CN114919242A - 复杂曲面预浸芳纶蜂窝成型材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种包括双曲面或多曲面的复杂曲面芳纶蜂窝成型材料，包括蜂窝壁和内芯部，其中内芯部为蜂窝孔的空腔结构，所述蜂窝壁是六边形蜂窝结构，包括白蜂窝和浸渍树脂，所述白蜂窝是指由芳纶纸经叠合热压拉伸后形成的白蜂窝块。该复杂曲面芳纶蜂窝成型材料首先将白蜂窝浸渍树脂后进行半固化处理得到预浸蜂窝，然后将预浸蜂随复杂形状模具随型固化成型，得到双曲面或多曲面预浸芳纶蜂窝成型材料，再与预浸料在复杂曲面模具中进行一体化复合，得到包括双曲面或多曲面的复杂曲面形状部件。本发明可以制备复杂构型的产品件，解决了现有技术蜂窝形状难以发生弯曲随型的技术缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料领域，具体涉及一种复杂曲面预浸芳纶蜂窝成型材料，尤其涉及双曲面预浸芳纶蜂窝成型材料。
背景技术
芳纶纸蜂窝具有重量轻、强度高、比模量高、阻燃等特点，对减轻结构重量，降低噪声、振动，提高安全性、舒适性，减少维修等均有重要作用。目前在航空领域中，芳纶纸蜂窝芯材与复合材料面板组成夹层结构，形成可承受结构双向弯的整体梁，被广泛应用于机翼前缘、尾翼、起落架舱门、翼身和翼尖整流罩等部位，起到减轻结构重量，增加结构刚度，提高结构强度等作用。
对于具有双曲面、多曲面(如半球型、球型等)、变曲率等形状复杂的异形复合材料制件，其成型过程中有时两个方向均有变形要求，而常规六边形孔格蜂窝及过拉伸蜂窝都难以直接满足复杂形状成型。一般要对常规蜂窝进行数控加工或拼接，以满足复杂形状成型需求。芳纶蜂窝按数模形状进行数控加工或拼接，均需要复杂的工艺过程，成本高，周期长，不利于芳纶蜂窝的应用拓展或产品功能实现。
发明内容
一般芳纶蜂窝的制备需经过涂胶、叠纸、热压、拉伸、定型、浸胶、固化、片切的工艺过程，如图7所示。正六边型蜂窝进行一个方向弯曲时，另一个方向也会发生弯曲，呈现双曲曲率现象，如图5所示。这种双曲率现象限制了正六边形蜂窝直接在复杂曲面或变曲率产品上的成型应用。
目前现有的芳纶纸蜂窝片切后为平面状，如图4所示，此时的正六边型蜂窝具有双曲率，不适宜直接成型曲面；而过拉伸蜂窝也只能是单方向弯曲，单曲面成型，如图6所示，不能直接进行双曲面、甚至是多曲面成型。为了成型复杂形状，一般按数模进行蜂窝数控加工或进行拼接。使其成型过程复杂，材料损耗大，成本高。
对于成型复杂形状部件时，当采用数控机加或拼接方案成本较高时，此技术方案可作为一种新型有效方法补充当前方案所存在的不足。
为了解决上述技术问题中的至少一个，本发明提供了一种复杂曲面预浸芳纶蜂窝成型材料，例如双曲面预浸芳纶蜂窝成型材料，本技术通过采用柔性多角度可变形的预浸蜂窝进行复杂形状模具随型进行固化成型，然后再通过与预浸料在双曲面模具中进行一体化复合，来得到双曲面形状部件。
为了提高复杂部件加工适应性，本发明还提供了一种多曲面预浸芳纶蜂窝成型材料，本技术通过采用柔性多角度可变形的预浸蜂窝进行复杂形状模具随型进行固化成型，然后再通过与预浸料在多曲面模具中进行一体化复合，得到复杂形状部件，比如半球型或球型部件。
具体地，本发明提供一种柔性多角度可变形的预浸芳纶蜂窝材料，所述预浸芳纶蜂窝材料包括蜂窝壁和内芯部，其中内芯部为蜂窝孔的空腔结构，所述蜂窝壁是六边形蜂窝结构，包括包括白蜂窝和浸渍树脂，所述白蜂窝是指由芳纶纸经叠合热压拉伸后形成的白蜂窝块；芳纶纸蜂窝的孔格尺寸为4.8-6mm，预浸芳纶纸蜂窝的密度为48-144g/m3。所述浸渍树脂选自环氧型树脂，优选为酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、改性酚醛树脂的一种或多种。
