MPa(233psi)和模量为90.2MPa(12.8ksi)，“W”向平面剪切强度0.72MPa(102psi)和模量为27.5MPa(39.1ksi)，平面拉伸强度为2.76MPa(3.93ksi)。
与传统的蜂窝结构芯材相比，本发明所制的蜂窝结构5的平面压缩力学性能有大幅提升，对于同等密度的蜂窝结构5，本发明的蜂窝结构5的平面压缩强度为3.56MPa(506psi)，模量为337MPa(47.9ksi)，相比之下，较传统的最佳水平的芳族聚酰胺纸的蜂窝结构(HRH-10-3/16-3.0规格蜂窝材料)的平面压缩强度2.24MPa(318psi)和模量138MPa(19.6ksi)，分别提高了58.9％和144％。
这样通过强化层3实现了在不增加蜂窝结构5的单元密度的情况下；一方面大幅提高蜂窝结构5的平面压缩强度/模量及平面剪切强度/模量；另一方面大大降低了蜂窝结构成型过程的蜂窝结构5压缩量；此外，本发明扩大了蜂窝结构成型的工艺窗口，从而确保蜂窝结构5的制件外形更加精确；在不增加蜂窝结构5的单元密度的情况下增加了蜂窝结构5的功能，例如：增强材料可以为碳纤维布，用于提高蜂窝结构5的导热性能；增强材料还可以为吸波材料，用于提高蜂窝结构5的吸波性能。
本实施例进一步优选地，提供了一种薄板层1的制备方法，其中，制备方法包括以下步骤：
(1)将强化层3在宽度方向上裁剪为一个单元壁宽度；强化层3包括上表面和下表面，在强化层3的上表面和下表面都设置有粘合剂4，强化层3为增强材料或功能材料；
(2)在竖直方向上从上到下设置至少三层薄板材料2；
(3)在步骤(2)中的相邻的薄板材料2之间设置有至少两条步骤(1)中的强化层3；同一水平面上相邻的每条步骤(1)中的强化层3在宽度方向上的间距都设置为3个单元壁宽度；竖直方向上相邻的每条步骤(1)中的强化层3在宽度方向上的间距都设置为1个单元壁宽度；
(4)相邻的步骤(3)中的薄板材料2之间通过位于相邻的步骤(3)中的薄板材料2之间的步骤(1)中的强化层3的上表面的粘合剂4和下表面的粘合剂4连接，制得薄板层1。
以下将参考实施例详细解释本发明，但本发明不应被视作限于以下实施例。
实施例2：
一种芳族聚酰胺纸蜂窝结构5薄板层1和芳族聚酰胺纸蜂窝芯材的制备方法：
所用材料及工艺条件为：
薄板材料2为烟台泰和新材料股份有限公司规格为2mil的1414型芳族聚酰胺纸；
功能材料为已固化单层含铁氧体吸波剂的T700/5228E无维布；
薄板材料2上的粘合剂4使用T450-1型实验室凹版式涂布机涂敷，粘合剂4的宽度为5mm，粘合剂4之间的距离为15mm；功能材料上的粘合剂4采用手工涂刷，然后将功能材料分切成5mm宽的条。
粘合剂4为黑龙江石油化学研究院研制的J-80B Nomex纸蜂窝夹芯胶粘剂；
树脂为酚醛树脂，由南通住友电木有限公司生产。
制备方法包括以下步骤：
(1)将强化层3在宽度方向上裁剪为一个单元壁宽度；强化层3包括上表面和下表面，在强化层3的上表面和下表面都设置有粘合剂4，强化层3为增强材料或功能材料；
(2)在竖直方向上从上到下设置至少三层薄板材料2；
(3)在步骤(2)中的相邻的薄板材料2之间设置有至少两条步骤(1)中的强化层3；同一水平面上相邻的每条步骤(1)中的强化层3在宽度方向上的间距都设置为3个单元壁宽度；竖直方向上相邻的每条步骤(1)中的强化层3在宽度方向上的间距都设置为1个单元壁宽度；
(4)相邻的步骤(3)中的薄板材料2之间通过位于相邻的步骤(3)中的薄板材料2之间的步骤(1)中的强化层3的上表面的粘合剂4和下表面的粘合剂4连接，制得薄板层1。
还可以包括如下固化步骤：
