CN111634078A - 一种超轻耐高温蜂窝芯材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种超轻耐高温蜂窝芯材及其制备方法，包括芯条胶印制：在料块上印制芯条胶，相邻两条芯条胶之间的宽度为印制的芯条胶宽度的三倍，铺叠料块，上下相邻两层料块中芯条胶间隔相等且等于芯条胶宽度，制得未固化蜂窝叠块；芯条胶固化；蜂窝拉伸：将经过加压固化处理的蜂窝叠块进行拉伸，直到蜂窝孔格拉伸至正六边形状态；浸渍胶液：将拉伸后的蜂窝块在浸胶槽中浸渍耐高温浸渍胶；浸渍胶的固化：在设定温度下固化耐高温浸渍胶，固化完成后得到蜂窝芯材。本发明可以适用于边长低至2.00～11.00mm，公称密度低至49～110Kg/m3蜂窝芯材的制备，赋予蜂窝以优异的抗压性能和抗剪切性能，实现300℃高温下的长时稳定工作。

Description

一种超轻耐高温蜂窝芯材及其制备方法
技术领域
本发明属于蜂窝制备技术领域，涉及一种超轻耐高温蜂窝芯材及其制备方法。
背景技术
随着航天运载器技术的发展，尤其是以战略战术导弹为代表的高超飞行器领域，对各种高性能材料提出了新需求。由于飞行器飞行马赫数进一步提高，相应的部件如空气舵、阻力板等结构层的表面温度均达到300℃以上。蜂窝夹层结构材料是一种高效的轻质、高比强、高比刚度材料，既可用于结构件，也可用于隔热、降噪等功能件的制造，是未来先进飞行器制造的主要选材之一。现有的各类蜂窝中，仅有激光焊接钛合金蜂窝和高温合金钢蜂窝能满足耐温要求，但金属蜂窝容重较大；而低容重的聚合物基蜂窝如Nomex蜂窝存在基体和芯条胶在300℃下力学性能大幅度衰减的严重问题，急需提高蜂窝材料的耐温等级，填补我国轻质耐300℃高温蜂窝芯材技术空白。
另外，现有玻璃布蜂窝耐温等级低于200℃，蜂窝的边长多为5mm以上，孔格的较大，缺乏高性能的小边长如2.75mm小孔格耐高温蜂窝，其抗压性能和剪切性能有待进一步提高。再者，蜂窝芯条胶的印制分为自动涂胶机印胶和普通手工印胶两种。自动涂胶机印胶得到的芯条胶效率高，印胶均匀，制得的蜂窝较为规整，但设备成本较高，适用于大批量单一品种蜂窝连续化生产需求。普通手工印胶法相对粗糙，印胶均匀性和规整性相对较差，但传统的普通手工法存在蜂窝叠层定位不准确，蜂窝规整性差，劳动强度大，制备效率低等缺点，均不能满足航空航天多品种、小批量、高质量和高性能的要求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种超轻耐高温蜂窝芯材及其制备方法，采用料块用材的预处理工艺，控制芯条胶的渗透性和扩散效应，改善了芯条胶向玻璃布背面的渗透和在宽度方向的扩展；采用具有双网版，自动定位功能的丝网印刷工艺印制芯条胶，解决了传统的手工印胶法节点胶厚度均匀差，目视法叠层定位不准确导致的蜂窝孔格规整度差的难题，又保证了蜂窝的高质量。采用0°/90°、±30°、±45°和±60°等织物组织结构，同时采用不同组织结构的料块按照设定规则的交替叠层，赋予了蜂窝抗压性能的同时提高其剪切强度。采用自制的耐高温芯条胶和聚酰亚胺浸渍胶，实现了蜂窝耐温等级提升至300℃以上的目的，本发明还具有成本低，适合多品种，小批量，高性能蜂窝的优点，可以满足航空航天等高科技领域的高要求，从而完成本发明。
本发明的目的在于提供以下技术方案：
第一方面，一种超轻耐高温蜂窝芯材的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，芯条胶印制：在料块上印制芯条胶，相邻两条芯条胶之间的宽度为印制的芯条胶宽度的三倍，铺叠料块，上下相邻两层料块中芯条胶间隔相等且等于芯条胶宽度，制得未固化蜂窝叠块；
步骤2，芯条胶固化：对蜂窝叠块的芯条胶进行加热加压固化；
步骤3，蜂窝拉伸：将经过加压固化处理的蜂窝叠块进行拉伸，直到蜂窝孔格拉伸至正六边形状态；
步骤4，浸渍胶液：将拉伸后的蜂窝叠块在浸胶槽中浸渍耐高温浸渍胶；
步骤5，浸渍胶的固化：在设定温度下固化耐高温浸渍胶，固化完成后得到蜂窝芯材。
第二方面，一种超轻耐高温蜂窝芯材，通过第一方面所述的制备方法制备得到。
本发明提供的一种超轻耐高温蜂窝芯材及其制备方法，带来了有益的技术效果：
(1)本发明可以适用于边长低至2.00～11.00mm，公称密度低至49～110Kg/m3蜂窝芯材的制备，当采用超薄耐高温玻璃布时，可以制得边长低至2.00mm，公称密度低至49Kg/m3小孔格蜂窝芯材，实现了可长时耐300℃高温的同时大幅减重，且具有优异的抗压和抗剪性能，填补了国内轻质耐高温蜂窝芯材制备技术的空白。
(2)本发明利用涂胶机采用流延法实现了织物连续机械化预处理技术，利于解决芯条胶印制过程中的厚度方向渗透和边缘扩散难题。