所述改性酚醛树脂为聚酰胺改性酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂或者硼改性酚醛树脂。
所述芳纶蜂窝尺寸为(1000-1200)mm*(2000-2400)mm*(5-60)mm。
本发明提供一种柔性多角度可变形的预浸芳纶蜂窝材料的制备方法，具体包括如下步骤：
1)对芳纶纸进行涂胶叠合并热压；控制压力0.1-0.8MPa，温度160-180℃，时间2-3h，升温速率2-3℃/min；
2)将热压后的蜂窝叠板通过切纸机裁切成所需的蜂窝芯材厚度；
3)在拉伸机上拉伸至规整的六边形孔格；
4)将拉伸后的白蜂窝片进行架子固定，并放置于定型烘箱中进行定型处理，控制烘箱240-265℃，15-40min；
5)将定型后的白蜂窝片进行浸渍树脂预处理；所述树脂为酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、改性酚醛树脂的一种或多种；所述预处理为烘箱中进行在40-65℃下处理30-120min；
所述改性酚醛树脂为聚酰胺改性酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂或者硼改性酚醛树脂。
6)重复步骤5)，直至蜂窝密度达到目标密度48-144kg/m3(公差为±10％)，然后在恒温恒湿环境下晾置12-48h，即得到预浸蜂窝。
所述将定型后的白蜂窝片进行浸渍树脂的方法为：将白蜂窝片于室温下完全浸入树脂液中，取出即完成白蜂窝片的浸渍树脂处理。浸渍树脂质量为：M＝(CO-C)*V，其中，M为浸渍树脂质量，C0为预浸芳纶蜂窝材料目标密度，C为白蜂窝密度，V为蜂窝壁体积。浸渍树脂的混合溶液的比重根据要求固化后的密度和白蜂窝的密度而定。固化后密度相同条件下，白蜂窝原始密度越高，浸渍树脂的比例相对越小。
白蜂窝片进行浸渍树脂时，树脂液的用量为D＝K*M，其中D为树脂液质量，K为调节系数，M为浸渍树脂上胶量。浸渍树脂的溶液并不是100％纯树脂，而是有一定溶剂的混合溶液，固化过程中溶剂会挥发掉，蜂窝上留下的是发生交联反应后的树脂，因此浸渍树脂时树脂液的用量还需根据树脂的类型、树脂和溶剂的比例选取对应的调节系数K。调节系数K可以是经过模拟实验得到的调节系数，也可以是基于经验得到的调节系数。
制备得到的预浸蜂窝指蜂窝在浸胶后在烘箱中进行40-65℃预处理而不进行固化，此时的蜂窝具有柔性、可弯折、随型的特点，可在复杂形状的模具上随型固定，按照蜂窝固化工艺进行固化，得到所要求形状的芳纶蜂窝，然后利用该模具再将预浸料、胶膜与成型后的蜂窝一次共固化，得到所需形状的异性复合材料制件。
具体包括如下步骤：
1)对芳纶纸(间位或对位)进行涂胶叠合并热压；控制压力0.1-0.8MPa，温度160-180℃，时间2-3h，升温速率2-3℃/min；
2)将热压后的蜂窝叠板通过切纸机裁切成所需的蜂窝芯材厚度；
3)在拉伸机上拉伸至规整的六边形孔格；
4)将拉伸后的白蜂窝片进行架子固定，并放置于定型烘箱中进行定型处理；控制烘箱240-265℃，15-40min；
5)将定型后的白蜂窝片进行浸渍树脂并进行预处理；所述树脂为酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、改性酚醛树脂的一种或多种。所述预处理为烘箱中进行在40-65℃下处理30-120min；
所述改性酚醛树脂为聚酰胺改性酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂或者硼改性酚醛树脂。
6)重复步骤5)，直至蜂窝密度达到目标密度48-144kg/m3(公差为±10％)，然后在恒温恒湿环境下晾置12-48h，即得到预浸蜂窝
