CN110978560B - 一种泡沫夹层结构壁板及其成型方法 - Google Patents

一种泡沫夹层结构壁板及其成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种泡沫夹层结构壁板及其成型方法。所述方法为：铺覆多层下蒙皮预浸料，每铺覆3～5层下蒙皮预浸料通过抽真空进行预压实处理直至达到下蒙皮预浸料的预定层数，然后经过固化，得到下蒙皮预制件；将一泡沫芯材的表面包覆一层胶膜和两层预浸料，再经抽真空预压，得到泡沫预硬化件；将泡沫预硬化件置于下蒙皮预制件中，然后在泡沫预硬化件的表面铺覆多层上蒙皮预浸料，每铺覆3～5层上蒙皮预浸料通过抽真空进行预压实处理直至达到上蒙皮预浸料的预定层数，再通过热压罐进行整体固化成型，得到泡沫夹层结构壁板。本发明方法以可靠的分步成型工艺，结合高效率的原位共固化技术，解决了复杂泡沫夹层结构壁板的高质量高效率成型问题。

Description

一种泡沫夹层结构壁板及其成型方法
技术领域
本发明属于泡沫夹层结构成型技术领域，尤其涉及一种泡沫夹层结构壁板及其成型方法。
背景技术
针对结构轻量化与高承载的双重需求，结构总体对泡沫夹层结构特别是复杂大尺寸泡沫夹层结构的设计越来越青睐。目前，复杂泡沫夹层结构壁板的成型通常是采用二次胶结的方法进行，现有工艺过程通常工作效率低，工序繁琐，通常需要较多模具，内部质量控制较差，人力物力成本较高。此外，传统的工艺也容易造成泡沫下蒙皮大面积疏松缺陷，同时维型泡沫易出现塌陷风险。
针对上述问题，非常有必要提供一种新的泡沫夹层结构壁板的成型方法以及由此成型得到的泡沫夹层结构壁板。
发明内容
为了解决现有泡沫夹层结构壁板存在的技术问题，本发明提供了一种泡沫夹层结构壁板及其成型方法。本发明成型方法以可靠的分步成型工艺结合高效率的原位共固化技术，解决了复杂泡沫夹层结构壁板的高质量高效率成型问题。
为了实现上述目的，本发明在第一方面提供了一种泡沫夹层结构壁板的成型方法，所述方法包括如下步骤：
(1)铺覆多层下蒙皮预浸料，在所述铺覆过程中，每铺覆3～5层所述下蒙皮预浸料通过抽真空的方式进行预压实处理直至达到所述下蒙皮预浸料的预定层数，然后经过固化，得到下蒙皮预制件；
(2)将一泡沫芯材的表面包覆一层胶膜和两层预浸料，再经抽真空预压，得到泡沫预硬化件；
(3)将所述泡沫预硬化件置于所述下蒙皮预制件中，然后在所述泡沫预硬化件的表面铺覆多层上蒙皮预浸料，在所述铺覆过程中，每铺覆3～5层所述上蒙皮预浸料通过抽真空的方式进行预压实处理直至达到所述上蒙皮预浸料的预定层数，再通过热压罐进行整体固化成型，得到泡沫夹层结构壁板。
优选地，在步骤(2)中：将一泡沫芯材分割成多块分块泡沫芯材，分割形成的每相邻两块所述分块泡沫芯材之间的间隙通过胶膜进行补强处理，然后在所述多块分块泡沫芯材的表面整体包覆一层胶膜和两层预浸料，再经抽真空预压，得到所述泡沫预硬化件。
优选地，将一泡沫芯材分割成4～5块分块泡沫芯材。
优选地，分割形成的每相邻两块所述分块泡沫芯材之间的间隙为0.3～0.4mm。
优选地，在步骤(3)中，所述热压罐固化压力不大于650kPa。
优选地，在步骤(1)中的所述铺覆过程中，每铺覆5层所述下蒙皮预浸料通过抽真空的方式进行所述预压实处理；和/或在步骤(3)中的所述铺覆过程中，每铺覆5层所述上蒙皮预浸料通过抽真空的方式进行所述预压实处理。
优选地，所述下蒙皮预浸料、所述上蒙皮预浸料和/或包覆在所述多块分块泡沫芯材上的预浸料的含胶量为35％～37％。
优选地，所述胶膜的固化条件与所述下蒙皮预浸料、所述上蒙皮预浸料和包覆在所述多块分块泡沫芯材上的预浸料的固化条件相同。
优选地，所述下蒙皮预浸料和/或所述上蒙皮预浸料为高温环氧预浸料；和/或所述胶膜为耐高温胶膜；和/或所述泡沫芯材为聚甲基丙烯酰亚胺泡沫芯材。
