CN109572065A - 一种耐高温芳纶纸蜂窝芯材及其制备方法 - Google Patents

一种耐高温芳纶纸蜂窝芯材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种耐高温芳纶纸蜂窝芯材及其制备方法，它选用对位芳纶纸为增强材料、氰酸酯树脂体系为芯条胶，选择具有合理分子结构的聚酰亚胺树脂作为浸渍基体树脂。本发明通过对耐260℃高温体系原材料的设计，创新性的采用新型对位芳纶纸、新型氰酸酯树脂体系芯条胶、进行涂胶叠合，在一定压力及温度下制备叠板，再采用新型聚酰亚胺液体树脂进行浸渍蜂窝，最后通过高温固化工艺制备而得耐高温芳纶纸蜂窝芯材。此蜂窝芯材在260℃高温下力学性能保持率达到60％以上。该蜂窝芯材制备完成后，可以应用在固定翼或直升机发动机的某些部位中，包括现有正在服役的机型及在研的新机型，以满足这些部件对耐高温及飞机减重的急切需求。

Description

一种耐高温芳纶纸蜂窝芯材及其制备方法
技术领域
本发明涉及非金属复合材料制备技术领域，尤其涉及一种耐高温芳纶纸蜂窝芯材及其制备方法。
背景技术
现有芳纶纸蜂窝制备的采用间位芳纶纸，与其匹配的芯条胶主要成分为环氧树脂，浸渍树脂主要成分为酚醛树脂，由此制备出的蜂窝由于其原材料耐温性能的局限性，在大于200℃以上的高温工作环境中，例如260℃下保持0.5小时出现明显的变黑、脆化、性能下降损失严重，无法满足作为夹层结构的芯材在200—260℃高温环境下的使用需求。
发明内容
本发明的目的就是解决以上技术中存在的问题，并为此提出耐260℃高温芳纶纸蜂窝芯材及其制备方法，该蜂窝芯材制备完成后，可以应用在固定翼或直升机发动机的某些部位中，包括现有正在服役的机型及在研的新机型，以满足这些部件对耐高温及飞机减重的急切需求。
为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案：
一种耐高温芳纶纸蜂窝芯材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)制备原材料，选用对位芳纶纸为增强材料、芯条胶为粘结材料，浸渍树脂作为基体材料；
2)针对特定的孔格边长，对涂胶辊的网纹宽度及深度进行设计与计算；
3)调配芯条胶在一定的粘度范围，设定涂胶机的涂胶工艺参数，将芯条胶按设定的节距尺寸规整地涂覆在对位芳纶纸上，将纸张按计算的长度裁切后，将芯条胶准确定位后进行叠合，得到蜂窝叠板；
4)设定好压制的工艺参数，将叠合完毕的蜂窝叠板在设定压力及温度下进行芯条胶的固化。叠板压制完成后，在裁切机上将叠板准确定位，按使用高度进行准确地切割；
5)将蜂窝条在设定的拉伸工艺下进行孔格的展开，达到准确的孔格尺寸后将蜂窝固定在工装上，转移至烘房，设定好温度与时间后进行蜂窝孔格的定型；
6)使用溶剂将浸渍树脂进行稀释与调配，达到设定的浓度后将定型完毕的蜂窝进行浸渍数次，达到设定的密度后，将蜂窝转移至烘房在设定的温度下进行浸渍树脂的固化，固化完成后制得成品。
作为优选，所述芯条胶选用氰酸酯体系树脂，同时根据对位芳纶纸的工艺特点，有针对性地进行树脂体系的配方调整与优化。
作为优选，所述浸渍树脂选用聚酰亚胺树脂，并构建其性能与对位芳纶纸的匹配关系；另一方面，需要根据性能的平衡关系设计和合成聚酰亚胺基体树脂的分子结构。
作为优选，所述孔格边长为1.83mm或2.75mm。
作为优选，所述涂胶辊材质为不锈钢，辊面镀铬，网纹深度为0.15-0.20mm，网纹宽度为1.05-2.25mm，网纹间隔为0.08-1.02mm。
作为优选，选用乙酸乙酯稀释芯条胶，其粘度范围控制在28-32s。