7)采用上述预处理的预浸蜂窝，进行复杂形状模具上随型固化，控制固化温度160-180℃，时间2-3h进行固化得到预成型蜂窝，然后与预浸料等一起在复杂形状模具中进行一体化复合成型，得到复杂形状部件。
其中，所述复杂形状摸具为双曲面金属模具、或多曲面金属模具，比如半球型金属模具，相应地，形成双曲面或多曲面形状部件。
本发明将芳纶纸涂胶经涂胶叠合热压、然后经修切边条、拉伸至规整六边形孔格后得到白蜂窝片，将其形状固定并进行高温定型，对定型后的白蜂窝片浸渍树脂，然后放置烘箱中进行预处理，得到一定密度的预浸蜂窝，重复浸渍和预处理过程直至预浸蜂窝密度达到目标密度。最后在室温下晾置，得到呈现不粘手且柔韧性好的预浸蜂窝。其中修边是为了把热压后边部流的胶切除，切条是按照蜂窝片厚度进行裁切。采用预浸蜂窝结合复杂工装模具进行复杂形状蜂窝预成型，然后将预浸料、胶膜、预成型蜂窝进行复合，制得复杂形状产品件。此种方案克服了常规蜂窝材料因双曲率难成型复杂形状的缺陷，降低了常规蜂窝通过数控加工过程造成材料损耗浪费的问题。
优选地，预处理为40-65℃下处理30-120min，该温度下浸渍树脂可以与芳纶蜂窝充分结合，浸渍树脂不呈现刚性，小分子得以挥发，可以使预浸蜂窝保持柔韧性且不黏手，可以较好的随型和施工使用，使用过程中也不易产生气泡。如果温度过高，树脂容易发生固化反应，造成树脂呈现刚性，造成预浸蜂窝柔韧性大幅降低，不利于复杂形状随型；如果温度过低，树脂又处于湿态，造成树脂滴落，黏手等，无法施工使用，使用过程中易产生气泡、两端密度不均等现象。
此外，本发明还可以提供分阶段升温预处理，由于分阶段升温，预处理过程浸渍树脂更加均匀，而且由于温度梯度的存在，先将小分子挥发，促使浸渍树脂保持柔性状态下，进一步升温，提高浸渍树脂与芳纶蜂窝的结合性能。
具体来说，所述升温预处理是在40-50℃下处理15-60min,然后在50-65℃下处理15-60min。
经预处理后的预浸蜂窝经过高温、固化，因为浸渍树脂没有大量固化反应，不呈现刚性，由于存在温度差异，使预浸蜂窝几乎可以按照白蜂窝状态进行弯曲随型，实现多个角度和方向均能变形。
本发明的有益效果：
1.本发明通过将白蜂窝浸渍树脂后进行预处理，使其达到一种不黏手的状态，具有柔韧性和较好的模具形状随型性的预浸蜂窝。然后将该预浸蜂窝在复杂形状产品模具上进行随型铺设，按照树脂固化曲线成型，得到一种模具形状预成型蜂窝；按照蜂窝夹层结构复合工艺对预浸料、胶膜、预成型蜂窝进行依次铺设，按照成型工艺进行复合成型，得到形状相对复杂的产品件。
避免了现有技术中常规的白蜂窝浸渍后直接进行树脂固化曲线进行固化成型，所制备的蜂窝形状固化难以发生弯曲随型的技术缺陷，同时，采用这种蜂窝进行复杂形状成型时，只能对其进行数控加工雕刻成一定形状或采用拼接方法进行铺设复杂形状，然后再进行复合成型的问题。
2.本发明的预浸蜂窝的柔韧性是靠芳纶纸本身提供的，因为此时树脂仅仅就是浸渍芳纶纸内及附着在纸上，而树脂没有固化，所以其几乎不影响蜂窝的柔韧随型性，因此预浸蜂窝可以很好的多曲面随型。
3.相对于常规正六边型蜂窝及过拉伸蜂窝，预浸蜂窝可在复杂形状模具中随型，易于制备复杂形状部件。
4.预浸蜂窝使得蜂窝复杂形状成型与蜂窝固化工序合二为一，缩减工艺流程，减少材料损耗，降低成本。
5.先烘箱40-65℃下升温预处理，除去小分子等挥发物，让树脂处于不黏手的状态，同时不发生剧烈的固化反应，不呈现刚性，使得蜂窝具有柔性、可弯折随型的特点，可根据需求多角度可变形。最后高温随型固化，得到复杂形状的预成型蜂窝，然后可与其他材料直接复合成型复杂形状产品。
