CN107116849B - 一种内嵌式吸波蜂窝芯材、其制备方法及植入工装 - Google Patents

一种内嵌式吸波蜂窝芯材、其制备方法及植入工装 Download PDF

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Abstract

本发明属于功能蜂窝制造技术，涉及一种吸波蜂窝芯材、其制备方法及植入工装。在本发明每个蜂窝单元(1)的腔体内有1层至5层平行的吸波隔膜(2)；植入吸波隔膜(2)的步骤如下：选择蜂窝基体；制造吸波隔膜毛坯；植入吸波隔膜毛坯。本发明的植入工装由上部的手柄(5)和下部的植入棒(4)连接组成。本发明提出了一种吸波蜂窝芯材、其制备方法及植入工装，充分利用蜂窝的特殊中空结构，通过提高空间利用率来提升吸波性能。

Description

一种内嵌式吸波蜂窝芯材、其制备方法及植入工装
技术领域
本发明属于功能蜂窝制造技术，涉及一种内嵌式吸波蜂窝芯材、其制备方法及植入工装。
背景技术
蜂窝具有较高的比强度、比刚度以及相对密度较低等优点，已被越来越广泛的应用在航空航天以及轨道交通等领域。蜂窝的应用型式主要是作为芯材用在夹层结构中，在该三明治结构中，蜂窝芯材位于结构的中部，主要起到传递载荷以及降低结构整体重量的作用；面板的主要功能是承受轴向弯曲和面内剪切载荷。随着夹层结构的应用越来越广泛，除了对力学性能的要求之外，对其功能方面的需求也越来越多，例如有些场合要求夹层结构具有良好的吸波隐身功能。这些功能的实现可以通过在结构表层附载功能材料(最常见的是吸波涂料)来实现，也可以通过结构功能一体化来实现。很显然，采用结构功能一体化是最佳方案，一方面可以节约空间、降低重量，另一方面可以降低成本，而且可以缩短制造流程、保持结构良好的整体力学性能，工艺上也更容易实现。故近年来，结构功能一体化设计越来越受到重视。
对于蜂窝夹层结构来说，结构功能一体化设计的思路一方面是在蒙皮材料上做文章，另一方面是在蜂窝芯材上面做文章。后者实际就是采用具有吸波功能的蜂窝芯材。由于蜂窝在夹层结构中体积占比更大，故采用具有吸波功能的蜂窝芯材对结构的整体功能性提升效果会更加明显。传统的功能性蜂窝往往是在蜂窝壁上想办法，将具有吸波功能的颗粒混合在胶黏剂中，然后用此胶黏剂浸渍蜂窝，制备出具有吸波功能的蜂窝芯，但这种方法无法充分利用蜂窝的腔内空间。
发明内容
本发明的目的是：提出一种内嵌式吸波蜂窝芯材、其制造方法及植入工装，采用离位复合的思想，充分利用蜂窝的特殊中空结构，通过提高空间利用率来提升吸波性能。
本发明的技术解决方案是：一种内嵌式吸波蜂窝芯材，包括蜂窝基体，其特征在于：在每个蜂窝单元1的腔体内有1层至5层平行的吸波隔膜2，吸波隔膜2与蜂窝的上端面平行。
一种内嵌式吸波蜂窝芯材的制备方法，在每个蜂窝单元1的腔体内植入1层至5层吸波隔膜2，其特征在于，向蜂窝单元1的腔体内植入功能性隔膜2的步骤如下：
1、选择蜂窝基体：蜂窝基体为芳纶纸蜂窝、玻璃布蜂窝、铝蜂窝或者植物纤维蜂窝，蜂窝的深度h＝5mm～500mm，蜂窝单元1的边长L1＝2mm～8mm；
2、制造吸波隔膜毛坯：
2.1、选择蜂窝基体：蜂窝基体为芳纶纸蜂窝、玻璃布蜂窝、铝蜂窝或者植物纤维蜂窝，蜂窝的深度h＝10mm～500mm，蜂窝单元1的边长L1＝2mm～8mm；
2.2、制造吸波隔膜毛坯：