(1)固化粘合剂4以便把薄板材料2、强化层3粘合在一起，其中，温度设置为180℃±5℃，压力设置为0.5MPa，压制时间设置为180分钟；
(2)在薄板材料2的竖直方向上把粘合的薄板材料2展开，从而使薄板层1膨胀形成六边形的蜂窝结构5，其中，竖直方向即与薄板面垂直的方向；
(3)将步骤(2)展开的薄板层1在高温下进行处理，其中，高温的温度可以设置为180℃±5℃，以确保展开后的形状在后续工作中不产生变化；
(4)将步骤(3)展开的经高温处理过的薄板层1浸渍在树脂溶液中，然后固化树脂，以使相邻的蜂窝单元相互粘合的地方的薄板材料2、强化层3得到增强并粘合成一个整体，制得蜂窝结构5芯材；树脂溶液的固体含量控制在45％左右；薄板层1浸渍在树脂溶液中的步骤包括：浸渍钡酚醛树脂溶液以及在150℃条件下干燥30min；薄板层1通过反复浸渍在树脂溶液中能使得蜂窝结构5达到54kg/m3，此时，保持树脂溶液的固体含量将高温的温度设置为175℃，继续进行薄板层1干燥和固化2小时，制得芳族聚酰胺纸蜂窝结构5芯材。
固化步骤中可选的是：
(5)将步骤(4)的蜂窝结构5芯材锯切、片切，得成品。
图6为蜂窝结构水平极化及垂直极化透波状态示意图。
图7为传统蜂窝结构水平极化及垂直极化透波状态对比示意图。
在8GHz-18GHz范围内，对本发明和传统发明的蜂窝结构5的透波率进行了测试和比较。通过测试结果可知，本发明蜂窝结构5的透波率(见图6)与传统芳族聚酰胺纸蜂窝透波率(见图7)相比，本发明的蜂窝结构5在8GHz-18GHz范围内透波率的结果有明显的下降，特别是12GHz-18GHz范围内的垂直极化透波率明显下降。表明含铁氧体吸波剂T700/5228E无维布的添加对蜂窝结构5的透波影响较大。
这样通过强化层3实现了在不增加蜂窝结构5单元密度的情况下；一方面大幅提高蜂窝结构5的平面压缩强度/模量及平面剪切强度/模量；另一方面大大降低了蜂窝结构成型过程的蜂窝结构5压缩量；此外，本发明扩大了蜂窝结构成型的工艺窗口，从而确保蜂窝结构5制件外形更加精确；在不增加蜂窝结构5单元密度的情况下增加了蜂窝结构5的功能，例如：增强材料可以为碳纤维布，用于提高蜂窝结构5的导热性能；增强材料还可以为吸波材料，用于提高蜂窝结构5的吸波性能。
本实施例进一步优选地，提供了一种薄板层1的制备方法，其中，分别在步骤(1)中的强化层3的上表面和下表面设置粘合剂4，还能够通过分别向步骤(2)中的薄板材料2面向强化层3的表面上设置粘合剂4来进行。
这样实现方式更加多样和灵活；用户能根据实际情况对制备方法的步骤进行调整。
本实施例进一步优选地，提供了一种薄板层1的制备方法，其中，薄板材料2为芳族聚酰胺纸或铝箔；增强材料为碳纤维预浸料、玻璃纤维预浸料或金属薄板材料2；功能材料为高导热率材料、吸波材料或中子吸收材料。
在本实施例中，薄板材料2为芳族聚酰胺纸或铝箔均重量轻；增强材料为碳纤维预浸料、玻璃纤维预浸料或金属薄板材料2均强度大；功能材料为高导热率材料、吸波材料或中子吸收材料，其中，高导热率材料，用以提高蜂窝结构5的导热性能，可以为例如碳纤维布；吸波材料用以提高蜂窝结构5的吸波性能，可以为例如泡沫角锥吸波材料；中子吸收材料，用以保证核燃料在贮存和运输中的临界安全，可以为例如硼铝中子吸收材料。
这样一方面薄板层1的整体重量轻；另一方面提高了薄板层1的强度或是增加了薄板层1的功能。
本实施例进一步优选地，提供了一种薄板层1的制备方法，其中，高导热率材料为铜箔、铝箔或碳纤维纸；吸波材料是铁氧体吸波材料、短切碳纤维吸波材料、镀镍玻璃微珠和炭黑中的一种或多种；中子吸收材料为立方氮化硼。
