CN112854660A - 具有金属和泡沫夹心结构的复材地板及制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及地板技术领域，提供一种具有金属和泡沫夹心结构的复材地板及制作方法，所述复材地板至少包括：第一面板、第二面板和夹心层；所述夹心层设置于所述第一面板和所述第二面板之间；其中，所述夹心层为金属构件和泡沫构件构成的夹心结构；所述金属构件为螺旋二十四面体结构。本发明提供的一种具有金属和泡沫夹心结构的复材地板及制作方法，所述复材地板将夹心层设置为金属构件和泡沫构件构成夹心结构，增强结构的力学性能，同时提高该复合结构的降噪、保温和隔热效果。

Description

具有金属和泡沫夹心结构的复材地板及制作方法
技术领域
本发明涉及地板技术领域，尤其涉及一种具有金属和泡沫夹心结构的复材地板及制作方法。
背景技术
目前，树脂基纤维复材地板的夹心结构设计分为两类：其一为发泡和碳纤维加强筋；其二为铝蜂窝和铝板。在上述设计中，在发生火灾后，第一种设计易发生发泡气化，碳纤维加强筋软化，从而导致地板上下蒙皮的结构性坍塌；第二种设计不符合轻量化理念，降噪效果较差且铝蜂窝的闭孔内无法填充降噪发泡。
发明内容
本发明提出一种具有金属和泡沫夹心结构的复材地板，用以解决现有技术中复材地板夹心结构存在软化，从而导致地板上下蒙皮的结构性坍塌或者不符合轻量化理念，降噪效果较差且铝蜂窝的闭孔内无法填充降噪发泡的缺陷，通过将夹心层设置为金属构件和泡沫构件构成夹心结构，提供了高抗压模量的类铝蜂窝结构与降噪发泡的复合结构地板。
本发明还提出一种具有金属和泡沫夹心结构复材地板的制作方法，用以解决现有技术中复材地板夹心结构存在软化，从而导致地板上下蒙皮的结构性坍塌或者不符合轻量化理念，降噪效果较差且铝蜂窝的闭孔内无法填充降噪发泡的缺陷，通过提供将夹心层设置为金属构件和泡沫构件构成夹心结构的制作工艺，实现了对高抗压模量的类铝蜂窝结构与降噪发泡的复合结构地板的制作。
根据本发明第一方面提供的一种具有金属和泡沫夹心结构的复材地板，至少包括：第一面板、第二面板和夹心层；
所述夹心层设置于所述第一面板和所述第二面板之间；
其中，所述夹心层为金属构件和泡沫构件构成的夹心结构。
根据本发明的一种实施方式，所述金属构件为螺旋二十四面体结构。
具体来说，本实施例提供了一种金属构件的实施方式，通过将金属构件设置为螺旋二十四面体结构，形成类夹心蜂窝板，螺旋二十四面体结构为三重周期极小曲面结构，具有高孔隙率，且孔隙间呈现三维互通，同时有效降低了制备夹心结构与聚氨酯发泡复合材料的工艺难度。
进一步地，螺旋二十四面体结构在[a,0,0][0,b,0][0,0,c]方向的抗压模量远高于现有铝蜂窝结构，与发泡复合后结构兼具优异的抗噪效果。
根据本发明的一种实施方式，所述金属构件为铝合金材料制成。
具体来说，本实施例提供了另一种金属构件的实施方式。
根据本发明的一种实施方式，所述金属构件的材料组份包括Al、Mg和Si；
其中，Al含量介于80％至90％之间，Mg含量介于8％至12％之间，Si含量介于0.15％至0.5％之间。
具体来说，本实施例提供了又一种金属构件的实施方式。
根据本发明第二方面提供的一种上述的具有金属和泡沫夹心结构复材地板的制作方法，包括如下步骤：
通过3D打印技术制作打印构件；
通过石膏反向获取打印构件，形成石膏构件；
将金属材料加热形成金属液，并通过所述石膏构件反向获得金属构件；
将所述金属构件放置于夹心模具中，并填充泡沫形成所述夹心结构。
根据本发明的一种实施方式，所述通过3D打印技术制作打印构件的步骤中，所述打印构件为螺旋二十四面体结构。
具体来说，本实施例提供了一种打印构件的实施方式，通过3D打印技术制备具有螺旋二十四面体结构的类蜂窝夹心结构，可通过调节制备方法调节夹心结构的结构体积比、孔隙大小、孔壁厚度、结构厚度等参数，从而调节结构受力面的力学参数，提高孔隙的长程有序，并降低结构重量。