2.2.1、制造吸波涂料：将吸波材料与粘合剂混合制成具有吸波功能的涂料，吸波材料的重量占涂料重量的15％～70％，所配制的吸波涂料的粘度要求为2000mPa.s～10000mPa.s；吸波材料为炭黑、碳纳米管、羰基铁粉、铁氧体、石墨烯中的一种或多种，粘合剂为液体环氧树脂、不饱和树脂、双马树脂或酚醛树脂；
2.2.2、在坯布上印制吸波涂料图形：
通过转移印刷的方式在坯布上印制出吸波涂料图形，吸波涂料图形的形状是与蜂窝单元1的截面相同的正六边形，相邻两个吸波涂料图形之间的间距d＝3L1～6L1，间距d是相邻两个吸波涂料图形中心点之间的距离；所述的坯布是玻璃纤维布、聚酯纤维布或芳纶纤维布,厚度为0.05mm～0.2mm；印刷后进行固化，固化温度根据粘合剂的常规工艺进行；
2.2.3、在坯布上印制胶层：通过转移印刷的方式在坯布上、吸波涂料图形之间的位置附着一层胶层，胶层是液体胶层或者胶膜，液体胶层的粘度为1000mPa.s～5000mPa.s，胶膜的厚度t2＝0.02mm～0.1mm；液体胶为环氧胶、聚氨酯胶或丙烯酸树脂胶；胶膜为环氧胶膜；
3、裁片：将坯布裁切成正方形，每个正方形中心有一个吸波涂料图形，形成吸波隔膜毛坯；
4、植入吸波隔膜毛坯：采用植入工装将吸波隔膜植入每个蜂窝单元的腔体内，植入的深度为蜂窝深度的5％～95％，停留1s～3s后将植入工装拔出，相邻两层吸波隔膜的间距d不小于5mm；植入层数为1层～5层。
用于植入吸波隔膜毛坯的植入工装，其特征在于：它由上部的手柄5和下部的植入棒4连接组成，植入棒4是正六棱柱，正六棱柱的边长比蜂窝单元1的边长0.5mm～1mm，植入棒4的长度等于吸波隔膜2毛坯的植入深度；手柄5为圆柱体或正六棱柱，手柄5的外径或者外接圆直径大于蜂窝单元1的外接圆直径。
附图说明
图1是植入了功能性隔膜2、3以后蜂窝基体1的示意图。
图2是植入工装示意图。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。参见图1、2，一种内嵌式吸波蜂窝芯材，包括蜂窝基体，其特征在于：在每个蜂窝单元1的腔体内有1层至5层平行的吸波隔膜2，吸波隔膜2与蜂窝的上端面平行。
一种内嵌式吸波蜂窝芯材的制备方法，在每个蜂窝单元1的腔体内植入1层至5层吸波隔膜2，其特征在于，向蜂窝单元1的腔体内植入功能性隔膜2的步骤如下：
1、选择蜂窝基体：蜂窝基体为芳纶纸蜂窝、玻璃布蜂窝、铝蜂窝或者植物纤维蜂窝，蜂窝的深度h＝5mm～500mm，蜂窝单元1的边长L1＝2mm～8mm；
2、制造吸波隔膜毛坯：
2.1、选择蜂窝基体：蜂窝基体为芳纶纸蜂窝、玻璃布蜂窝、铝蜂窝或者植物纤维蜂窝，蜂窝的深度h＝10mm～500mm，蜂窝单元1的边长L1＝2mm～8mm；
2.2、制造吸波隔膜毛坯：
2.2.1、制造吸波涂料：将吸波材料与粘合剂混合制成具有吸波功能的涂料，吸波材料的重量占涂料重量的15％～70％，所配制的吸波涂料的粘度要求为2000mPa.s～10000mPa.s；吸波材料为炭黑、碳纳米管、羰基铁粉、铁氧体、石墨烯中的一种或多种，粘合剂为液体环氧树脂、不饱和树脂、双马树脂或酚醛树脂；
2.2.2、在坯布上印制吸波涂料图形：
通过转移印刷的方式在坯布上印制出吸波涂料图形，吸波涂料图形的形状是与蜂窝单元1的截面相同的正六边形，相邻两个吸波涂料图形之间的间距d＝3L1～6L1，间距d是相邻两个吸波涂料图形中心点之间的距离；所述的坯布是玻璃纤维布、聚酯纤维布或芳纶纤维布,厚度为0.05mm～0.2mm；印刷后进行固化，固化温度根据粘合剂的常规工艺进行；