(3)本发明首次采用丝网印刷工艺实现芯条胶的印制，克服了牛皮纸印刷等传统手工印刷存在的印胶量难以控制、印胶均匀性差等工艺难题，采用丝网印刷工艺制得的蜂窝规整度高，蜂窝节点粘接均匀且强度高，操作简易方便，极大地减少了人工和设备成本。
(4)本发明采用自制的高性能聚酰亚胺芯条胶，制得的蜂窝300℃高温下节点稳定，力学强度保持率可达70％以上。
(5)本发明中耐高温蜂窝芯条胶，采用的玻璃化温度Tg＞300℃的聚酰亚胺树脂固化温度一般大于300℃，通过加入活性改性剂降低芯条胶的起始固化温度，使芯条胶在250℃以下实现部分固化，达到蜂窝节点强度的要求，然后随蜂窝浸渍胶固化时再进一步固化达到充分固化提高蜂窝节点强度目的。这种分步固化的特点可以获得良好工艺性，降低能耗、提高制备效率。
(6)本发明利用热塑性树脂微粒在活性改性剂中常温不溶，高温可溶的特点，控制芯条胶流变特点。首先，常温下热塑性树脂不溶，可以显著增加热塑性树脂的添加量以解决热塑性树脂溶解后带来的拉丝现象，有利于芯条胶涂胶质量的提高。其次，加热固化过程中热塑性树脂溶解，芯条胶粘度大幅提高，解决了芯条胶在固化压力作用下向玻璃布基材背后的透胶现象，还可显著改善耐高温芯条胶的韧性，提高蜂窝节点强度。
(7)本发明以无机纳米粒子和颗粒状热塑性树脂微粒为触变剂，改变芯条胶的流体特性，使其符合假塑性流体的特点，该状态的芯条胶在不受力时粘度较大，可改善节点涂胶时芯条胶向玻璃布背后的渗透现象，提高蜂窝的质量。
(8)本发明选择预先以1/4-1/3份热塑性树脂在高温下溶解于活性改性剂中，这使制备的芯条胶具有一定的粘度，防止后续加入的剩余的热塑性树脂微粒和无机纳米粒子在芯条胶溶液中出现沉降。此外，本发明中热塑性树脂粒子和无机纳米粒子具有适宜的粒径，也提高了粒子在溶液中的稳定性，本发明制备的芯条胶无固体沉淀和析出。
(9)本发明芯条胶中热塑性树脂微粒不需要溶解在溶剂中，因此不需要大量高沸点极性溶剂，在普通溶剂中可实现芯条胶的溶解，提高了溶剂的选择范围，利于满足环保要求。
(10)本发明选择的主体树脂、活性改性剂、热塑性树脂和无机纳米粒子的耐温等级均高于300℃，保证了芯条胶整体的耐热性，300℃蜂窝节点强度≥3N/cm。此外，该芯条胶室温粘度高而且无拉丝现象，制备蜂窝叠块，节点处玻璃布无透胶现象，蜂窝规整质量良好，室温蜂窝节点强度≥5N/cm。该芯条胶及制备方法不但适用于超薄玻璃布蜂窝，对其他类型的玻璃布、纸蜂窝都有重要的推广价值。
(11)本发明中蜂窝芯拉伸-浸渍-固化一体化装置，蜂窝拉伸机架与浸胶槽一体化设计，实现了蜂窝拉伸、浸胶同步进行，有效提高了工作效率；浸胶槽与拉伸机架分离后，拉伸机架可直接移至高温烘箱中进行蜂窝固化定型，本装置实现了蜂窝芯拉伸、蜂窝浸胶、以及浸渍胶固化多功能一体化。
(12)本发明中蜂窝芯拉伸-浸渍-固化一体化装置，滚珠丝杠与导轨优选采用了高强度、高硬度、低膨胀系数和优异的耐腐蚀性的不锈钢材质，解决了高温固化时滚珠丝杠和导轨发生弯曲变形和腐蚀的难题。
(13)本发明中蜂窝芯拉伸-浸渍-固化一体化装置，拉伸蜂窝时无需额外复杂准确度低的限位固定机构，而是借助滚珠丝杠与直线运动球轴承之间的相互咬合力实现拉伸方向任意位置的精准定位，保证蜂窝形状的规整性。
(14)本发明中蜂窝芯拉伸-浸渍-固化一体化装置，为解决滚珠丝杠、导轨与拉伸机架框架线膨胀系数不同的问题，滚珠丝杠、导轨与拉伸机架框架连接部位采用可拆卸机械连接，蜂窝拉伸时通过螺纹连接件固定，蜂窝拉伸到预定位置后，可拆去螺纹连接件，使得滚珠丝杠与导轨在高温下无干涉膨胀，解决了长时间多频次高温固化后金属导轨发生变形的问题，实现了关键零件可重复利用性。
附图说明
图1示出本发明蜂窝芯材制备过程示意图；
图2示出印制出的实芯形芯条胶；
图3示出印制出的圆孔形芯条胶(圆点为芯条胶)；
图4示出印制出的网纹形芯条胶(网纹为芯条胶)；
图5示出印制出的斜纹形芯条胶(斜纹为芯条胶)；
图6示出本发明一种优选实施方式中蜂窝拉伸-浸渍-固化一体化装置立体示意图；
图7示出本发明一种优选实施方式中拉伸机架及传动单元示意图；
图8示出本发明一种优选实施方式中传动单元结构示意图；
图9示出蜂窝拉伸带结构示意图；
图10示出本发明一种优选实施方式中浸胶单元结构示意图。
附图标号说明
1-拉伸机架、11-矩形方管、12-固定块、2-传动单元、21-滚珠丝杠、22-导轨、23-手轮、24-直线运动球轴承、25-活动块、26-插杆、3-浸胶单元、31-浸胶槽、32-导流口、33-胶槽框架。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。
根据本发明的第一方面，如图1所示，提供了一种超轻耐高温蜂窝芯材的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，芯条胶印制：在料块上印制芯条胶，相邻两条芯条胶之间的宽度为印制的芯条胶宽度的三倍，铺叠料块，上下相邻两层料块中芯条胶间隔相等且等于芯条胶宽度，制得未固化蜂窝叠块；