进一步地，得益于该结构中的三维互通孔隙结构，可在特定的模具中将发泡较好填充与结构中，进一步增强结构的力学性能，同时提高该复合结构的降噪、保温和隔热效果。
在一个应用场景中，采用3D打印机制备PLA材料的螺旋二十四面体(Gyroid)结构，分层厚度0.1mm，打印速度60mm/s，周期参数1至4，曲面厚度1mm，曲率0至1。
根据本发明的一种实施方式，所述通过石膏反向获取打印构件，形成石膏构件的步骤中，具体包括：
将打印构件放置于第一构件模具中，并向所述第一构件模具内填充液态石膏；
所述液态石膏硬化后，将第一构件模具放置于烘干设备内在第一温度下烘干1至3小时，实现对3D打印材料的去除；
石膏构件恢复至常温后进行清洗，并放置于马弗炉内以2℃/min升温至第一温度进一步去除3D打印材料。
具体来说，本实施例提供了一种获取石膏构件的实施方式，第一温度介于450℃至550℃之间。
根据本发明的一种实施方式，所述石膏构件恢复至常温后进行清洗，并放置于马弗炉内以2℃/min升温至第一温度进一步去除3D打印材料的步骤之后，具体还包括：
将石膏构件以5℃/min升温至第二温度，并在所述第二温度下维持6至7小时；
将石膏构件以5℃/min缓慢降温至第三温度，并维持温度4至6小时；
其中，所述第一温度小于所述第三温度。
具体来说，本实施例提供了又一种获取石膏构件的实施方式，第二温度介于650℃至750℃之间，第三温度介于250℃至350℃之间。
根据本发明的一种实施方式，所述将金属材料加热形成金属液，并通过所述石膏构件反向获得金属构件的步骤中，具体包括：
将金属材料在真空环境下加热到440℃至460℃之间进行融化，形成所述金属液；
将石膏构件放置于第二构件模具，并加热到450℃至550℃；
将所述金属液浇注至所述第二构件模具内，并施加0.02MPa至0.04MPa的压力，获得所述金属构件。
具体来说，本实施例提供了一种获取金属构件的实施方式。
根据本发明的一种实施方式，所述将所述金属液浇注至所述第二构件模具内，获得所述金属构件的步骤之后，具体还包括：
通过流水冲洗和压缩空气冲击的方式对所述金属构件进行清理，直至去除石膏。
具体来说，本实施例提供了又一种获取金属构件的实施方式。
进一步地，将所述金属构件放置于夹心模具中，并填充泡沫形成所述夹心结构的步骤中，夹心模具为PTFE内衬封闭模具，底部设置有填充口，上端设置有饱和口，从填充口填充定量聚氨酯发泡液体，待上端饱和口发泡溢出，并待发泡干燥即可。
本发明中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：本发明提供的一种具有金属和泡沫夹心结构的复材地板及制作方法，将夹心层设置为金属构件和泡沫构件构成夹心结构，增强结构的力学性能，同时提高该复合结构的降噪、保温和隔热效果。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明提供的具有金属和泡沫夹心结构的复材地板的装配关系示意图；
图2是本发明提供的具有金属和泡沫夹心结构的复材地板制作方法流程示意图。
附图标记：
10、第一面板；20、第二面板；30、夹心层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的一些具体实施方案中，如图1所示，本方案提供一种具有金属和泡沫夹心结构的复材地板，至少包括：第一面板10、第二面板20和夹心层30；夹心层30设置于第一面板10和第二面板20之间；其中，夹心层30为金属构件和泡沫构件构成的夹心结构。
详细来说，本发明提出一种具有金属和泡沫夹心结构的复材地板，用以解决现有技术中复材地板夹心结构存在软化，从而导致地板上下蒙皮的结构性坍塌或者不符合轻量化理念，降噪效果较差且铝蜂窝的闭孔内无法填充降噪发泡的缺陷，通过将夹心层30设置为金属构件和泡沫构件构成夹心结构，提供了高抗压模量的类铝蜂窝结构与降噪发泡的复合结构地板。可以理解的是，该具有金属和泡沫夹心结构的复材地板可应用在轨道车辆上，当然也可以应用在其他车辆上。