2.2.3、在坯布上印制胶层：通过转移印刷的方式在坯布上、吸波涂料图形之间的位置附着一层胶层，胶层是液体胶层或者胶膜，液体胶层的粘度为1000mPa.s～5000mPa.s，胶膜的厚度t2＝0.02mm～0.1mm；液体胶为环氧胶、聚氨酯胶或丙烯酸树脂胶；胶膜为环氧胶膜；
3、裁片：将坯布裁切成正方形，每个正方形中心有一个吸波涂料图形，形成吸波隔膜毛坯；
4、植入吸波隔膜毛坯：采用植入工装将吸波隔膜植入每个蜂窝单元的腔体内，植入的深度为蜂窝深度的5％～95％，停留1s～3s后将植入工装拔出，相邻两层吸波隔膜的间距d不小于5mm；植入层数为1层～5层。
用于植入吸波隔膜毛坯的植入工装，其特征在于：它由上部的手柄5和下部的植入棒4连接组成，植入棒4是正六棱柱，正六棱柱的边长比蜂窝单元1的边长0.5mm～1mm，植入棒4的长度等于吸波隔膜2毛坯的植入深度；手柄5为圆柱体或正六棱柱，手柄5的外径或者外接圆直径大于蜂窝单元1的外接圆直径。
本发明的工作原理是：本发明基于蜂窝的特殊中空结构，利用离位复合的思想，首先制备出具有吸波功能的隔膜，然后利用专用工装将具有吸波功能的隔层植入蜂窝的孔格内，制备出具有吸波功能的蜂窝芯材。通过这种方式，可以将吸波材料的覆盖面积保持在95％以上，有效地利用了蜂窝的结构空间来实现功能化。
实施例1
1、选择中航复材生产的牌号为NH-1-5.5-48的蜂窝，加工30mm厚、孔格为5.5mm的芳纶纸蜂窝一张，备用；
2、确定最上层吸波隔膜的位置：准备植入单层吸波隔膜，位置为15mm,在蜂窝基体的外表面15mm位置处做出标记；
3、选择北京航空材料研究院生产的SY-24C环氧树脂，按照100g胶膜兑500ml丙酮的比例制备环氧树脂溶液，将蜂窝基体浸入胶黏剂溶液中浸泡5min后捞出，将蜂窝放置在通风处晾置20min，待溶剂挥发后备用；
4、制造吸波隔膜毛坯：
4.1、制造吸波涂料：将炭黑、铁氧体、E-54环氧树脂、三乙烯四胺(环氧固化剂)以22:3:70:5的比例混合，制备出吸波涂料；
4.2、在坯布上印制吸波涂料图形：
通过转移印刷的方式在SW110玻璃纤维布上印制出正六边形的吸波涂料图形，相邻两个吸波涂料图形之间的间距为18mm，印刷后经过50℃/2h固化；
4.3、在坯布上印制胶层：通过转移印刷的方式在坯布上、吸波涂料图形之间的位置附着一层胶层，胶层采用SY-37环氧胶，胶膜的厚度t2＝0.05mm～0.1mm；
4.4、裁片：将坯布裁切成边长为18mm的正方形，每个正方形中心有一个吸波涂料图形，形成吸波隔膜；
5、植入吸波隔膜：
采用植入工装将吸波隔膜植入每个蜂窝单元的腔体内15mm高度处，停留2s后将植入工装拔出。
实施例2
1、选择中航复材生产的牌号为NH-1-5.5-48的蜂窝，加工30mm厚、孔格为5.5mm的芳纶纸蜂窝一张，备用；
2、确定最上层吸波隔膜的位置：准备植入单层吸波隔膜，位置为10mm,在蜂窝基体的外表面10mm位置处做出标记；
3、选择黑龙江石化研究院生产的J-95环氧树脂，按照100g胶膜兑500ml丙酮的比例制备环氧树脂溶液，将蜂窝基体浸入胶黏剂溶液中浸泡5min后捞出，将蜂窝放置在通风处晾置20min，待溶剂挥发后备用；
4、制造吸波隔膜毛坯：
4.1、制造吸波涂料：将炭黑、羰基铁粉、E-54环氧树脂、三乙烯四胺(环氧固化剂)以26:4:65:5的比例混合，制备出吸波涂料；
4.2、在坯布上印制吸波涂料图形：