本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的成型方法成型得到的泡沫夹层结构壁板。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
(1)本发明方法针对大尺寸复杂泡沫夹层壁板结构，采用原位集成共固化的方式，即前级特征预压实或固化后，作为后级特征的“基准”或“模具”，通过逐步(预)固化-共固化的方法，将复杂构型部件先“化整为零”，再“化零为整”，进而形成整体结构；相比传统复杂型面泡沫夹层结构成型，其内部成型质量具有突出优势。
(2)本发明特别涉及一种逐步(预)固化-共固化的方法，通过分别控制蒙皮、蒙皮与泡沫界面等成型质量以构成完整的原位共固化成型质量控制技术；本发明方法可解决现有技术的不足与缺失，并可提高工作效率和降低生产成本，其关键技术在于：本发明以可靠的分步成型工艺，将下蒙皮进行高质量成型后，结合高效率的原位共固化技术，以固化好的下蒙皮作为模具，进行泡沫和上蒙皮的原位共固化成型，保证了内部成型质量，实现了复杂泡沫夹层结构壁板原位共固化成型质量控制。
(3)本发明方法采用壁板下蒙皮预压实预固化成型，解决了泡沫夹层结构壁板特别是大尺寸复杂泡沫夹层结构壁板的下蒙皮质量疏松的问题。
(4)本发明在成型泡沫夹层结构壁板时，采用下蒙皮预制件为“基准”或“模具”，在下蒙皮预制件的基础上依次铺覆泡沫预硬化件和上蒙皮预浸料，并且对壁板上蒙皮预浸料进行了预压实处理，最后经整体原位共固化成型，保证了泡沫夹层结构壁板上蒙皮的成型质量。
(5)本发明的一些优选实施方案中，采用泡沫芯材分块包覆并固化的方式，在保证减重的前提下，不仅提高了泡沫的强度，还解决了整块泡沫直接使用易出现塌陷的问题。
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，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明在第一方面提供了一种泡沫夹层结构壁板的成型方法，所述方法包括如下步骤：
(1)铺覆多层下蒙皮预浸料，在所述铺覆过程中，每铺覆3～5层(例如3、4或5层)所述下蒙皮预浸料通过抽真空的方式进行预压实处理直至达到所述下蒙皮预浸料的预定层数，然后经过固化，得到下蒙皮预制件。
(2)将一泡沫芯材的表面包覆一层胶膜和两层预浸料(例如碳布预浸料)，再经抽真空预压，得到泡沫预硬化件；在本发明中，将所述泡沫芯材的表面包覆所述胶膜之后，再包覆两层预浸料，再经抽真空工艺下进行预压，达到预固化(半固化或固化状态)从而形成所述泡沫预硬化件(泡沫预硬化体)。
(3)将所述泡沫预硬化件置于所述下蒙皮预制件中，然后在所述泡沫预硬化件的表面铺覆多层上蒙皮预浸料，在所述铺覆过程中，每铺覆3～5层(例如3、4或5层)所述上蒙皮预浸料通过抽真空的方式进行预压实处理直至达到所述上蒙皮预浸料的预定层数，再通过热压罐进行整体固化成型，得到泡沫夹层结构壁板；在本发明中，所述泡沫夹层结构壁板从下至上依次包括壁板下蒙皮、泡沫夹层和壁板上蒙皮。
本发明方法具体包括高温泡沫变形控制，预浸料预压实状态控制，固化制度确定，界面质量控制、泡沫分块拼接以及多层次固化等几个重要方面。本发明方法可解决现有技术的不足与缺失，并可提高工作效率和降低生产成本，其关键技术在于：本发明以可靠的分步成型工艺，将下蒙皮进行高质量成型后，结合高效率的原位共固化技术，以固化好的下蒙皮作为模具，进行泡沫和上蒙皮的原位共固化成型，保证了内部成型质量，实现了复杂泡沫夹层结构壁板原位共固化成型质量控制。
本发明方法以可靠的分步成型工艺结合高效率的原位共固化技术，解决了复杂泡沫夹层结构壁板的高质量高效率成型问题，相比传统的采用泡沫下蒙皮、维型泡沫、泡沫上蒙皮整体共胶接固化的成型方式，可以有效避免传统共固化方式由于泡沫芯材不利于传力而导致出现层间间隙及产品内部质量缺陷的问题，本发明采用壁板下蒙皮预压实预固化成型，解决了泡沫夹层结构壁板特别是大尺寸复杂泡沫夹层结构壁板的下蒙皮质量疏松的问题，同时对壁板上蒙皮预浸料进行了预压实处理也保证了泡沫夹层结构壁板上蒙皮的成型质量。