6.本发明克服了常规蜂窝材料双曲率难成型固化的缺陷，低温预处理制得预浸蜂窝，结合高温固化，制备复杂形状预成型蜂窝，有利于节约成本，简化工艺，适合大规模工业生产。
附图说明
附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是本发明复杂曲面预浸芳纶成型蜂窝的制备工艺；
图2是双曲面预浸芳纶蜂窝示意图；
图3是预浸芳纶蜂窝材料内芯部示意图；
图4是常规正六边形孔格蜂窝图；
图5是双曲率现象图；
图6是过拉伸蜂窝单曲面成型图；
图7是常规蜂窝生产加工流程图；
图8是本发明所得半球型多曲面形状部件结构示意图；
图9是本发明所得球型多曲面形状部件结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
实施例1
一种双曲面预浸芳纶蜂窝材料的制备方法，如图1所示，具体包括如下步骤：
1)采用芳纶蜂窝纸孔格4.8mm，1200*2400*8mm，密度96kg/m3。将粘度为22S的芯条胶通过版辊印在芳纶纸上，涂胶后层叠制成蜂窝叠板。
2)将蜂窝叠板在压机上热压，压力0.2PMa，温度180℃，保温3h，热压结束后，修去不整齐的边缘，并裁切8mm厚的拉伸条。
3)将插针穿过耳带固定在拉伸机上，然后缓慢拉伸至规定的孔格边长，最后转移到框架上。
4)将蜂窝和框架整体放进烘箱中定型，温度240℃时间30min。
5)定型结束后浸渍酚醛树脂，每次浸渍后转入固化烘箱中进行预处理60℃-60min，直至预处理密度达到预浸蜂窝的目标密度110kg/m3(公差±10％)。
6)预处理后室温晾置12小时，此时预浸蜂窝呈现树脂不粘手且柔韧性好的特点,然后用塑料薄膜密封后转入冷库保存。
7)采用制备的预浸蜂窝(规格4.8-96)裁切后放置于铺有脱模层的双曲面金属模具上进行固定，并进行真空袋压使其与模具随型，按180℃，3h进行固化，完成后脱模得到预成型的双曲面蜂窝芯材。
将预成型的双曲面蜂窝芯材与预浸料、胶膜进行在模具中依次铺层，并进行固化成型，得到如图2所示的双曲面形状部件。
实施例2
一种双曲面预浸芳纶蜂窝材料的制备方法，具体包括如下步骤：
1)采用芳纶蜂窝纸孔格4.8mm，1200*2200*16mm，密度96kg/m3。将粘度为22S的芯条胶通过版辊印在芳纶纸上，涂胶后层叠制成蜂窝叠板。
2)将蜂窝叠板在压机上热压，压力0.6PMa，温度180℃，保温3h，热压结束后，修去不整齐的边缘，并裁切16mm厚的拉伸条。
3)将插针穿过耳带固定在拉伸机上，然后缓慢拉伸至规定的孔格边长，最后转移到框架上。
4)将蜂窝和框架整体放进烘箱中定型，温度240℃时间30min。
5)定型结束后浸渍酚醛树脂，每次浸渍后转入固化烘箱中进行预处理60℃-60min，直至预处理密度达到预浸蜂窝的目标密度110kg/m3(公差±10％)。
6)室温晾置12小时，然后用塑料薄膜密封后转入冷库保存。
7)采用制备的预浸蜂窝(规格4.8-96)裁切后放置于铺有脱模层的双曲面金属模具上进行固定，并进行真空袋压使其与模具随型，按160℃，3h进行固化，完成后脱模得到预成型的双曲面蜂窝芯材。
将预成型的双曲面蜂窝芯材与预浸料、胶膜进行在模具中依次铺层，并进行固化成型，得到如图2所示的双曲面形状部件。
实施例3
一种双曲面预浸芳纶蜂窝材料的制备方法，具体包括如下步骤：
1)采用芳纶蜂窝纸孔格4.8mm，1200*2400*8mm，密度96kg/m3。将粘度为22S的芯条胶通过版辊印在芳纶纸上，涂胶后层叠制成蜂窝叠板。
2)将蜂窝叠板在压机上热压，压力0.2PMa，温度180℃，保温3h，热压结束后，修去不整齐的边缘，并裁切8mm厚的拉伸条。
3)将插针穿过耳带固定在拉伸机上，然后缓慢拉伸至规定的孔格边长，最后转移到框架上。