作为优选，所述压制工艺为：在0.45-0.55MPa压力下，将温度由室温升至80℃保温保压1小时，升至130℃后保温保压1小时，继续升温至230℃保温保压2小时后自然降温。
作为优选，所述步骤5)中：将蜂窝叠条用纯净水浸泡3-5小时后，在拉伸机上以60mm/min的拉伸速度进行拉伸，孔格逐渐展开，观察并测量连续10个孔格的尺寸(内切圆直径)达到28.53-52.39mm范围内后，停止拉伸，将孔格完全展开后的蜂窝固定到工装上，放入烘箱中定型，由室温升温至105℃保温40min，然后继续升温至260℃下保温30min，制得定型后蜂窝。
作为优选，浸渍胶液以水溶性聚酰亚胺树脂为主体，以纯净水为溶剂进行配制，配制比例为树脂重量：溶剂重量＝5:1，达到设定的浓度后即可进行蜂窝的浸胶。浸胶速度为1mm/s，浸胶遍数为2，在下一次浸胶之前将蜂窝放入烘箱中在105℃下加热30min，第2遍浸胶完成后，将蜂窝放入烘箱由室温升温至260℃，保温2小时即完成浸渍树脂的固化。
根据上面所述方法制备的耐高温蜂窝芯材，也是本发明要求保护的主题。
采用上述技术方案后，本发明技术方案具有以下特点及有益效果：
1、本发明的显著特点是对于原材料体系的设计：率先采用对位芳纶纸，其耐温等级高出传统间位芳纶纸100℃以上；对于芯条胶，创新性地设计选用氰酸酯体系树脂，同时根据对位芳纶纸的工艺特点，有针对性地进行了树脂体系的配方调整与优化；对于浸渍树脂，构建聚酰亚胺的树脂性能与对位芳纶纸的匹配关系；另一方面，需要根据性能的平衡关系设计和合成聚酰亚胺基体树脂的分子结构。
2、对于耐高温蜂窝的制备工艺：涂胶叠合、压制、拉伸定型、浸胶固化进行了创新突破，利用已有的蜂窝设备进行制备工艺技术的创新，实现了一种低成本的设计与制备方法。
本发明针对目前传统的芳纶纸蜂窝无法达到260℃的使用要求，而某些发动机的部位对此有明确且急迫的需求，在传统的芳纶纸蜂窝制备技术的基础上提出的一个新的原材料设计体系和制造方案，制备出的耐高温芳纶纸蜂窝可以广泛地应用于固定翼或直升机发动机的某些部位中，包括现有正在服役的机型及在研的新机型，以满足这些部件对耐高温及飞机减重的急切需求。
附图说明
图1为本发明六边形蜂窝芯材结构示意图；
图2为本发明涂胶辊网纹孔格示意图。
其中：
L-纵向长度，W-横向宽度，T-高度，N-节点，B-孔格边长，D-内切圆直径，h-网纹深度，d-网纹间距，g-网纹宽度。
具体实施方式
为了使本发明更容易被清楚理解，以下结合实施例对本发明的技术方案作以详细说明。
实施例1：
制备孔格边长为1.83mm，密度为48kg/m3的正六边形耐高温芳纶纸蜂窝芯材，设计及制备步骤如下：
(1)选用定量为45g/m2、牌号为PTF的国产对位芳纶纸作为蜂窝芯材的增强材料；选用氰酸酯体系树脂作为芳纶纸粘结的芯条胶；选用聚酰亚胺树脂作为蜂窝的浸渍树脂即基体材料。
(2)对涂胶机的关键部件-涂胶辊的参数进行设计与加工，涂胶辊的网纹样式见图2，网纹深度为h：0.15-0.18mm，网纹宽度为g：1.05-1.2mm，网纹间距d：0.08-1.02mm。涂胶辊材质为不锈钢，辊面镀铬。
(3)将对位芳纶纸纸卷、涂胶辊安装到涂胶机上后，进行芯条胶胶液的配制：以添加黑色染色剂的氰酸酯树脂为主体树脂，以乙酸乙酯为溶剂，将混合液充分搅拌均匀，使用标准涂1杯测试胶液的粘度在28-30s范围内。将配制完毕的芯条胶胶液倒入涂胶槽，设定好涂胶工艺参数，开机即可进行芳纶纸的涂胶。将连续涂印芯条胶的芳纶纸按设定长度进行裁切，并进行准确定位错层叠合，直至叠合张数达到设定值，即制得压制前蜂窝叠板。