根据一些优选的实施方式，在步骤(2)中：将一泡沫芯材分割(切割)成多块分块泡沫芯材，分割形成的每相邻两块所述分块泡沫芯材之间的间隙通过胶膜进行补强处理，然后在所述多块分块泡沫芯材的表面整体包覆一层胶膜和两层预浸料，再经抽真空预压，得到所述泡沫预硬化件；在本发明中，将一泡沫芯材例如在水平方向切割成多块所述分块泡沫芯材，多块所述分块泡沫芯材之间的间隙通过胶膜进行补强拼接处理。本发明对于大块复杂泡沫夹层结构优选为依据具体构型进行分块处理，本发明人发现采用泡沫芯材分块包覆胶膜和预浸料(优选为碳布预浸料)并固化的方式，除了解决了整块泡沫直接使用易出现塌陷的问题外，在分块泡沫芯材的表面还包覆两层碳布预浸料在保证减重的前提下，明显提高了泡沫芯材的强度。
根据一些优选的实施方式，将一泡沫芯材分割成4～5块分块泡沫芯材。
根据一些优选的实施方式，分割形成的每相邻两块所述分块泡沫芯材之间的间隙为0.3～0.4mm(例如0.3、0.35或0.4mm)。
根据一些优选的实施方式，在步骤(3)中，所述热压罐固化压力不大于650kPa。
根据一些优选的实施方式，在步骤(1)中的所述铺覆过程中，每铺覆5层所述下蒙皮预浸料通过抽真空的方式进行所述预压实处理；和/或在步骤(3)中的所述铺覆过程中，每铺覆5层所述上蒙皮预浸料通过抽真空的方式进行所述预压实处理。
根据一些优选的实施方式，所述下蒙皮预浸料、所述上蒙皮预浸料和/或包覆在所述多块分块泡沫芯材上的预浸料的含胶量为35％～37％；在本发明中，将预浸料的含胶量控制在35％～37％，有利于保证成型后尺寸的偏差在合适的范围之内。
根据一些优选的实施方式，所述胶膜的固化条件与所述下蒙皮预浸料、所述上蒙皮预浸料和包覆在所述多块分块泡沫芯材上的预浸料的固化条件相同；在本发明中，在已固化下蒙皮上依次铺覆泡沫和上蒙皮，泡沫与所述上蒙皮、所述下蒙皮之间的界面采用相同固化制度条件的胶膜有利于进行增强处理。
根据一些优选的实施方式，所述下蒙皮预浸料和/或所述上蒙皮预浸料为纤维增强树脂基环氧预浸料(例如碳纤维增强8522高温环氧预浸料)，在本发明中，8522指的是一种高温环氧树脂，用该树脂与碳布或单向碳纤维加工出来的料叫做8522碳布预浸料或8522单向预浸料。
根据一些优选的实施方式，所述胶膜形成了胶膜层，所述胶膜层厚应较小(例如由所述胶膜形成厚度为0.2mm的单层胶膜)；在本发明中，所述胶膜例如可以为耐高温胶膜，所述耐高温胶膜例如可以为耐高温J-271胶膜，其中，J-271指的是耐高温胶膜的型号。
根据一些优选的实施方式，所述泡沫芯材为聚甲基丙烯酰亚胺泡沫芯材(PMI泡沫芯材)。
根据一些具体的实施方式，所述泡沫夹层结构壁板的成型方法，包括：
首先，确认泡沫耐温等级与预浸料以及胶膜的固化制度相匹配。
其次，下蒙皮预制成型：根据铺层序列每隔5层下蒙皮预浸料抽真空，对所述泡沫夹层结构壁板结构的下蒙皮预浸料进行合适压力和时间下的预压实处理，直至完成整体下蒙皮的预制成型，完成后对壁板结构的下蒙皮按固化制度先进行固化处理。
然后，在已固化下蒙皮上依次铺覆泡沫和上蒙皮：大块夹层结构需依据具体构型进行分块处理，分块间隙在0.3～0.4mm左右为宜，间隙通过胶膜进行补强处理，泡沫上整体包覆一层胶膜和两层碳布预浸料，进行抽真空预压，得到泡沫预硬化件；将所述泡沫预硬化件置于所述下蒙皮预制件中，然后在所述泡沫预硬化件的表面铺覆多层上蒙皮预浸料，对上蒙皮，根据铺层序列每隔5层上蒙皮预浸料抽真空，对所述泡沫夹层结构壁板结构的上蒙皮预浸料进行合适压力和时间下的预压实处理，直至完成整体上蒙皮的预制成型；其中，上蒙皮预浸料、下蒙皮预浸料和碳布预尽量的含胶量需控制在35％～37％左右，以保证成型后尺寸的偏差。
最后，为保证整体成型质量以及泡沫的稳定性，铺覆完毕后，整体通过热压罐进行固化成型，热压罐固化压力不大于650KPa。