步骤2，芯条胶固化：对蜂窝叠块的芯条胶进行加热加压固化；
步骤3，蜂窝拉伸：将经过加压固化处理的蜂窝叠块进行拉伸，直到蜂窝孔格拉伸至正六边形状态；
步骤4，浸渍胶液：将拉伸后的蜂窝叠块在浸胶槽中浸渍耐高温浸渍胶；
步骤5，浸渍胶的固化：在设定温度下固化耐高温浸渍胶，固化完成后得到蜂窝芯材。
在本发明中，在对料块印制芯条胶前，还包括对料块用材进行预处理，预处理方法包括如下步骤：
通过溶剂将聚酰亚胺酸树脂调至粘度50～200cP，在涂胶机上采用流延法按聚酰亚胺酸树脂与料块用材的质量百分比1wt％～6wt％，将该树脂均匀地涂覆于料块用材上，并于100℃～150℃烘干。
预处理用聚酰亚胺酸树脂选自酮酐型、联苯酐型、醚酐或氟酐型聚酰亚胺树脂，玻璃化转变温度为280℃～350℃。
所述溶剂选自二乙二醇二甲醚、N,N二甲基乙酰胺(DMAC)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)中任意一种或多种。
该预处理过程中采用流延法，实现了织物连续机械化预处理技术，且料块用材的预处理利于解决芯条胶印制过程中的厚度方向渗透和边缘扩散的难题。
在本发明中，规定尺寸的料块通过预先剪裁得到，如将预处理后的纤维布剪裁成规定尺寸的料块。
对于步骤1芯条胶的印制：
在本发明中，料块用材可以选择无碱(EW)玻璃布、电子玻璃布、聚对苯基苯并二噁唑(PBO)织物或无纺布、聚酰亚胺(PI)织物或无纺布、碳布、石英布中的任意一种或多种。
进一步地，料块用材的厚度≤0.2mm，优选为0.045～0.20mm，耐温≥300℃。
在本发明中，采用具有双网版自动定位丝网印刷设备在料块上印制芯条胶，丝网印刷设备一般用于纺织印花领域或者电子印刷领域，还未有发现用于蜂窝芯材制备领域。
该具有双网版自动定位丝网印刷设备可为现有技术中已有设备，在此不再赘述。通过双网版自动定位连续印制工艺，可以大大提高印胶效率，制得的蜂窝规整度高，操作简易方便，适用性强，可以满足多品种，小批量的生产要求，推动了蜂窝芯材制备的工艺成熟度发展。
在一种优选的实施方式中，如图2～5所示，印制的芯条胶可以为实芯形，也可以为斜纹形、网纹形、圆孔形等非实芯形；采用实芯形的芯条胶，蜂窝节点处强度高，但对于厚度极薄或者渗透性好的料块来说容易透胶，造成粘连现象；采用非实芯形的芯条胶，则可以有效避免透胶现象。
在本发明中，为适应高温需求且降低透胶现象，制备得到了一种耐高温蜂窝芯条胶，由包括如下质量配比的组分制备得到：
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在本发明一种优选实施方式中，聚酰亚胺树脂选自PMR法合成的热固性聚酰亚胺树脂，炔基封端或降冰片烯封端。
在本发明一种优选实施方式中，活性改性剂选自炔基苯并噁嗪树脂、酚醛型氰酸脂树脂、或双马来酰亚胺树脂等中的任意一种或多种，优选炔基苯并噁嗪树脂。活性改性剂反应活性高，固化温度下对热塑性树脂的溶解效果好。
在本发明一种优选实施方式中，热塑性树脂选自聚芳醚砜树脂、聚酰胺酰亚胺树脂或聚酰亚胺树脂等中的任意一种或多种，优选玻璃化温度Tg＞300℃的聚酰亚胺树脂，其耐热性与主体树脂相匹配。
进一步地，热塑性树脂为热塑性树脂颗粒，粒径为10～30μm，优选10～20μm。上述范围的粒径有利于热塑性树脂在芯条胶溶液中的稳定。
在本发明一种优选实施方式中，无机纳米粒子选自纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、微纳米石墨粉等中一种或多种，优选纳米二氧化硅。纳米二氧化硅成本低，介电性能好。
进一步地，无机纳米粒子的粒径为50～250nm，优选150～200nm。
在本发明一种优选实施方式中，溶剂选自丙酮，丁酮，环己烷，四氢呋喃、二乙二醇二甲醚、N，N’-二甲基乙酰胺(DMAC)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)中任意一种或多种，优选丙酮，丙酮沸点低，毒性小，成本低。
进一步地，该耐高温蜂窝芯条胶由包括以下步骤的方法制备得到：
步骤1，将1/4～1/3的热塑性树脂加入到活性改性剂中，在100～150℃范围内溶解，然后降温至80℃以下，将剩余的热塑性树脂和无机纳米粒子加入到活性改性剂中，搅拌分散获得组分A；
步骤2，在室温搅拌条件下，将聚酰亚胺树脂、组分A加入到溶剂中进行溶解和分散，得到均匀稳定的蜂窝芯条胶。
本发明中，选择将1/4～1/3的热塑性树脂预先溶解于活性改性剂中，这使制备的芯条胶具有一定的粘度，防止后续加入的剩余的热塑性树脂微米颗粒和无机纳米粒子在芯条胶溶液中出现沉降且可改善节点涂胶时芯条胶向玻璃布背后的渗透现象。若预先溶解的热塑性树脂过少，且低于1/4热塑性树脂，则芯条胶溶液粘度太低，颗粒状热塑性树脂容易出现沉降的现象；若预先溶解的热塑性树脂过多，且高于1/3热塑性树脂，则制备的芯条胶溶液粘度较大，在印刷时芯条胶容易出现拉丝的现象。