4)将蜂窝和框架整体放进烘箱中定型，温度240℃时间30min。
5)定型结束后浸渍酚醛树脂，每次浸渍后转入固化烘箱中进行预处理30℃，60min，直至预处理密度达到要求密度110kg/m3。
6)预处理后室温晾置12小时，然后用塑料薄膜密封后转入冷库保存。
7)采用制备的预浸蜂窝(规格4.8-96)裁切后放置于铺有脱模层的双曲面金属模具上进行固定，并进行真空袋压使其与模具随型，按180℃，3h进行固化，完成后脱模得到预成型的双曲面蜂窝芯材。
将预成型的双曲面蜂窝芯材与预浸料、胶膜进行在模具中依次铺层，并进行固化成型，得到如图2所示的双曲面形状部件。
实施例4
一种双曲面预浸芳纶蜂窝材料的制备方法，具体包括如下步骤：
1)采用芳纶蜂窝纸孔格4.8mm，1200*2400*8mm，密度96kg/m3。将粘度为22S的芯条胶通过版辊印在芳纶纸上，涂胶后层叠制成蜂窝叠板。
2)将蜂窝叠板在压机上热压，压力0.2PMa，温度180℃，保温3h，热压结束后，修去不整齐的边缘，并裁切8mm厚的拉伸条。
3)将插针穿过耳带固定在拉伸机上，然后缓慢拉伸至规定的孔格边长，最后转移到框架上。
4)将蜂窝和框架整体放进烘箱中定型，温度240℃时间30min。
5)定型结束后浸渍酚醛树脂，每次浸渍后转入固化烘箱中进行预处理80℃，60min，直至预处理密度达到要求密度110kg/m3。
6)预处理后室温晾置12小时，然后用塑料薄膜密封后转入冷库保存。
7)采用制备的预浸蜂窝(规格4.8-96)裁切后放置于铺有脱模层的双曲面金属模具上进行固定，并进行真空袋压使其与模具随型，按180℃，3h进行固化，完成后脱模得到预成型的双曲面蜂窝芯材。
将预成型的双曲面蜂窝芯材与预浸料、胶膜进行在模具中依次铺层，并进行固化成型，得到如图2所示的双曲面形状部件。
实施例5
一种多曲面半球型预浸芳纶蜂窝材料的制备方法，具体包括如下步骤：
1)采用芳纶蜂窝纸孔格4.8mm，1200*2200*16mm，密度96kg/m3。将粘度为22S的芯条胶通过版辊印在芳纶纸上，涂胶后层叠制成蜂窝叠板。
2)将蜂窝叠板在压机上热压，压力0.6PMa，温度180℃，保温3h，热压结束后，修去不整齐的边缘，并裁切16mm厚的拉伸条。
3)将插针穿过耳带固定在拉伸机上，然后缓慢拉伸至规定的孔格边长，最后转移到框架上。
4)将蜂窝和框架整体放进烘箱中定型，温度240℃时间30min。
5)定型结束后浸渍酚醛树脂，每次浸渍后转入固化烘箱中进行预处理50℃，80min，直至预处理密度达到要求密度110kg/m3。
6)室温晾置12小时，然后用塑料薄膜密封后转入冷库保存。
7)采用制备的预浸蜂窝(规格4.8-96)裁切后放置于铺有脱模层的半球型金属模具上进行固定，并进行真空袋压使其与模具随型，按160℃，3h进行固化，完成后脱模得到预成型的半球型蜂窝芯材。
将预成型的半球型蜂窝芯材与预浸料、胶膜进行在模具中依次铺层，并进行固化成型，得到半球型多曲面形状部件。
实施例6
一种双曲面预浸芳纶蜂窝材料的制备方法，具体包括如下步骤：
1)采用芳纶蜂窝纸孔格4.8mm，1200*2400*8mm，密度96kg/m3。将粘度为22S的芯条胶通过版辊印在芳纶纸上，涂胶后层叠制成蜂窝叠板。
2)将蜂窝叠板在压机上热压，压力0.2PMa，温度180℃，保温3h，热压结束后，修去不整齐的边缘，并裁切8mm厚的拉伸条。
3)将插针穿过耳带固定在拉伸机上，然后缓慢拉伸至规定的孔格边长，最后转移到框架上。
4)将蜂窝和框架整体放进烘箱中定型，温度240℃时间30min。
5)定型结束后浸渍酚醛树脂，每次浸渍后转入固化烘箱中进行预处理，所述预处理是先在40℃处理20min，然后调整烘箱温度，在60℃处理20min，直至预处理密度达到预浸蜂窝的目标密度110kg/m3(公差±10％)。