本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的成型方法成型得到的泡沫夹层结构壁板。本发明成型得到的泡沫夹层结构壁板工作效率高、生产成本低，产品质量高、产品稳定性好。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。这些实施例只是就本发明的优选实施方式进行举例说明，本发明的保护范围不应解释为仅限于这些实施例。
实施例1
成型一种泡沫夹层结构壁板，包括壁板下蒙皮、泡沫夹层和壁板上蒙皮，所述下蒙皮预浸料和所述上蒙皮预浸料采用8522高温环氧预浸料、所述泡沫芯材采用PMI泡沫芯材。
具体制备过程通过以下步骤实现：
①下蒙皮预制成型：铺覆15层下蒙皮预浸料，根据铺层序列每铺覆5层所述下蒙皮预浸料通过抽真空的方式进行预压实处理直至达到所述下蒙皮预浸料的预定层数，直至完成整体下蒙皮的预制成型，得到壁板下蒙皮预制件坯体，完成后对壁板结构的下蒙皮预制件坯体按固化制度先进行固化处理：将模具放入热压罐中，在壁板下蒙皮预制件坯体表面包覆无孔膜、透气毡、真空袋，升温至125℃，压强为0.2MPa，保压，继续升温；升温至135℃，压强为0.4MPa，保压，继续升温；升温至140℃时，压强为0.4MPa，保温保压2小时；升温至180℃时，压强为0.4MPa，保温保压2小时，得到下蒙皮预制件。
②泡沫预硬化件成型：
将加工好的一泡沫芯材切割成5块分块泡沫芯材，分割形成的每相邻两块所述分块泡沫芯材之间的间隙通过耐高温胶膜(耐高温J-271胶膜)进行补强处理，然后在所述多块分块泡沫芯材的表面整体包覆一层胶膜(耐高温J-271胶膜)和两层预浸料(8522碳布预浸料)，再经抽真空预压，得到所述泡沫预硬化件；其中，分割形成的每相邻两块所述分块泡沫芯材之间的间隙为0.3mm。
③泡沫夹层结构壁板整体固化成型：
将步骤②得到的所述泡沫预硬化件置于步骤①得到的所述下蒙皮预制件中，然后在所述泡沫预硬化件的表面铺覆15层上蒙皮预浸料，在所述铺覆过程中，每铺覆5层所述上蒙皮预浸料通过抽真空的方式进行预压实处理直至达到所述上蒙皮预浸料的预定层数，得到泡沫夹层结构壁板预制件，再通过热压罐进行整体固化成型，得到泡沫夹层结构壁板，整体共固化成型为：将模具放入热压罐中，在泡沫夹层结构壁板预制件表面包覆无孔膜、透气毡、真空袋，升温至125℃，压强为0.1MPa，保压，继续升温；升温至135℃，压强为0.4MPa，保压，继续升温；升温至140℃时，压强为0.4MPa，保温保压2小时；升温至180℃时，压强为0.4MPa，保温保压2小时，得到泡沫夹层结构壁板。
本实施例制得的所述泡沫夹层结构壁板在温度为180℃的环境下压缩强度为2.1MPa，经接触式脉冲反射法检测壁板下蒙皮未出现疏松缺陷。
对比例1
对比例1与实施例1基本相同，不同之处在于：
②泡沫预硬化件成型：将加工好的一泡沫芯材切割成5块分块泡沫芯材，分割形成的每相邻两块所述分块泡沫芯材之间的间隙通过耐高温胶膜(耐高温J-271胶膜)进行补强处理，然后在所述多块分块泡沫芯材的表面整体包覆一层胶膜(耐高温J-271胶膜)，再经抽真空预压，得到所述泡沫预硬化件；其中，分割形成的每相邻两块所述分块泡沫芯材之间的间隙为0.3mm。
本对比例制得的泡沫夹层结构壁板在温度为180℃的环境下压缩强度为0.8MPa，经接触式脉冲反射法检测壁板下蒙皮未出现疏松缺陷。
对比例2
对比例2与实施例1基本相同，不同之处在于：
在步骤①中，下蒙皮预制成型：直接铺覆15层下蒙皮预浸料，在铺覆过程中，未进行预压实处理，直接得到了壁板下蒙皮预制件坯体，然后对壁板结构的下蒙皮预制件坯体按固化制度先进行固化处理。
在步骤③中，直接在所述泡沫预硬化件的表面铺覆15层上蒙皮预浸料，在铺覆过程中，未进行预压实处理，直接得到了泡沫夹层结构壁板预制件，再通过热压罐进行整体固化成型，得到泡沫夹层结构壁板。
本对比例制得的泡沫夹层结构壁板在温度为180℃的环境下压缩强度为1.5MPa，经接触式脉冲反射法检测壁板下蒙皮出现大面积疏松缺陷。