在本发明一种优选实施方式中，热塑性树脂溶解于活性改性剂中的温度为100～130℃。
在本发明一种优选实施方式中，剩余的热塑性树脂和无机纳米粒子加入到活性改性剂中的温度为50～80℃。
在本发明中，料块为纤维织物时，纤维织物的组织结构包括0°/90°、±30°、±45°或±60°中任意一种或多种，优选0°/90°和±45°组织结构。
蜂窝叠块中相邻两层料块的组织结构可以相同也可以不同，包括0°/90°、±30°、±45°和±60°方向的一种或几种，优选(1)0°/90°与±45°的交替叠层；(2)两层0°/90°与一层±45°交替叠层；(3)一层0°/90°与两层±45°交替叠层。该纤维织物组织结构的特殊设计，使得制得的蜂窝芯材在300℃高温下节点强度高，力学性能优异，实现了高抗压、高剪切蜂窝芯材的制备。
在本发明中，芯条胶的宽度为2.00mm～11.00mm，可知，蜂窝的边长可低至2.75mm以下。
对于步骤2芯条胶的固化：
在本发明中，芯条胶的固化可以采用真空袋/热压罐成型工艺或热压机进行。
固化压力为0.5～1.0MPa，固化温度200～350℃，保温2～6h。
对于步骤3蜂窝拉伸：采用自制蜂窝拉伸-浸胶-固化一体化设备，将经过加压固化处理的蜂窝叠块进行拉伸，直到蜂窝孔格拉伸至正六边形状态。
如图6和图7所示，该蜂窝芯拉伸-浸渍-固化一体化装置包括拉伸机架1、通过拉伸机架1承载的传动单元2、以及拉伸机架1下方的浸胶单元3，其中，
拉伸机架1包括用于形成拉伸机架1长边的两根平行的矩形方管11、以及用于形成拉伸机架1短边的两个平行的固定块12，固定块12安装于矩形方管11两端且与两根矩形方管11围成矩形；
传动单元2包括平行于矩形方管11的一根滚珠丝杠21、以及对称安装于滚珠丝杠21两侧且与其平行的两根导轨22；两固定块12的相对面上开设相对应的通孔，滚珠丝杠21和导轨22的两端插入两侧固定块12的通孔中，并在导轨22与固定块12的连接部位穿设螺纹连接件使两者固连；滚珠丝杠21一端伸出固定块12，与手轮23连接，滚珠丝杠21和两导轨22上分别套设有直线运动球轴承24，并通过直线运动球轴承24固定有活动块25，活动块25用于与其中一个固定块12固定蜂窝叠合板的两端，通过转动手轮23使直线运动球轴承24在滚珠丝杠21长度方向上远离固定块12移动，拉伸蜂窝叠合板；其中，蜂窝芯材的制备包括料块裁剪—料块上涂印胶条—料块叠合—加压固化—蜂窝拉伸—浸渍胶液—蜂窝块固化步骤，加压固化后的产品即为蜂窝叠块；
浸胶单元3包括浸胶槽31，其用于容纳胶液，且在蜂窝拉伸时蜂窝叠合块位于浸胶槽31的内部空间中，在传动单元2实施蜂窝拉伸时可以同步进行浸胶。
在本发明中，矩形方管11和固定块12的连接方式包括但不限于螺纹连接件连接、套管连接等。
在本发明中，导轨22的截面半径与固定块12上对应通孔的半径相同。
在本发明中，滚珠丝杠21与两固定块12之间可以直接配合连接；优选滚珠丝杠21与两固定块12之间通过铜套配合连接，铜套的使用便于对滚珠丝杠21限位且起到对滚珠丝杠21旋转时润滑的作用。
优选地，手轮端滚珠丝杠21伸出固定块12，滚珠丝杠21末端机加为矩形块，手轮23上开设方槽，方槽与滚珠丝杠21末端矩形块配合，旋转手轮23带动滚珠丝杠21转动，进而使直线运动球轴承24在滚珠丝杠21上移动。
由于在蜂窝芯材拉伸、浸胶后，本发明中拉伸机架1和传动单元2还要负载蜂窝芯材进入高温烘箱中实施高温固化，传动单元2作为核心部件，使滚珠丝杠21与导轨22通过耐高温、高强度、低热膨胀系数的材质获得，如0Cr17Ni4Cu4Nb马氏体不锈钢加工得到。该种材料具有高强度、高刚度、低热膨胀系数和优异的耐腐蚀特性，实现了蜂窝拉伸装置高温使用并延长了使用寿命，满足耐高温蜂窝固化对多功能一体化拉伸装置高刚度和抗形变和耐腐蚀要求。
在本发明中，导轨22与固定块12的通孔配合后，进一步通过螺纹连接件固连，螺纹连接件为可拆卸零件；而滚珠丝杠21与固定块12之间为间隙配合。
由于拉伸机架1结构较大，且对精密度要求不大，拉伸机架1与传动单元2选用材质可能存在不同。在高温固化时，拉伸机架1与传动单元2的膨胀系数可能存在不同，导致两者膨胀干涉。为解决滚珠丝杠21、导轨22与拉伸机架1线膨胀系数不同的问题，滚珠丝杠21、导轨22与拉伸机架1连接部位采用活动连接和可拆卸机械连接方式，蜂窝拉伸时通过螺纹连接件固定导轨22，蜂窝拉伸到预定位置后，可拆去固定用螺纹连接件，送入高温烘箱固化处理后滚珠丝杠21与导轨22在高温下无干涉膨胀，解决了长时间多频次高温固化后金属导轨22、滚珠丝杠21发生变形的问题，实现了关键零件可重复利用性。