6)预处理后室温晾置12小时，此时预浸蜂窝呈现树脂不粘手且柔韧性好的特点。然后用塑料薄膜密封后转入冷库保存。
7)采用制备的预浸蜂窝(规格4.8-96)裁切后放置于铺有脱模层的双曲面金属模具上进行固定，并进行真空袋压使其与模具随型，按180℃，3h进行固化，完成后脱模得到预成型的双曲面蜂窝芯材。
将预成型的双曲面蜂窝芯材与预浸料、胶膜进行在模具中依次铺层，并进行固化成型，得到如图2所示的双曲面形状部件。
实施例7
一种双曲面预浸芳纶蜂窝材料的制备方法，具体包括如下步骤：
1)采用芳纶蜂窝纸孔格4.8mm，1200*2400*8mm，密度96kg/m3。将粘度为22S的芯条胶通过版辊印在芳纶纸上，涂胶后层叠制成蜂窝叠板。
2)将蜂窝叠板在压机上热压，压力0.4PMa，温度170℃，保温3h，热压结束后，修去不整齐的边缘，并裁切8mm厚的拉伸条。
3)将插针穿过耳带固定在拉伸机上，然后缓慢拉伸至规定的孔格边长，最后转移到框架上。
4)将蜂窝和框架整体放进烘箱中定型，温度250℃时间30min。
5)定型结束后浸渍酚醛树脂，每次浸渍后转入固化烘箱中进行预处理40℃-40min，直至预处理密度达到预浸蜂窝的目标密度110kg/m3(公差±10％)。
6)预处理后室温晾置12小时，此时预浸蜂窝呈现树脂不粘手且柔韧性好的特点。然后用塑料薄膜密封后转入冷库保存。
7)采用制备的预浸蜂窝(规格4.8-96)裁切后放置于铺有脱模层的双曲面金属模具上进行固定，并进行真空袋压使其与模具随型，按180℃，2h进行固化，完成后脱模得到预成型的双曲面蜂窝芯材。
将预成型的双曲面蜂窝芯材与预浸料、胶膜进行在模具中依次铺层，并进行固化成型，得到如图2所示的双曲面形状部件。
实施例8
一种球型多曲面预浸芳纶蜂窝材料的制备方法，具体包括如下步骤：
1)采用芳纶蜂窝纸孔格4.8mm，1200*2200*8mm，密度96kg/m3。将粘度为22S的芯条胶通过版辊印在芳纶纸上，涂胶后层叠制成蜂窝叠板。
2)将蜂窝叠板在压机上热压，压力0.5PMa，温度160℃，保温3h，热压结束后，修去不整齐的边缘，并裁切8mm厚的拉伸条。
3)将插针穿过耳带固定在拉伸机上，然后缓慢拉伸至规定的孔格边长，最后转移到框架上。
4)将蜂窝和框架整体放进烘箱中定型，温度260℃时间30min。
5)定型结束后浸渍酚醛树脂，每次浸渍后转入固化烘箱中进行预处理40℃，60min，直至预处理密度达到要求密度。
6)室温晾置12小时，然后用塑料薄膜密封后转入冷库保存。
7)采用制备的预浸蜂窝(规格4.8-96)裁切后放置于铺有脱模层的球型金属模具上进行固定，并进行真空袋压使其与模具随型，按170℃，3h进行固化，完成后脱模得到预成型的球型蜂窝芯材。
将预成型的球型蜂窝芯材与预浸料、胶膜进行在模具中依次铺层，并进行固化成型，得到如图8所示的球型多曲面形状部件。
对比例1
1)采用芳纶蜂窝纸孔格4.8mm，1200*2400*8mm，密度96kg/m3。将粘度为22S的芯条胶通过版辊印在芳纶纸上，涂胶后层叠制成蜂窝叠板。
2)将蜂窝叠板在压机上热压，压力0.2PMa，温度180℃，保温3h，热压结束后，修去不整齐的边缘，并裁切8mm厚的拉伸条。
3)将插针穿过耳带固定在拉伸机上，然后缓慢拉伸至规定的孔格边长，最后转移到框架上。
4)将蜂窝和框架整体放进烘箱中定型，温度240℃时间30min，定型结束。
5)定型后室温晾置8小时，用塑料薄膜密封后转入冷库保存。
6)采用制备的定型白蜂窝(规格4.8-96)裁切后放置于铺有脱模层的双曲面金属模具上进行固定，并进行真空袋压使其与模具随型，按180℃，3h进行固化，得到预成型蜂窝芯材。
将预成型的蜂窝芯材与预浸料、胶膜等进行在双曲面模具中依次铺层，并进行固化成型，得到部件。
