CN203974161U

CN203974161U - 一种纤维增强泡沫梯度隔热减振层合板

Info

Publication number: CN203974161U
Application number: CN201420387466.7U
Authority: CN
Inventors: 刘旺玉; 汪宁陵; 黄家乐; 罗远强; 林贞琼
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2014-07-14
Filing date: 2014-07-14
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2024-07-14

Abstract

本实用新型公开了一种纤维增强泡沫梯度隔热减振层合板，其高密度纤维增强泡沫芯层、中密度纤维增强泡沫芯层和低密度纤维增强泡沫芯层都是由泡沫基质填充纤维构成；高密度纤维增强泡沫芯层、中密度纤维增强泡沫芯层和低密度纤维增强泡沫芯层中玻璃微球质量分数在10％～30％内递增变化，纤维体积含量在30％～10％内递减变化；至少一组金属表层、高密度纤维增强泡沫芯层、中密度纤维增强泡沫芯层和低密度纤维增强泡沫芯层从下到上依次叠放设置。本实用新型由纤维增强泡沫梯度材料组成隔热防振芯层，纤维的设置大大提高基体材料总体或某个特定方向的力学性能，有利于克服泡沫材料组成的隔热减振层由于应力梯度的原因在使用过程中产生翘曲问题。

Description

一种纤维增强泡沫梯度隔热减振层合板

技术领域

本实用新型涉及一种层合板，特别是涉及一种具有隔热减振功能的层合板。

背景技术

多孔材料，包括金属泡沫和聚合物泡沫等材料，具有比强度高、比刚度高，压缩强度大和吸收能量性能好等优点，广泛应用于建筑，船舶，风力能源和航空航天领域。多孔材料由于内部具有大量孔胞结构，相对于实心材料能大大减少固体传热面积、增大传热距离，因此特别适合做隔热材料。相对于实心结构，孔胞结构在受冲击时容易产生塑性变形，有利于冲击时能量的吸收，因此多孔材料也经常用于减振结构。然而，拉伸强度低、脆性大使得多孔材料应用受到限制。单一的多孔材料，尤其是硬发泡多孔材料的加工性能较差。纤维增强复合材料的出现很好解决了这个问题。少量的纤维增强就可以使多孔材料拉伸强度和韧性得到大幅度的提高。

为了进一步提高多孔材料的性能，近年来又出现了一些变梯度的泡沫材料。通过对结构的受力分析的基础上设计出一些沿某个方向具有一定梯度的材料，能进一步减少结构质量，提高材料的利用效率。但是芯层材料的梯度变化会导致板在梯度方向的热膨胀系数和水分吸收产生梯度变化，最终使板产生翘曲和变形，影响板的正常使用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于为了避免泡沫梯度材料层合板在使用过程中因热膨胀或水分吸收膨胀而产生的翘曲变形，提出了一种由纤维增强泡沫梯度材料的芯层和金属保护表层组成的层合板，以减少使用过程中因环境变化而造成层合板的变形翘曲。

本实用新型通过以下技术方案来实现：

一种纤维增强泡沫梯度隔热减振层合板，主要由表层金属板、高密度纤维增强泡沫芯层，中密度纤维增强泡沫芯层和低密度纤维增强泡沫芯层组成；高密度纤维增强泡沫芯层、中密度纤维增强泡沫芯层和低密度纤维增强泡沫芯层都是由泡沫基质填充纤维构成；泡沫基质为空心玻璃微球填充环氧树脂制备而成的多孔材料，高密度纤维增强泡沫芯层、中密度纤维增强泡沫芯层和低密度纤维增强泡沫芯层中玻璃微球质量分数在10％～30％范围内递增变化；所填充的纤维为天然纤维或人造纤维；高密度纤维增强泡沫芯层，中密度纤维增强泡沫芯层和低密度纤维增强泡沫芯层中的纤维体积含量在30％～10％范围内递减变化；至少一组金属表层、高密度纤维增强泡沫芯层、中密度纤维增强泡沫芯层和低密度纤维增强泡沫芯层从下到上依次叠放设置。

为进一步实现本实用新型目的，优选地，所述的高密度纤维增强泡沫芯层、中密度纤维增强泡沫芯层和低密度纤维增强泡沫芯层构成芯层，芯层的实际层数为3～10层。

优选地，从上下两端分别往中间依次设置金属表层、高密度纤维增强泡沫芯层、中密度纤维增强泡沫芯层和低密度纤维增强泡沫芯层。

优选地，所述表层金属板、高密度纤维增强泡沫芯层，中密度纤维增强泡沫芯层和低密度纤维增强泡沫芯层各层之间通过胶黏剂粘结。

优选地，所述表层金属板为0.2～0.5mm厚的铝合金板或合金钢层板，高密度纤维增强泡沫芯层，中密度纤维增强泡沫芯层和低密度纤维增强泡沫芯层的厚度都为0.4～1mm。