在本发明中，如图8所示，固定块12与活动块25下沿垂直于滚珠丝杠21长度方向等距开设盲孔，并在盲孔中固定插杆26，通过在蜂窝叠合板两端粘贴蜂窝拉伸带并使插杆26穿过蜂窝拉伸带的拉环中，带动蜂窝叠合板拉伸。固定块12与活动块25上盲孔间距视蜂窝芯的孔格尺寸而定，一般蜂窝芯孔格越小，活动块25和固定块12上的孔距越小。
其中，如图9所示，蜂窝拉伸带是蜂窝拉伸时的一种常用的辅助手段，拉伸前将带状的纸或者薄膜粘接在蜂窝叠合板的两端面，并形成拉环，便于插杆26插入进行蜂窝拉伸。本发明中拉伸蜂窝时无需额外复杂准确度低的限位固定机构，而是借助滚珠丝杠21与直线运动球轴承24之间的相互咬合力实现蜂窝拉伸时位置的精准定位，通过插杆26与蜂窝拉伸带的配合，进一步地保证了蜂窝形状的规整性。
在本发明中，浸胶槽31壁板的上表面开设卡槽，拉伸机架1架设在浸胶槽31上，与浸胶槽31卡槽配合。
进一步地，浸胶槽31与拉伸机架1还通过螺纹连接件固连。拉伸机架1和浸胶槽31通过螺纹连接件固定，避免了蜂窝叠合板拉伸过程中，拉伸机架1与浸胶槽31磕碰造成蜂窝局部受力不均匀，芯材断裂。
更进一步地，浸胶槽31与拉伸机架1边框尺寸相匹配，拉伸机架1置于浸胶槽31上方时，蜂窝芯材通过插杆26固定在拉伸机架1上并位于浸胶槽31中，从而实现拉伸-浸渍工序同步进行，有效提高了工作效率。
在本发明中，如图10所示，浸胶槽31底部设有至少一个导流口32，导流口32连接有导管，导管端头可以固定在浸胶槽31侧部，蜂窝浸渍完毕后，可通过导流口32回收胶液。
在本发明中，如图10所示，浸胶单元3还包括用于支撑浸胶槽32的胶槽框架33，浸胶槽32和胶槽框架33包括但不限于通过焊接方式固定。
进一步地，胶槽框架33底部带滚轮，便于整个装置灵活移动。
本发明中，该蜂窝芯拉伸-浸渍-固化一体化装置的使用方法，包括以下步骤：
将插杆26穿过蜂窝拉伸带的拉环并固定在固定块12和活动块25上的盲孔中；
将拉伸机架1架设在浸胶槽31的卡槽中，并通过螺纹连接件固定，使蜂窝叠合板置于浸胶槽31中，在浸胶槽31中倒入调配好比重的浸渍胶液，转动手轮23使蜂窝叠合板拉伸逐渐拉伸开，用卷尺测量并监控蜂窝拉伸到预定尺寸，停止手轮23转动；
待浸渍设定时间后，开启浸胶槽32底部的导流口32使胶液液面回落到蜂窝芯材底面以下时暂时关闭导流口32，蜂窝芯材在浸胶槽31中晾置一段时间沥干余胶后，再开启导流口32，将剩余的浸渍胶液回收；
卸下拉伸机架1和浸胶槽2的螺纹连接件，将导轨22与固定块12间的螺纹连接件卸下，随后将带有浸渍后蜂窝的拉伸机架1置于高温烘箱中，设定浸渍胶固化参数，完成蜂窝浸渍胶的固化工序；
随炉冷却至室温后，将固化定型后的蜂窝芯材从拉伸机架1上取下，拉伸机架1安装回原位。
在本发明中，将带有浸渍后蜂窝的拉伸机架1置于高温烘箱中时，将拉伸机架1翻转，拉伸机架1位于下方，支撑其上的插杆26和蜂窝芯材。
对于步骤4浸渍胶液：
在本发明中，耐高温浸渍胶选自PMR型聚酰亚胺树脂(包括降冰片烯封端型、端乙炔基封端型、苯乙炔基封端型、双马来酰亚胺封端型等)或聚酰亚胺酸树脂中的任意一种或多种。
对于步骤5浸渍胶的固化：
在本发明中，高温浸渍胶的固化温度为200～350℃，固化时间为2～6h。
在本发明中，该制备方法还包括蜂窝芯材的后处理，该后处理包括：采用切片机将制得的蜂窝芯材按需进行蜂窝高度及外轮廓的加工。
根据本发明的第二方面，提供了一种超轻耐高温蜂窝芯材，通过第一方面所述的制备方法制备得到。
实施例
实施例1～6中所用芯条胶由如下表1中质量配比的组分制备得到：
表1
成分名称 含量 备注 厂家
热固性聚酰亚胺 100g 苯炔基封端 中科院化学所
炔基苯并噁嗪树脂 40g 四川大学
热塑性聚酰亚胺树脂 25g 粒径18μm 赢创
纳米二氧化硅 10g 200nm 赢创
丙酮 300g 化学纯 国药化学试剂
芯条胶制备方法如下：
制备A组分：称量7g热塑性聚酰亚胺树脂加入到40g炔基苯并噁嗪树脂中，加热至120℃保温至热塑性聚酰亚胺树脂溶解透明，降温至50℃条件下加入18g热塑性聚酰亚胺树脂和10g纳米二氧化硅，高速分散均匀即可；
制备耐高温芯条胶：在室温高速搅拌条件下，将75g A组分和100g热固性聚酰亚胺树脂加入到300g丙酮中，溶解混合分散均匀即可。
实施例1
1、原材料上，选用面密度为45g/m2的电子玻璃布作为蜂窝芯材的基体材料；选用酮酐型聚酰亚胺树脂作为材料的预处理胶；选用自制高温芯条胶；选用降冰片烯封端的PMR型聚酰亚胺树脂作为高温浸渍胶。
2、选用实芯型网版进行芯条胶的印制，印版图案为宽度2.75mm，将连续印制芯条胶的玻璃布进行错层交替叠合，玻璃布料块的组织结构为0°/90°和±45°，叠合层数为500层，得到蜂窝叠块。