对比例2
1)采用芳纶蜂窝纸孔格4.8mm，1200*2400*8mm，密度96kg/m3。将粘度为22S的芯条胶通过版辊印在芳纶纸上，涂胶后层叠制成蜂窝叠板。
2)将蜂窝叠板在压机上热压，压力0.2PMa，温度180℃，保温3h，热压结束后，修去不整齐的边缘，并裁切8mm厚的拉伸条。
3)将插针穿过耳带固定在拉伸机上，然后缓慢拉伸至规定的孔格边长，最后转移到框架上。
4)将蜂窝和框架整体放进烘箱中定型，温度240℃时间30mi n，定型结束后浸渍酚醛树脂。
5)浸渍后室温晾置8小时，用塑料薄膜密封后转入冷库保存。
6)采用制备的预浸蜂窝(规格4.8-96)裁切后放置于铺有脱模层的双曲面金属模具上进行固定，并进行真空袋压使其与模具随型，按180℃，3h进行固化，完成后脱模得到预成型的双曲面蜂窝芯材。
将预成型的双曲面蜂窝芯材与预浸料、胶膜进行在模具中依次铺层，并进行固化成型，得到如图9所示的双曲面形状部件。
实施例与对比例复合材料试验参数测定
采用本发明实施例和对比例2制备得到的预浸芳纶蜂窝材料1，如图3所示，包括蜂窝壁2和内芯部3，其中内芯部3为蜂窝孔的空腔结构，所述蜂窝壁2是六边形蜂窝结构，包括白蜂窝和浸渍树脂，所述白蜂窝是指由芳纶纸经叠合热压拉伸后形成的白蜂窝块；芳纶纸蜂窝的孔格尺寸为4.8-6mm，蜂窝芳纶纸的密度为48-144g/m3。芳纶蜂窝材料尺寸为(1000-1300)mm*(2000-2600)mm*(5-60)mm。
通过实验数据可以看出，定型后不浸渍树脂，此时只是白蜂窝，具有孔格形状和柔韧性，但不具有力学性能；预浸渍白蜂窝未经过预处理随型性较差，尤其是当蜂窝厚度较厚情况下，随型性较差，加工难度高。
预处理温度较高，树脂容易发生固化反应，造成树脂呈现刚性，造成预浸蜂窝柔韧性大幅降低，不利于复杂形状随型；如果温度过低，树脂处于湿态，造成树脂滴落，黏手等，使用过程中易产生气泡、两端密度不均等现象。
采用本发明的制备方法得到的双曲面/多曲面蜂窝具有良好的力学性能、孔格形状均匀，柔韧性、随型性较好，可以用于制造复杂异性复合材料部件，工艺简单，成本低，具有良好的工业化生产前景。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例/方式或示例中。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/方式或示例。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/方式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/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种柔性多角度可变形的预浸芳纶蜂窝材料，其特征在于，所述预浸芳纶蜂窝材料(1)包括蜂窝壁(2)和内芯部(3)，其中内芯部(3)为蜂窝孔的空腔结构，所述蜂窝壁(2)是六边形蜂窝结构，包括白蜂窝和浸渍树脂，所述白蜂窝是指由芳纶纸经叠合热压拉伸后形成的白蜂窝块；芳纶纸蜂窝的孔格尺寸为4.8-6mm，芳纶纸蜂窝的密度为48-144g/m3。
2.如权利要求1所述的预浸芳纶蜂窝材料，其特征在于，芳纶蜂窝材料尺寸为(1000-1300)mm*(2000-2600)mm*(5-60)mm。
3.如权利要求1所述的预浸芳纶蜂窝材料，其特征在于，所述浸渍树脂为酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、改性酚醛树脂的一种或多种。