这样一方面薄板层1的整体重量轻；另一方面提高了薄板层1的强度或是增加了薄板层1的功能。
本实施例进一步优选地，一种通过上述制备方法制备的薄板层1制备蜂窝结构5的方法，其中，方法包括以下步骤：
(1)固化粘合剂4以便把薄板材料2、强化层3粘合在一起；
(2)在薄板材料2的竖直方向上把粘合的薄板材料2展开，从而使薄板层1膨胀形成六边形蜂窝结构5；
(3)将步骤(2)展开的薄板层1在高温下进行处理，以确保展开后的形状在后续工作中不产生变化；
(4)将步骤(3)展开的经高温处理过的薄板层1浸渍在树脂溶液中，然后固化树脂，以使相邻的蜂窝单元相互粘合的地方的薄板材料2、强化层3得到增强并粘合成一个整体，制得蜂窝结构5芯材。
在本实施例中，制备方法制备的薄板层1制备蜂窝结构5的方法的实施例可以参照实施例1和实施例2中的固化步骤来实现，其中，可以通过适合于所用粘合剂4的任何方法进行粘合固化，例如在树脂中：热塑性树脂和热固性树脂一般通过加热和/或加压来固化；反应性树脂则通过与反应性组分的反应固化。反应性组分一般是一种流体，但是也可能是某种形式的辐射。反应固化可以为例如反应树脂交联固化，通过例如酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、氰酸脂树脂、聚酯、双马树脂、环氧树脂中的一种或多种树脂与不饱和聚酯的聚合反应和交联反应来实现固化。
对于加压固化而言，压制时间根据叠层板厚度及粘合剂4本身的固化要求确定，时间范围一般为3小时-10小时；压制温度根据叠层板厚度和采用的粘合剂4确定，如中温固化的粘合剂4，固化温度范围为120℃至140℃，如高温固化的粘合剂4，固化温度范围为175℃至200℃；压制压力根据胶粘剂宽度、处理状态及胶粘剂量等因素确定，压力范围为0.3MPa-1.2MPa。
当说明粘合剂4具有一个单元壁宽度的最终结构长度上并且用三个单元壁宽度的最终结构长度间隔开时，其是指使用足够的粘合剂4使得在完成该蜂窝结构5时，所用粘合剂4的量正好是足够在一个单元壁的宽度上把相邻的薄板结合在一起并且按三个单元壁的宽度分开，由于不同的粘合剂4和薄板材料2相互之间的响应不同，估计产生一个单元壁宽度的最终结构长度应该涂敷的粘合剂4的准确量是一个简单试验的问题。
浸渍树脂可以是该项目的常用的任何材料，包括热塑性或热固性溶液、乳液、反应体系等，具体的树脂可以是酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、氰酸脂树脂、聚酯、双马树脂、环氧树脂中的一种或多种；可以通过浸没、喷涂等完成浸渍；并且一旦完成浸渍，可以用适合于所选树脂体系的任何方法硬化所述树脂。
基于薄板材料2的性质或最终蜂窝产品的要求，铺叠的叠层板在膨胀前可以切成希望的长度和宽度。其它的工艺步骤如膨胀前的软化(增塑)、在膨胀前或膨胀后用树脂浸渍或涂敷薄板、膨胀后蜂窝结构5的热固化等可以与本发明的方法一起进行。
通过采用本发明的制备蜂窝结构5的方法能使得树脂更好的成型，这样固化的蜂窝结构5稳定，强度高；优选地采用实施例1或实施例2中的固化步骤来反复进行树脂浸渍能进一步提高蜂窝结构5的稳定性和强度；此外，采用本发明设置的粘合剂4的用量、压强和温度，成型快，效率高；
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种用于形成蜂窝结构的薄板层，其特征在于，所述薄板层至少包括三层薄板材料，至少三层所述薄板材料在竖直方向上从上到下设置；所述薄板层还包括强化层，所述强化层为增强材料或功能材料，所述强化层设置在相邻的所述薄板材料之间，每条所述强化层在宽度方向上的宽度为1个单元壁宽度；