3、采用真空袋/热压罐成型工艺，在0.5MPa压力下，升温速率为40℃/h，200℃下保温6h，随炉降温至70℃以下出罐。
4、蜂窝拉伸采用自制蜂窝拉伸-浸胶-固化一体化设备，在蜂窝W向(芯条胶长度方向)上拉伸带中穿插杆，并固定在装置底部底座上，通过转动手轮实现蜂窝拉伸，直至将蜂窝孔格拉伸至正六边形为止。
5、用乙醇溶剂调节聚酰亚胺浸渍树脂的比重为0.90，将调好比重的浸渍树脂倒入胶槽中，将拉伸固定的蜂窝芯子置于胶槽中浸渍，浸渍时间为10min，浸渍后取出晾干，待固化。浸胶次数1次。
6、将装有浸渍好树脂的蜂窝的拉伸工装置于高温鼓风烘箱中，设定固化参数为：固化温度为300℃，固化时间为6h。
7、将固化得到的蜂窝芯材从拉伸工装取下，采用切片机对蜂窝芯材的高度和外轮廓进行加工。
本实施例制备得到的蜂窝芯材的公称密度为49Kg/m3，常温下的平面压缩强度为3.39MPa，常温下的L向剪切强度为2.16MPa，常温下的W向剪切强度为1.03MPa；300℃下的平面压缩强度为2.41，300℃下的L向剪切强度为1.58MPa，300℃下的W向剪切强度为0.74MPa。
实施例2
1、原材料上，选用面密度为110g/m2的玻璃布作为蜂窝芯材的基体材料；选用醚酐型聚酰亚胺树脂作为玻璃布的预处理胶；选用自制高温芯条胶；选用双马来酰亚胺树脂作为高温浸渍胶。
2、选用网纹形网版进行芯条胶的印制，印版图案为宽度3.67mm，将连续印制芯条胶的玻璃布进行错层交替叠合，玻璃布料块的组织结构为0°/90°和±45°，叠合层数为500层，得到蜂窝叠块。
3、采用真空袋/热压罐成型工艺，在0.5MPa压力下，升温速率为40℃/h，200℃下保温6h，随炉降温至70℃以下出罐。
4、蜂窝拉伸采用自制蜂窝拉伸-浸胶-固化一体化设备，在蜂窝W向(沿拉伸方向)上拉伸带中穿插杆，并固定在装置底部底座上，通过转动手轮实现蜂窝拉伸，直至将蜂窝孔格拉伸至正六边形为止。
5、用丙酮溶剂调节聚酰亚胺浸渍树脂的比重为0.90，将调好比重的浸渍树脂倒入胶槽中，将拉伸固定的蜂窝芯子置于胶槽中浸渍，浸渍时间为10min，浸渍后取出晾干，待固化。浸胶次数2次。
6、将装卡有拉伸浸渍蜂窝的拉伸工装置于高温鼓风烘箱中，设定固化参数为：固化温度为210℃，固化时间为6h。
7、将固化得到的蜂窝芯材从拉伸工装取下，采用切片机对蜂窝芯材的高度和外轮廓进行加工。
本实施例制备得到的蜂窝芯材的公称密度为76Kg/m3，常温下的平面压缩强度为2.78MPa，常温下的L向剪切强度为2.06MPa，常温下的W向剪切强度为1.03MPa；300℃下的平面压缩强度为2.09MPa，300℃下的L向剪切强度为1.52MPa，300℃下的W向剪切强度为0.76MPa。
实施例3
1、原材料上，选用面密度为45g/m2的电子玻璃布作为蜂窝芯材的基体材料；选用氟酐型酰亚胺树脂作为基体材料的预处理胶；选用自制高温芯条胶；选用降冰片烯封端的PMR型聚酰亚胺树脂作为高温浸渍胶。
2、选用斜纹形网版进行芯条胶的印制，印版图案为宽度2.00mm，将连续印制芯条胶的玻璃布进行错层交替叠合，玻璃布料块的组织结构为0°/90°和±45°，叠合层数为500层，得到蜂窝叠块。
3、采用真空袋/热压罐成型工艺，在0.8MPa压力下，室温升温至200℃，升温速率为40℃/h，200℃下保温6h，随炉降温至70℃以下出罐。
4、蜂窝拉伸采用自制蜂窝拉伸-浸胶-固化一体化设备，在蜂窝W向(沿拉伸方向)上拉伸带中穿插杆，并固定在装置底部底座上，通过转动手轮实现蜂窝拉伸，直至将蜂窝孔格拉伸至正六边形为止。
5、用乙醇溶剂调节聚酰亚胺浸渍树脂的比重为0.90，将调好比重的浸渍树脂倒入胶槽中，将拉伸固定的蜂窝芯子置于胶槽中浸渍，浸渍时间为10min，浸渍后取出晾干，待固化。浸胶次数1次。
6、将装卡有拉伸浸渍蜂窝的拉伸工装置于高温鼓风烘箱中，设定固化参数为：固化温度为300℃，固化时间为6h。
7、将固化得到的蜂窝芯材从拉伸工装取下，采用切片机对蜂窝芯材的高度和外轮廓进行加工。
本实施例制备得到的蜂窝芯材的公称密度为49Kg/m3，常温下的平面压缩强度为2.59MPa，常温下的L向剪切强度为1.64MPa，常温下的W向剪切强度为0.95MPa；300℃下的平面压缩强度为1.88MPa，300℃下的L向剪切强度为1.29MPa，300℃下的W向剪切强度为0.67MPa。
实施例4
1、原材料上，选用面密度为55g/m2的电子玻璃布作为蜂窝芯材的基体材料；选用联苯酐聚酰亚胺树脂作为基体材料的预处理胶；选用自制高温芯条胶；选用双马来酰亚胺树脂作为高温浸渍胶。
2、选用圆孔形网版进行芯条胶的印制，印版图案为宽度2.75mm，将连续印制芯条胶的玻璃布进行错层交替叠合，玻璃布料块的组织结构为±45°，叠合层数为500层，得到蜂窝叠块。