(4)使用压机压制叠板，在0.45-0.55MPa压力下，将温度由室温升至80℃保温保压1小时，升至130℃后保温保压1小时，继续升温至230℃保温保压2小时后自然降温，完成芯条胶的固化，制得蜂窝叠板。将蜂窝叠板转运至宽幅切纸机台面上，进行蜂窝叠条的切割，将叠板进行精确高度的切割，即制得蜂窝叠条。
(5)将蜂窝叠条用纯净水浸泡3-5小时后，在拉伸机上以60mm/min的拉伸速度进行拉伸，孔格逐渐展开，观察并测量连续10个孔格的尺寸(内切圆直径)达到28.53-34.87mm范围内后，停止拉伸，将孔格完全展开后的蜂窝固定到工装上，放入烘箱中定型，由室温升温至105℃保温40min，然后继续升温至260℃下保温30min，制得定型后蜂窝。
(6)在浸胶机的浸胶槽中配制浸渍胶液，胶液以水溶性聚酰亚胺树脂为主体，以纯净水为溶剂进行配制，配制比例为树脂重量：溶剂重量＝5:1，达到设定的浓度后即可进行白蜂窝的浸胶。浸胶速度为1mm/s，浸胶遍数为2，在下一次浸胶之前将蜂窝放入烘箱中在105℃下加热30min，第2遍浸胶完成后，将蜂窝放入烘箱由室温升温至260℃，保温2小时即完成浸渍树脂的固化。规格为1.83-48耐260℃高温蜂窝芯材制作完成。
其结构示意图如图1所示。
此蜂窝芯材进行室温下及260℃高温下纯芯材主要力学性能测试，其性能的高温保持率达到60％以上，满足设计的使用要求。
实施例2：
制备孔格边长为2.75mm，密度为48kg/m3的正六边形耐高温芳纶纸蜂窝芯材，设计及制备步骤如下：
(1)选用定量为45g/m2、牌号为PTF的国产对位芳纶纸作为蜂窝芯材的增强材料；选用氰酸酯体系树脂作为芳纶纸粘结的芯条胶；选用聚酰亚胺树脂作为蜂窝的浸渍树脂即基体材料。
(2)对涂胶机的关键部件-涂胶辊的参数进行设计与加工，涂胶辊的网纹样式见图2，网纹深度为h：0.18-0.20mm，网纹宽度为g：2.10-2.25mm，网纹间距g：0.08-1.02mm。涂胶辊材质为不锈钢，辊面镀铬。
(3)将对位芳纶纸纸卷、涂胶辊安装到涂胶机上后，进行芯条胶胶液的配制：以添加黑色染色剂的氰酸酯树脂为主体树脂，以乙酸乙酯为溶剂，将混合液充分搅拌均匀，使用标准涂1杯测试胶液的粘度在30-32s范围内。将配制完毕的芯条胶胶液倒入涂胶槽，设定好涂胶工艺参数，开机即可进行芳纶纸的涂胶。将连续涂印芯条胶的芳纶纸按设定长度进行裁切，并进行准确定位错层叠合，直至叠合张数达到设定值，即制得压制前蜂窝叠板。
(4)使用压机压制叠板，在0.45-0.55MPa压力下，将温度由室温升至80℃保温保压1小时，升至130℃后保温保压1小时，继续升温至230℃保温保压2小时后自然降温，完成芯条胶的固化，制得蜂窝叠板。将蜂窝叠板转运至宽幅切纸机台面上，进行蜂窝叠条的切割，将叠板进行精确高度的切割，即制得蜂窝叠条。
(5)将蜂窝叠条用纯净水浸泡3-5小时后，在拉伸机上以60mm/min的拉伸速度进行拉伸，孔格逐渐展开，观察并测量连续10个孔格的尺寸(内切圆直径)达到42.87-52.39mm范围内后，停止拉伸，将孔格完全展开后的蜂窝固定到工装上，放入烘箱中定型，由室温升温至105℃保温40min，然后继续升温至260℃下保温30min，制得定型后蜂窝。
(6)在浸胶机的浸胶槽中配制浸渍胶液，胶液以水溶性聚酰亚胺树脂为主体，以纯净水为溶剂进行配制，配制比例为树脂重量：溶剂重量＝5:1，达到设定的浓度后即可进行白蜂窝的浸胶。浸胶速度为1mm/s，浸胶遍数为2，在下一次浸胶之前将蜂窝放入烘箱中在105℃下加热30min，第2遍浸胶完成后，将蜂窝放入烘箱由室温升温至260℃，保温2小时即完成浸渍树脂的固化。规格为2.75-48的耐260℃高温蜂窝芯材制作完成。
其结构示意图如图1所示。