相邻的所述薄板材料之间设置有至少两条所述强化层，同一水平面上相邻的所述强化层在宽度方向上的间距都为3个单元壁宽度，每条所述强化层包括上表面和下表面，所述上表面和所述下表面都设置有粘合剂，相邻的所述薄板材料之间通过位于相邻的所述薄板材料之间的所述强化层的上表面的所述粘合剂和下表面的所述粘合剂连接，竖直方向上相邻的所述强化层在宽度方向上的间距都为1个单元壁宽度；
所述蜂窝结构为单层蜂窝结构，其中，蜂窝结构单元的边长为2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、5mm、5.5mm、7.32mm或11mm；
所述薄板材料、所述强化层的厚度为0.04mm、0.05mm、0.08mm、0.10mm或0.12mm；
并且，所述薄板材料与所述强化层之间的粘合剂有间隔的线条，以便当展开薄板层时可以制备蜂窝结构；
其中，单元壁宽度是指用于形成蜂窝结构的六边形的边长。
2.根据权利要求1所述的薄板层，其特征在于，
所述薄板材料是芳族聚酰胺纸或铝箔；
所述增强材料是碳纤维预浸料、玻璃纤维预浸料或金属薄板材料；
所述功能材料是高导热率材料、吸波材料或中子吸收材料。
3.根据权利要求2所述的薄板层，其特征在于，
所述高导热率材料是铜箔、铝箔或碳纤维纸；
所述吸波材料是铁氧体吸波材料、短切碳纤维吸波材料、镀镍玻璃微珠和炭黑中的一种或多种；
所述中子吸收材料是立方氮化硼。
4.一种通过权利要求1-3任一项所述的薄板层形成的蜂窝结构，其特征在于，
在竖直方向上把粘合的所述薄板层展开，从而使所述薄板层膨胀形成六边形蜂窝结构，每个所述蜂窝结构单元具有6个相等的单元壁宽度的单元壁，每个所述蜂窝结构单元的两个相对壁的所述薄板材料通过所述强化层连接到相邻的两个所述蜂窝结构单元的相对壁的所述薄板材料上，每个所述蜂窝结构单元的其余四个壁的所述薄板材料没有通过所述强化层连接到相邻的所述蜂窝结构单元的相对壁的所述薄板材料上、并且所述四个壁是该所述蜂窝结构单元与相邻的所述蜂窝结构单元共有的壁，
其中，所述蜂窝结构为单层蜂窝结构，蜂窝结构单元的边长为2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、5mm、5.5mm、7.32mm或11mm；
所述薄板材料、所述强化层的厚度为0.04mm、0.05mm、0.08mm、0.10mm或0.12mm；
所述薄板层包括三层薄板材料、四层薄板材料、五层薄板材料或六层薄板材料；并且
所述薄板材料与所述强化层之间的粘合剂有间隔的线条，以便当展开薄板层时可以制备蜂窝结构。
5.一种权利要求1-3任一项所述的薄板层的制备方法，其中，所述制备方法包括以下步骤：
(1)强化层包括上表面和下表面，在所述强化层的上表面和下表面都设置有粘合剂，所述强化层为增强材料或功能材料，每条所述强化层在宽度方向上的宽度设置为1个单元壁宽度；
(2)在竖直方向上从上到下设置至少三层薄板材料；
(3)在步骤(2)中的相邻的所述薄板材料之间设置有至少两条步骤(1)所述的强化层；同一水平面上相邻的每条步骤(1)所述的强化层在宽度方向上的间距都设置为3个单元壁宽度；竖直方向上相邻的每条步骤(1)所述的强化层在宽度方向上的间距都设置为1个单元壁宽度；
(4)相邻的步骤(3)所述的薄板材料之间通过位于相邻的步骤(3)所述的薄板材料之间的步骤(1)所述的强化层的上表面的所述粘合剂和下表面的所述粘合剂连接，制得薄板层，