在本发明一些可能的实施例中，金属构件为螺旋二十四面体结构。
具体来说，本实施例提供了一种金属构件的实施方式，通过将金属构件设置为螺旋二十四面体结构，形成类夹心蜂窝板，螺旋二十四面体结构为三重周期极小曲面结构，具有高孔隙率，且孔隙间呈现三维互通，同时有效降低了制备夹心结构与聚氨酯发泡复合材料的工艺难度。
进一步地，螺旋二十四面体结构在[a,0,0][0,b,0][0,0,c]方向的抗压模量远高于现有铝蜂窝结构，与发泡复合后结构兼具优异的抗噪效果。
在本发明一些可能的实施例中，金属构件为铝合金材料制成。
具体来说，本实施例提供了另一种金属构件的实施方式。
在本发明一些可能的实施例中，金属构件的材料组份包括Al、Mg和Si；其中，Al含量介于80％至90％之间，Mg含量介于8％至12％之间，Si含量介于0.15％至0.5％之间。
具体来说，本实施例提供了又一种金属构件的实施方式。
在本发明的一些具体实施方案中，如图2所示，本方案提供一种上述具有金属和泡沫夹心结构复材地板的制作方法，包括如下步骤：
通过3D打印技术制作打印构件；
通过石膏反向获取打印构件，形成石膏构件；
将金属材料加热形成金属液，并通过石膏构件反向获得金属构件；
将金属构件放置于夹心模具中，并填充泡沫形成夹心结构。
详细来说，本发明还提出一种具有金属和泡沫夹心结构复材地板的制作方法，用以解决现有技术中复材地板夹心结构存在软化，从而导致地板上下蒙皮的结构性坍塌或者不符合轻量化理念，降噪效果较差且铝蜂窝的闭孔内无法填充降噪发泡的缺陷，通过提供将夹心层30设置为金属构件和泡沫构件构成夹心结构的制作工艺，实现了对高抗压模量的类铝蜂窝结构与降噪发泡的复合结构地板的制作。
在本发明一些可能的实施例中，通过3D打印技术制作打印构件的步骤中，打印构件为螺旋二十四面体结构。
具体来说，本实施例提供了一种打印构件的实施方式，通过3D打印技术制备具有螺旋二十四面体结构的类蜂窝夹心结构，可通过调节制备方法调节夹心结构的结构体积比、孔隙大小、孔壁厚度、结构厚度等参数，从而调节结构受力面的力学参数，提高孔隙的长程有序，并降低结构重量。
进一步地，得益于该结构中的三维互通孔隙结构，可在特定的模具中将发泡较好填充与结构中，进一步增强结构的力学性能，同时提高该复合结构的降噪、保温和隔热效果。
在一个应用场景中，采用3D打印机制备PLA材料的螺旋二十四面体(Gyroid)结构，分层厚度0.1mm，打印速度60mm/s，周期参数1至4，曲面厚度1mm，曲率0至1。
在本发明一些可能的实施例中，通过石膏反向获取打印构件，形成石膏构件的步骤中，具体包括：
将打印构件放置于第一构件模具中，并向第一构件模具内填充液态石膏；
液态石膏硬化后，将第一构件模具放置于烘干设备内在第一温度下烘干1至3小时，实现对3D打印材料的去除；
石膏构件恢复至常温后进行清洗，并放置于马弗炉内以2℃/min升温至第一温度进一步去除3D打印材料。
具体来说，本实施例提供了一种获取石膏构件的实施方式，第一温度介于450℃至550℃之间。
在本发明一些可能的实施例中，石膏构件恢复至常温后进行清洗，并放置于马弗炉内以2℃/min升温至第一温度进一步去除3D打印材料的步骤之后，具体还包括：
将石膏构件以5℃/min升温至第二温度，并在第二温度下维持6至7小时；
将石膏构件以5℃/min缓慢降温至第三温度，并维持温度4至6小时；
其中，第一温度小于第三温度。
具体来说，本实施例提供了又一种获取石膏构件的实施方式，第二温度介于650℃至750℃之间，第三温度介于250℃至350℃之间。
在本发明一些可能的实施例中，将金属材料加热形成金属液，并通过石膏构件反向获得金属构件的步骤中，具体包括：
将金属材料在真空环境下加热到440℃至460℃之间进行融化，形成金属液；
将石膏构件放置于第二构件模具，并加热到450℃至550℃；
将金属液浇注至第二构件模具内，并施加0.02MPa至0.04MPa的压力，获得金属构件。
具体来说，本实施例提供了一种获取金属构件的实施方式。