3、采用真空袋/热压罐成型工艺，在0.5MPa压力下，室温升温至240℃，升温速率为40℃/h，240℃下保温6h，随炉降温至70℃以下出罐。
4、蜂窝拉伸采用自制蜂窝拉伸-浸胶-固化一体化设备，在蜂窝W向(沿拉伸方向)上拉伸带中穿插杆，并固定在装置底部底座上，通过转动手轮实现蜂窝拉伸，直至将蜂窝孔格拉伸至正六边形为止。
5、用溶剂调节聚酰亚胺浸渍树脂的比重为0.75，将调好比重的浸渍树脂倒入胶槽中，将拉伸固定的蜂窝芯子置于胶槽中浸渍，浸渍时间为10min，浸渍后取出晾干，待固化。浸胶次数2次。
6、将装卡有拉伸浸渍蜂窝的拉伸工装置于高温鼓风烘箱中，设定固化参数为：固化温度为210℃，固化时间为6h。
7、将固化得到的蜂窝芯材从拉伸工装取下，采用切片机对蜂窝芯材的高度和外轮廓进行加工。
本实施例制备得到的蜂窝芯材的公称密度为50Kg/m3，常温下的平面压缩强度为3.92MPa，常温下的L向剪切强度为2.35MPa，常温下的W向剪切强度为1.12MPa；300℃下的平面压缩强度为2.78MPa，300℃下的L向剪切强度为1.67MPa，300℃下的W向剪切强度为0.86MPa。
实施例5
1、原材料上，选用面密度为110g/m2的玻璃布作为蜂窝芯材的基体材料；选用酮酐型聚酰亚胺树脂作为基体材料的预处理胶；选用自制高温芯条胶；选用乙炔基封端的PMR聚酰亚胺亚胺树脂作为高温浸渍胶。
2、选用圆孔形网版进行芯条胶的印制，印版图案为宽度2.75mm，将连续印制芯条胶的玻璃布进行错层交替叠合，按照两层0°/90°的和一层±45°的料块设计交替铺叠，叠合层数为500层，得到蜂窝叠块。
3、采用真空袋/热压罐成型工艺，在0.8MPa压力下，室温升温至200℃，升温速率为40℃/h，200℃下保温6h，随炉降温至70℃以下出罐。
4、蜂窝拉伸采用自制蜂窝拉伸-浸胶-固化一体化设备，在蜂窝W向(沿拉伸方向)上拉伸带中穿插杆，并固定在装置底部底座上，通过转动手轮实现蜂窝拉伸，直至将蜂窝孔格拉伸至正六边形为止。
5、用乙醇溶剂调节聚酰亚胺浸渍树脂的比重为0.75，将调好比重的浸渍树脂倒入胶槽中，将拉伸固定的蜂窝芯子置于胶槽中浸渍，浸渍时间为10min，浸渍后取出晾干，待固化。浸胶次数3次。
6、将装卡有拉伸浸渍蜂窝的拉伸工装置于高温鼓风烘箱中，设定固化参数为：固化温度为350℃，固化时间为6h。
7、将固化得到的蜂窝芯材从拉伸工装取下，采用切片机对蜂窝芯材的高度和外轮廓进行加工。
本实施例制备得到的蜂窝芯材的公称密度为104Kg/m3，常温下的平面压缩强度为4.06MPa，常温下的L向剪切强度为2.38MPa，常温下的W向剪切强度为1.13MPa；300℃下的平面压缩强度为2.88MPa，300℃下的L向剪切强度为1.67MPa，300℃下的W向剪切强度为0.81MPa。
实施例6
1、原材料上，选用面密度为110g/m2的玻璃布作为蜂窝芯材的基体材料；选用酮酐聚酰亚胺树脂作为基体材料的预处理胶；选用自制高温芯条胶；选用苯乙炔封端的PMR聚酰亚胺树脂作为高温浸渍胶。
2、选用圆孔形网版进行芯条胶的印制，印版图案为宽度2.75mm，将连续印制芯条胶的玻璃布进行错层交替叠合，按照层0°/90°的和两层±45°的料块设计交替铺叠，叠合层数为500层，得到蜂窝叠块。
3、采用真空袋/热压罐成型工艺，在0.5MPa压力下，室温升温至200℃，升温速率为40℃/h，200℃下保温6h，随炉降温至70℃以下出罐。
4、蜂窝拉伸采用自制蜂窝拉伸-浸胶-固化一体化设备，在蜂窝W向(沿拉伸方向)上拉伸带中穿插杆，并固定在装置底部底座上，通过转动手轮实现蜂窝拉伸，直至将蜂窝孔格拉伸至正六边形为止。
5、用溶剂调节聚酰亚胺浸渍树脂的比重为0.90，将调好比重的浸渍树脂倒入胶槽中，将拉伸固定的蜂窝芯子置于胶槽中浸渍，浸渍时间为10min，浸渍后取出晾干，待固化。浸渍次数2次。
6、将装卡有拉伸浸渍蜂窝的拉伸工装置于高温鼓风烘箱中，设定固化参数为：固化温度为350℃，固化时间为6h。
7、将固化得到的蜂窝芯材从拉伸工装取下，采用切片机对蜂窝芯材的高度和外轮廓进行加工。
本实施例制备得到的蜂窝芯材的公称密度为110Kg/m3，常温下的平面压缩强度为4.20MPa，常温下的L向剪切强度为2.73MPa，常温下的W向剪切强度为1.27MPa；300℃下的平面压缩强度为3.08MPa，300℃下的L向剪切强度为1.96MPa，300℃下的W向剪切强度为0.89MPa。
以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims (15)

1.一种超轻耐高温蜂窝芯材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，芯条胶印制：在料块上印制芯条胶，相邻两条芯条胶之间的宽度为印制的芯条胶宽度的三倍，铺叠料块，上下相邻两层料块中芯条胶间隔相等且等于芯条胶宽度，制得未固化蜂窝叠块；