此蜂窝芯材进行室温及260℃高温下纯芯材主要力学性能测试，其性能的高温保持率达到60％以上，满足设计的使用要求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耐高温芳纶纸蜂窝芯材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)制备原材料，选用对位芳纶纸为增强材料、芯条胶为粘结材料，浸渍树脂作为基体材料；
2)针对特定的孔格边长，对涂胶辊的网纹宽度及深度进行设计与计算；
3)调配芯条胶在一定的粘度范围，设定涂胶机的涂胶工艺参数，将芯条胶按设定的节距尺寸规整地涂覆在对位芳纶纸上，将纸张按计算的长度裁切后，将芯条胶准确定位后进行叠合，得到蜂窝叠板；
4)设定好压制的工艺参数，将叠合完毕的蜂窝叠板在设定压力及温度下进行芯条胶的固化。叠板压制完成后，在裁切机上将叠板准确定位，按使用高度进行准确地切割；
5)将蜂窝条在设定的拉伸工艺下进行孔格的展开，达到准确的孔格尺寸后将蜂窝固定在工装上，转移至烘房，设定好温度与时间后进行蜂窝孔格的定型；
6)使用溶剂将浸渍树脂进行稀释与调配，达到设定的浓度后将定型完毕的蜂窝进行浸渍数次，达到设定的密度后，将蜂窝转移至烘房在设定的温度下进行浸渍树脂的固化，固化完成后制得成品。
2.根据权利要求1所述的耐高温芳纶纸蜂窝芯材的制备方法，其特征在于：所述芯条胶选用氰酸酯体系树脂，同时根据对位芳纶纸的工艺特点，有针对性地进行树脂体系的配方调整与优化。
3.根据权利要求1所述的耐高温芳纶纸蜂窝芯材的制备方法，其特征在于：所述浸渍树脂选用聚酰亚胺树脂，并构建其性能与对位芳纶纸的匹配关系；另一方面，需要根据性能的平衡关系设计和合成聚酰亚胺基体树脂的分子结构。
4.根据权利要求1所述的耐高温芳纶纸蜂窝芯材的制备方法，其特征在于：所述孔格边长为1.83mm或2.75mm。
5.根据权利要求1所述的耐高温芳纶纸蜂窝芯材的制备方法，其特征在于：所述涂胶辊材质为不锈钢，辊面镀铬，网纹深度为0.15-0.20mm，网纹宽度为1.05-2.25mm，网纹间隔为0.08-1.02mm。
6.根据权利要求1所述的耐高温芳纶纸蜂窝芯材的制备方法，其特征在于：选用乙酸乙酯稀释芯条胶，其粘度范围控制在28-32s。
7.根据权利要求1所述的耐高温芳纶纸蜂窝芯材的制备方法，其特征在于：所述压制工艺为：在0.45-0.55MPa压力下，将温度由室温升至80℃保温保压1小时，升至130℃后保温保压1小时，继续升温至230℃保温保压2小时后自然降温。
8.根据权利要求1所述的耐高温芳纶纸蜂窝芯材的制备方法，其特征在于：所述步骤5)中：将蜂窝叠条用纯净水浸泡3-5小时后，在拉伸机上以60mm/min的拉伸速度进行拉伸，孔格逐渐展开，观察并测量连续10个孔格的内切圆直径达到28.53-52.39mm范围内后，停止拉伸，将孔格完全展开后的蜂窝固定到工装上，放入烘箱中定型，由室温升温至105℃保温40min，然后继续升温至260℃下保温30min，制得定型后蜂窝。
9.根据权利要求1所述的耐高温芳纶纸蜂窝芯材的制备方法，其特征在于：浸渍胶液以水溶性聚酰亚胺树脂为主体，以纯净水为溶剂进行配制，配制比例为树脂重量：溶剂重量＝5:1，达到设定的浓度后即可进行白蜂窝的浸胶。浸胶速度为1mm/s，浸胶遍数为2，在下一次浸胶之前将蜂窝放入烘箱中在105℃下加热30min，第2遍浸胶完成后，将蜂窝放入烘箱由室温升温至260℃，保温2小时即完成浸渍树脂的固化。
10.根据权利要求1-9任一项所述方法制得耐高温芳纶纸蜂窝芯材。
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