4.如权利要求3所述的预浸芳纶蜂窝材料，其特征在于，所述蜂窝壁(2)浸渍树脂质量为：M＝K*(CO-C)*V，其中，M为浸渍树脂质量，K为调节系数，C0为预浸芳纶蜂窝材料目标密度，C为白蜂窝密度，V为蜂窝壁(2)体积。
5.一种如权利要求1所述预浸芳纶蜂窝材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
1)对芳纶纸进行涂胶叠合并热压；
2)将热压后的蜂窝叠板通过切纸机裁切成所需的蜂窝芯材厚度；
3)在拉伸机上拉伸至规整的六边形孔格；
4)将拉伸后的白蜂窝片进行架子固定，并放置于定型烘箱中进行定型处理；
5)将定型后的白蜂窝片进行浸渍树脂并进行升温预处理；所述树脂为酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、改性酚醛树脂的一种或多种；
6)重复步骤5)，直至蜂窝密度达到要求，即得到预浸蜂窝。
6.根据权利要求5所述的制备方法，所述的升温预处理的条件为烘箱中进行在40-65℃下处理30-120min；所述改性酚醛树脂为聚酰胺改性酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂或者硼改性酚醛树脂。
7.一种复杂曲面预成型蜂窝材料，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述的预浸芳纶蜂窝材料在复杂曲面金属模具上固定，与模具随型固化，脱模得到复杂曲面预成型蜂窝；所述复杂曲面包括双曲面、多曲面；所述多曲面包括半球型、球型。
8.一种复杂曲面预成型蜂窝材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
1)对芳纶纸进行涂胶叠合并热压；
2)将热压后的蜂窝叠板通过切纸机裁切成所需的蜂窝芯材厚度；
3)在拉伸机上拉伸至规整的六边形孔格；
4)将拉伸后的白蜂窝片进行架子固定，并放置于定型烘箱中进行定型处理；
5)将定型后的白蜂窝片进行浸渍树脂并进行升温预处理；所述树脂为酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、改性酚醛树脂的一种或多种；所述的升温预处理的条件为烘箱中进行在40-65℃下处理30-120min；
6)重复步骤5)，直至蜂窝密度达到要求，即得到柔性预浸蜂窝；
7)将预浸蜂窝裁切后放置于铺有脱模层的复杂面金属模具上进行固定，并进行真空袋压使其与模具随型，进行固化，完成后脱模得到预成型的复杂曲面蜂窝；所述复杂曲面包括双曲面或多曲面，所述多曲面包括半球型、球型。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤1)控制压力0.1-0.8MPa，温度160-180℃，时间2-3h，升温速率2-3℃/min；步骤4)控制烘箱240-265℃，15-40min；步骤7)固化条件为160-180℃，3-4h；步骤5)中所述改性酚醛树脂为聚酰胺改性酚醛树脂、有机硅改性酚醛树脂或者硼改性酚醛树脂。
10.一种复杂曲面形状部件，其特征在于，将权利要求7所述的复杂曲面预成型蜂窝材料与预浸料、胶膜进行在模具中依次铺层，并进行固化成型，得到复杂曲面形状部件，所述复杂曲面包括双曲面或多曲面，所述多曲面包括半球型、球型。
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| CN117601508B (zh) * | 2024-01-18 | 2024-04-19 | 嘉兴雅港复合材料有限公司 | 一种适用于复杂曲面的柔性芳纶蜂窝芯及其制造方法 |
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