步骤2，芯条胶固化：对蜂窝叠块的芯条胶进行加热加压固化；
步骤3，蜂窝拉伸：将经过加压固化处理的蜂窝叠块进行拉伸，直到蜂窝孔格拉伸至正六边形状态；
步骤4，浸渍胶液：将拉伸后的蜂窝叠块在浸胶槽中浸渍耐高温浸渍胶；
步骤5，浸渍胶的固化：在设定温度下固化耐高温浸渍胶，固化完成后得到蜂窝芯材。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在对料块印制芯条胶前，还包括对料块用材进行预处理，预处理方法包括如下步骤：
通过溶剂将聚酰亚胺酸树脂调至粘度50～200cP，在涂胶机上采用流延法按聚酰亚胺酸树脂与料块用材的质量百分比1wt％～6wt％，将该树脂均匀地涂覆于料块用材上，并于100℃～150℃烘干。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，料块用材选择无碱玻璃布、电子玻璃布、聚对苯基苯并二噁唑织物或无纺布、聚酰亚胺织物或无纺布、碳布、石英布中的任意一种或多种；和/或
料块用材的厚度≤0.2mm，耐温≥300℃。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，料块为纤维织物时，纤维织物的组织结构包括0°/90°、±30°、±45°或±60°中任意一种或多种。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，纤维织物的组织结构选自0°/90°和±45°组织结构。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，蜂窝叠块中相邻两层料块的叠层方式包括：(1)0°/90°与±45°的交替叠层；(2)两层0°/90°与一层±45°交替叠层；(3)一层0°/90°与两层±45°交替叠层。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，印制的芯条胶可以为实芯形，也可以为包括斜纹形、网纹形、圆孔形的非实芯形。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，芯条胶由包括如下质量配比的组分制备得到：
Figure FDA0002476496950000021
其中，活性改性剂选自炔基苯并噁嗪树脂、酚醛型氰酸脂树脂或双马来酰亚胺树脂中的任意一种或多种。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，聚酰亚胺树脂选自PMR法合成的热固性聚酰亚胺树脂，炔基封端或降冰片烯封端；和/或
热塑性树脂选自聚芳醚砜树脂、聚酰胺酰亚胺树脂或聚酰亚胺树脂中的任意一种或多种；和/或
无机纳米粒子选自纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、或微纳米石墨粉中的任意一种或多种；和/或
溶剂选自丙酮，丁酮，环己烷，四氢呋喃、二乙二醇二甲醚、N，N’-二甲基乙酰胺、或N-甲基吡咯烷酮中的任意一种或多种。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，该芯条胶由包括以下步骤的方法制备得到：
步骤1，将1/4～1/3的热塑性树脂加入到活性改性剂中，在100～150℃范围内溶解，然后降温至80℃以下，将剩余的热塑性树脂和无机纳米粒子加入到活性改性剂中，搅拌分散获得组分A；
步骤2，在室温搅拌条件下，将聚酰亚胺树脂、组分A加入到溶剂中进行溶解和分散，得到均匀稳定的蜂窝芯条胶。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，芯条胶的宽度为2.00mm～11.00mm。
12.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，固化压力为0.5～1.0MPa，固化温度200～350℃，保温2～6h。
13.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4中，耐高温浸渍胶选自PMR型聚酰亚胺树脂或聚酰亚胺酸树脂中的任意一种或多种，其中PMR型聚酰亚胺树脂包括降冰片烯封端型、端乙炔基封端型、苯乙炔基封端型、双马来酰亚胺封端型。
14.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤5中，高温浸渍胶的固化温度为200～350℃，固化时间为2～6h。
15.一种超轻耐高温蜂窝芯材，通过权利要求1至14之一所述的制备方法制备得到。
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