通过转移印刷的方式在SW110玻璃纤维布上印制出正六边形的吸波涂料图形，相邻两个吸波涂料图形之间的间距为18mm，印刷后经过50℃/2h固化；
4.3、在坯布上印制胶层：通过转移印刷的方式在坯布上、吸波涂料图形之间的位置附着一层胶层，胶层采用SY-37环氧胶，胶膜的厚度t2＝0.05mm～0.1mm；
4.4、裁片：将坯布裁切成边长为18mm的正方形，每个正方形中心有一个吸波涂料图形，形成吸波隔膜；
5、植入吸波隔膜：
采用植入工装将吸波隔膜植入每个蜂窝单元的腔体内10mm高度处，停留2s后将植入工装拔出。
实施例3
1、选择中航复材生产的孔格为4.5mm的苎麻纸蜂窝，加工20mm厚一张备用；
2、确定最上层吸波隔膜2的位置：准备植入单层吸波隔膜，位置为15mm,在蜂窝基体的外表面15mm位置处做出标记；
3、选择日本住友生产的PR-43204酚醛树脂，将树脂固含量调整到50％，将蜂窝基体浸入胶黏剂溶液中浸泡5min后捞出，将蜂窝放置在通风处晾置20min，待溶剂挥发后备用；
4、制造吸波隔膜毛坯：
4.1、制造吸波涂料：将碳黑、石墨烯、E-54环氧树脂、三乙烯四胺(环氧固化剂)以30:5:60:5的比例混合，制备出吸波涂料；
4.2、在坯布上印制吸波涂料图形：
通过转移印刷的方式在涤纶布上印制出正六边形的吸波涂料图形，相邻两个吸波涂料图形之间的间距为17mm，印刷后经过50℃/2h固化；
4.3、在坯布上印制胶层：通过转移印刷的方式在坯布上、吸波涂料图形之间的位置附着一层胶膜，胶膜采用航材院生产的SY-24环氧胶膜；
4.4、裁片：将坯布裁切成边长为17mm的正方形，每个正方形中心有一个吸波涂料图形，形成吸波隔膜；
5、植入吸波隔膜：
采用植入工装将吸波隔膜植入每个蜂窝单元的腔体内10mm高度处，停留2s后将植入工装拔出。
实施例4
1、选择中航复材生产的牌号为LF2Y-4-0.04-39的蜂窝，加工40mm厚、孔格为4mm的铝蜂窝一张，备用；
2、确定最上层吸波隔膜的位置：准备植入单层吸波隔膜，位置为20mm,在蜂窝基体的外表面20mm位置处做出标记；
3、选择日本住友生产的PR-43204酚醛树脂，将树脂固含量调整到50％，将蜂窝基体浸入胶黏剂溶液中浸泡5min后捞出，将蜂窝放置在通风处晾置20min，待溶剂挥发后备用；
4、制造吸波隔膜毛坯：
4.1、制造吸波涂料：将铁氧体、石墨烯、不饱和聚酯(亚仕兰240或帝斯曼8175)以30:5:65的比例混合，制备出吸波涂料；
4.2、在坯布上印制吸波涂料图形：
通过转移印刷的方式在涤纶布上印制出正六边形的吸波涂料图形，相邻两个吸波涂料图形之间的间距为16mm，印刷后经过50℃/2h固化；
4.3、在坯布上印制胶层：通过转移印刷的方式在坯布上、吸波涂料图形之间的位置附着一层胶膜，胶膜采用上海方行粘合剂有限公司生产的聚氨酯胶；
4.4、裁片：将坯布裁切成边长为16mm的正方形，每个正方形中心有一个吸波涂料图形，形成吸波隔膜；
5、植入吸波隔膜：
采用植入工装将吸波隔膜植入每个蜂窝单元的腔体内25mm高度处，停留2s后将植入工装拔出。
实施例5
1、选择中航复材生产的牌号为LF2Y-4-0.04-39的蜂窝，加工40mm厚、孔格为4mm的铝蜂窝一张，备用；
2、确定最上层吸波隔膜2的位置：准备植入单层吸波隔膜，位置为30mm,在蜂窝基体的外表面30mm位置处做出标记；
3、选择日本住友生产的PR-43204酚醛树脂，将树脂固含量调整到50％，将蜂窝基体浸入胶黏剂溶液中浸泡5min后捞出，将蜂窝放置在通风处晾置20min，待溶剂挥发后备用；