对比例3
采用传统的泡沫下蒙皮、维型泡沫、泡沫上蒙皮整体共胶接固化的成型方式成型一种泡沫夹层结构壁板：
在下模中直接铺覆多层下蒙皮预浸料，然后将加工好的泡沫芯材的外表面铺贴一层胶膜，并将包好胶膜的泡沫芯材至于下蒙皮中，继续在泡沫芯材的上表面直接铺覆多层上蒙皮预浸料，并将模具的上模放置在上蒙皮预浸料上，最后将模具放在热压罐中上，按照固化制度进行固化：将模具放入热压罐中，在泡沫夹层结构壁板预制件表面包覆无孔膜、透气毡、真空袋，升温至125℃，压强为0.2MPa，保压，继续升温；升温至135℃，压强为0.4MPa，保压，继续升温；升温至140℃时，压强为0.4MPa，保温保压2小时；升温至180℃时，压强为0.4MPa，保温保压2小时，得到泡沫夹层结构壁板。
本对比例制得的泡沫夹层结构壁板在温度为180℃的环境下压缩强度为0.6MPa，经接触式脉冲反射法检测口盖下面板蒙皮出现大面积疏松缺陷。
最后说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种泡沫夹层结构壁板的成型方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)铺覆多层下蒙皮预浸料，在所述铺覆过程中，每铺覆3～5层所述下蒙皮预浸料通过抽真空的方式进行预压实处理直至达到所述下蒙皮预浸料的预定层数，然后经过固化，得到下蒙皮预制件；
(2)将一泡沫芯材分割成多块分块泡沫芯材，分割形成的每相邻两块所述分块泡沫芯材之间的间隙通过胶膜进行补强处理，然后在所述多块分块泡沫芯材的表面整体包覆一层胶膜和两层预浸料，再经抽真空预压，得到泡沫预硬化件；
(3)将所述泡沫预硬化件置于所述下蒙皮预制件中，然后在所述泡沫预硬化件的表面铺覆多层上蒙皮预浸料，在所述铺覆过程中，每铺覆3～5层所述上蒙皮预浸料通过抽真空的方式进行预压实处理直至达到所述上蒙皮预浸料的预定层数，再通过热压罐进行整体固化成型，得到泡沫夹层结构壁板。
2.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：
将一泡沫芯材分割成4～5块分块泡沫芯材。
3.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：
分割形成的每相邻两块所述分块泡沫芯材之间的间隙为0.3～0.4mm。
4.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：
在步骤(3)中，所述热压罐固化压力不大于650kPa。
5.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：
在步骤(1)中的所述铺覆过程中，每铺覆5层所述下蒙皮预浸料通过抽真空的方式进行所述预压实处理；和/或
在步骤(3)中的所述铺覆过程中，每铺覆5层所述上蒙皮预浸料通过抽真空的方式进行所述预压实处理。
6.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：
所述下蒙皮预浸料、所述上蒙皮预浸料和/或包覆在所述多块分块泡沫芯材上的预浸料的含胶量为35％～37％。
7.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：
所述胶膜的固化条件与所述下蒙皮预浸料、所述上蒙皮预浸料和包覆在所述多块分块泡沫芯材上的预浸料的固化条件相同。
8.根据权利要求1至7任一项所述的成型方法，其特征在于：
所述下蒙皮预浸料和/或所述上蒙皮预浸料为高温环氧预浸料；和/或
所述胶膜为耐高温胶膜；和/或
所述泡沫芯材为聚甲基丙烯酰亚胺泡沫芯材。
9.由权利要求1至8任一项所述的成型方法成型得到的泡沫夹层结构壁板。
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