在本发明一些可能的实施例中，将金属液浇注至第二构件模具内，获得金属构件的步骤之后，具体还包括：
通过流水冲洗和压缩空气冲击的方式对金属构件进行清理，直至去除石膏。
具体来说，本实施例提供了又一种获取金属构件的实施方式。
进一步地，将金属构件放置于夹心模具中，并填充泡沫形成夹心结构的步骤中，夹心模具为PTFE内衬封闭模具，底部设置有填充口，上端设置有饱和口，从填充口填充定量聚氨酯发泡液体，待上端饱和口发泡溢出，并待发泡干燥即可。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
最后应说明的是：以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种具有金属和泡沫夹心结构的复材地板，其特征在于，至少包括：第一面板、第二面板和夹心层；
所述夹心层设置于所述第一面板和所述第二面板之间；
其中，所述夹心层为金属构件和泡沫构件构成的夹心结构。
2.根据权利要求1所述的一种具有金属和泡沫夹心结构的复材地板，其特征在于，所述金属构件为螺旋二十四面体结构。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有金属和泡沫夹心结构的复材地板，其特征在于，所述金属构件为铝合金材料制成。
4.根据权利要求3所述的一种具有金属和泡沫夹心结构的复材地板，其特征在于，所述金属构件的材料组份包括Al、Mg和Si；
其中，Al含量介于80％至90％之间，Mg含量介于8％至12％之间，Si含量介于0.15％至0.5％之间。
5.一种根据权利要求1至4任一所述的具有金属和泡沫夹心结构复材地板的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过3D打印技术制作打印构件；
通过石膏反向获取打印构件，形成石膏构件；
将金属材料加热形成金属液，并通过所述石膏构件反向获得金属构件；
将所述金属构件放置于夹心模具中，并填充泡沫形成所述夹心结构。
6.根据权利要求5所述的具有金属和泡沫夹心结构复材地板的制作方法，其特征在于，所述通过3D打印技术制作打印构件的步骤中，所述打印构件为螺旋二十四面体结构。
7.根据权利要求5所述的具有金属和泡沫夹心结构复材地板的制作方法，其特征在于，所述通过石膏反向获取打印构件，形成石膏构件的步骤中，具体包括：
将打印构件放置于第一构件模具中，并向所述第一构件模具内填充液态石膏；
所述液态石膏硬化后，将第一构件模具放置于烘干设备内在第一温度下烘干1至3小时，实现对3D打印材料的去除；
石膏构件恢复至常温后进行清洗，并放置于马弗炉内以2℃/min升温至第一温度进一步去除3D打印材料。
8.根据权利要求7所述的具有金属和泡沫夹心结构复材地板的制作方法，其特征在于，所述石膏构件恢复至常温后进行清洗，并放置于马弗炉内以2℃/min升温至第一温度进一步去除3D打印材料的步骤之后，具体还包括：
将石膏构件以5℃/min升温至第二温度，并在所述第二温度下维持6至7小时；
将石膏构件以5℃/min缓慢降温至第三温度，并维持温度4至6小时；
其中，所述第一温度小于所述第三温度。
9.根据权利要求5所述的具有金属和泡沫夹心结构复材地板的制作方法，其特征在于，所述将金属材料加热形成金属液，并通过所述石膏构件反向获得金属构件的步骤中，具体包括：
将金属材料在真空环境下加热到440℃至460℃之间进行融化，形成所述金属液；
将石膏构件放置于第二构件模具，并加热到450℃至550℃；
将所述金属液浇注至所述第二构件模具内，并施加0.02MPa至0.04MPa的压力，获得所述金属构件。
10.根据权利要求9所述的具有金属和泡沫夹心结构复材地板的制作方法，其特征在于，所述将所述金属液浇注至所述第二构件模具内，获得所述金属构件的步骤之后，具体还包括：
通过流水冲洗和压缩空气冲击的方式对所述金属构件进行清理，直至去除石膏。
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