4、制造吸波隔膜毛坯：
4.1、制造吸波涂料：将中铁氧体、石墨烯、不饱和聚酯(亚仕兰240或帝斯曼8175)以30:5:65的比例混合，制备出吸波涂料；
4.2、在坯布上印制吸波涂料图形：
通过转移印刷的方式在涤纶布上印制出正六边形的吸波涂料图形，相邻两个吸波涂料图形之间的间距为18mm，印刷后经过50℃/2h固化；
4.3、在坯布上印制胶层：通过转移印刷的方式在坯布上、吸波涂料图形之间的位置附着一层胶膜，胶膜采用上海方行粘合剂有限公司生产的聚氨酯胶；
4.4、裁片：将坯布裁切成边长为18mm的正方形，每个正方形中心有一个吸波涂料图形，形成吸波隔膜；
5、植入吸波隔膜：
采用植入工装将吸波隔膜植入每个蜂窝单元的腔体内15mm高度处，停留2s后将植入工装拔出。
6、重复步骤4-5，在蜂窝单元的腔体内30mm高度处，植入第二层吸波隔膜。

Claims (1)

1.一种内嵌式吸波蜂窝芯材的制备方法，所制备的内嵌式吸波蜂窝芯材包括蜂窝基体，在每个蜂窝单元(1)的腔体内有1层至5层平行的吸波隔膜(2)，吸波隔膜(2)与蜂窝的上端面平行；其特征在于，向蜂窝单元(1)的腔体内植入功能性隔膜(2)的步骤如下：
1.1、选择蜂窝基体：蜂窝基体为芳纶纸蜂窝、玻璃布蜂窝、铝蜂窝或者植物纤维蜂窝，蜂窝的深度h＝5mm～500mm，蜂窝单元(1)的边长L1＝2mm～8mm；
1.2、制造吸波隔膜毛坯：
1.2.1、制造吸波涂料：将吸波材料与粘合剂混合制成具有吸波功能的涂料，吸波材料的重量占涂料重量的15％～70％，所配制的吸波涂料的粘度要求为2000mPa.s～10000mPa.s；吸波材料为炭黑、碳纳米管、羰基铁粉、铁氧体、石墨烯中的一种或多种，粘合剂为液体环氧树脂、不饱和树脂、双马树脂或酚醛树脂；
1.2.2、在坯布上印制吸波涂料图形：
通过转移印刷的方式在坯布上印制出吸波涂料图形，吸波涂料图形的形状是与蜂窝单元(1)的截面相同的正六边形，相邻两个吸波涂料图形之间的间距d＝3L1～6L1，间距d是相邻两个吸波涂料图形中心点之间的距离；所述的坯布是玻璃纤维布、聚酯纤维布或芳纶纤维布,厚度为0.05mm～0.2mm；印刷后进行固化，固化温度根据粘合剂的常规工艺进行；
1.2.3、在坯布上印制胶层：通过转移印刷的方式在坯布上、吸波涂料图形之间的位置附着一层胶层，胶层是液体胶层或者胶膜，液体胶层的粘度为1000mPa.s～5000mPa.s，胶膜的厚度t2＝0.02mm～0.1mm；液体胶为环氧胶、聚氨酯胶或丙烯酸树脂胶；胶膜为环氧胶膜；
1.3、裁片：将坯布裁切成正方形，每个正方形中心有一个吸波涂料图形，形成吸波隔膜毛坯；
1.4、植入吸波隔膜毛坯：采用植入工装将吸波隔膜植入每个蜂窝单元的腔体内，植入的深度为蜂窝深度的5％～95％，停留1s～3s后将植入工装拔出，相邻两层吸波隔膜的间距d不小于5mm；植入层数为1层～5层；
1.5、所述的用于植入吸波隔膜毛坯的植入工装，它由上部的手柄(5)和下部的植入棒(4)连接组成，植入棒(4)是正六棱柱，正六棱柱的边长比蜂窝单元(1)的边长0.5mm～1mm，植入棒(4)的长度等于吸波隔膜(2)毛坯的植入深度；手柄(5)为圆柱体或正六棱柱，手柄(5)的外径或者外接圆直径大于蜂窝单元(1)的外接圆直径。
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