其中，所制得的薄板层的蜂窝结构为单层蜂窝结构，蜂窝结构单元的边长为2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、5mm、5.5mm、7.32mm或11mm；
所述薄板材料、所述强化层的厚度为0.04mm、0.05mm、0.08mm、0.10mm或0.12mm；
所述薄板层包括三层薄板材料、四层薄板材料、五层薄板材料或六层薄板材料；并且
所述薄板材料与所述强化层之间的粘合剂有间隔的线条，以便当展开薄板层时可以制备蜂窝结构。
6.一种权利要求1-3任一项所述的薄板层的制备方法，其中，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将强化层在宽度方向上裁剪为一个单元壁宽度；所述强化层包括上表面和下表面，在所述强化层的上表面和下表面都设置有粘合剂，所述强化层为增强材料或功能材料；
(2)在竖直方向上从上到下设置至少三层薄板材料；
(3)在步骤(2)中的相邻的所述薄板材料之间设置有至少两条步骤(1)所述的强化层；同一水平面上相邻的每条步骤(1)所述的强化层在宽度方向上的间距都设置为3个单元壁宽度；竖直方向上相邻的每条步骤(1)所述的强化层在宽度方向上的间距都设置为1个单元壁宽度；
(4)相邻的步骤(3)所述的薄板材料之间通过位于相邻的步骤(3)所述的薄板材料之间的步骤(1)所述的强化层的上表面的所述粘合剂和下表面的所述粘合剂连接，制得薄板层，
其中，所制得的薄板层的蜂窝结构为单层蜂窝结构，蜂窝结构单元的边长为2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、5mm、5.5mm、7.32mm或11mm；
所述薄板材料、所述强化层的厚度为0.04mm、0.05mm、0.08mm、0.10mm或0.12mm；
所述薄板层包括三层薄板材料、四层薄板材料、五层薄板材料或六层薄板材料；并且
所述薄板材料与所述强化层之间的粘合剂有间隔的线条，以便当展开薄板层时可以制备蜂窝结构。
7.根据权利要求5或6所述的薄板层的制备方法，其中，分别在步骤(1)所述的强化层的上表面和下表面设置所述粘合剂，还能够通过分别向步骤(2)所述的薄板材料面向所述强化层的表面上设置所述粘合剂来进行。
8.根据权利要求5或6所述的薄板层的制备方法，其中，
所述薄板材料为芳族聚酰胺纸或铝箔；
所述增强材料为碳纤维预浸料、玻璃纤维预浸料或金属薄板材料；
所述功能材料为高导热率材料、吸波材料或中子吸收材料。
9.根据权利要求8所述的薄板层的制备方法，其中，
所述高导热率材料为铜箔、铝箔或碳纤维纸；
所述吸波材料是铁氧体吸波材料、短切碳纤维吸波材料、镀镍玻璃微珠和炭黑中的一种或多种；所述中子吸收材料为立方氮化硼。
10.一种通过权利要求5-9任一项所述的制备方法制备的薄板层制备蜂窝结构的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
(1)固化粘合剂以便把薄板材料、强化层粘合在一起；
(2)在所述薄板材料的竖直方向上把粘合的所述薄板材料展开，从而使薄板层膨胀形成六边形蜂窝结构；
(3)将步骤(2)所述的展开的薄板层在高温下进行处理，以确保展开后的形状在后续工作中不产生变化；
(4)将步骤(3)所述的展开的经高温处理过的薄板层浸渍在树脂溶液中，然后固化树脂，以使相邻的蜂窝结构单元相互粘合的地方的所述薄板材料、所述强化层得到增强并粘合成一个整体，制得蜂窝结构芯材。
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