优选地，所述玻璃微球直径为20～120μm，壁厚为1～2微米。

优选地，所述高密度纤维增强泡沫芯层、中密度纤维增强泡沫芯层和低密度纤维增强泡沫芯层中玻璃微球质量分数相差3％～10％。

优选地，所述高密度纤维增强泡沫芯层，中密度纤维增强泡沫芯层和低密度纤维增强泡沫芯层中的纤维体积含量相差3％～10％。

优选地，所述纤维为玻璃纤维或者植物维管束天然植物纤维；纤维的填充为有序或者无序填充；玻璃纤维直径在8～35um之间，维管束直径在20～800μm之间，纤维的长度20～100mm。

优选地，所述的金属层板是铝合金板或合金钢层板。所述的具有隔热减震功能的层合板，芯层与金属表层之间采用胶黏剂进行连接。

相对于现有技术，本实用新型具有如下特点：

1)本实用新型提出的一种具有隔热减振功能的层合板，通过使用一种纤维增强泡沫梯度材料的芯层和金属保护表层组成的复合结构，通过纤维材料对泡沫梯度基体的约束可以有效地防止泡沫梯度层合板的翘曲和变形，提高泡沫梯度层合板的环境适应性。

2)本实用新型提出了一种具有隔热减振功能的层合板，通过使用一种纤维增强泡沫梯度材料的芯层和金属保护表层组成的复合结构，可以有效地提高材料利用效率，减轻结构重量。

附图说明

图1为实施例1的纤维增强泡沫梯度隔热减振层合板结构示意图。

图2为实施例2的纤维增强泡沫梯度隔热减振层合板结构示意图。

图3为实施例1芯层有限元模型的荷载示意图。

图4为纤维增强梯度泡沫芯层与普通梯度泡沫芯层的变形对比图。

具体实施方式

为更好地理解本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，一种纤维增强泡沫梯度隔热减振层合板，主要由表层金属板1、高密度纤维增强泡沫芯层2，中密度纤维增强泡沫芯层3和低密度纤维增强泡沫芯层4组成；其中，表层金属板为0.2～0.5mm厚的铝合金板或合金钢层板，高密度纤维增强泡沫芯层2，中密度纤维增强泡沫芯层3和低密度纤维增强泡沫芯层4的厚度都为0.4～1mm；高密度纤维增强泡沫芯层2、中密度纤维增强泡沫芯层3和低密度纤维增强泡沫芯层4都是由泡沫基质填充纤维5构成；泡沫基质为空心玻璃微球填充环氧树脂制备而成的多孔材料，其中玻璃微球直径为20～120μm，壁厚为1～2微米；高密度纤维增强泡沫芯层2、中密度纤维增强泡沫芯层3和低密度纤维增强泡沫芯层4中玻璃微球质量分数在10％～30％范围内递增变化；各层之间的质量分数差为3％～10％，所填充的纤维5是玻璃纤维或者植物维管束天然植物纤维；高密度纤维增强泡沫芯层2，中密度纤维增强泡沫芯层3和低密度纤维增强泡沫芯层4中的纤维5体积含量在30％～10％范围内递减变化，各层之间的体积含量差为10％～3％；玻璃纤维直径在8-35um之间，维管束直径在20～800μm之间，长度20～100mm，填充方向可以是有序的，也可以是无序的。

其叠放顺序如下：金属表层1放在底层，在金属表层1上从下到上依次叠放高密度纤维增强泡沫芯层2、中密度纤维增强泡沫芯层3和低密度纤维增强泡沫芯层4。本实施例还可在低密度纤维增强泡沫芯层4上设置金属表层1，便于防止被保护物体。

高密度纤维增强泡沫芯层2、中密度纤维增强泡沫芯层3和低密度纤维增强泡沫芯层4构成芯层，芯层的实际层数可按具体使用要求在3～10层范围内变化。

表层金属板1、高密度纤维增强泡沫芯层2，中密度纤维增强泡沫芯层3和低密度纤维增强泡沫芯层4各层之间通过胶黏剂粘结。

高密度纤维增强泡沫芯层2，中密度纤维增强泡沫芯层3和低密度纤维增强泡沫芯层4的制备过程如下：给模具喷上脱模剂，放入烤箱加热15-20分钟；环氧树脂和固化剂预热后按照质量分数10份E44-6101型环氧树脂，0.3～2份固化剂，0.001份消泡剂，0.1-0.3份空心玻璃微球混合搅拌均匀后与不同比例的玻璃纤维或植物维管束分层次铺于模具中，压平后放入烤箱加热2小时，固化脱模后即能得到纤维增强泡沫层合板。固化剂可用乙烯基三胺(DETA)、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺(TEPA)或二丙烯三胺(DPTA)；按质量百分比计，消泡剂由0.5％硬脂酸、99％聚氧丙基聚氧乙基甘油醚和0.5％二甲基硅油组成。

工作时，被保护物体放在芯层4一侧，外界冲击荷载或热荷载从表层金属板1处传入，由于芯层多孔材料的孔胞作用，荷载被迅速耗散，从而保护了物体。当层合板长期工作在高温度或高湿度的环境时，由于芯层材料的梯度变化会导致板在梯度方向的热膨胀系数和水分吸收产生梯度变化，最终使板产生翘曲和变形，而纤维的延伸率比基质要小，而纤维的存在对基质的变形产生约束，从而减少芯层的翘曲，提高梯度层合板的环境适应性。

仿真计算验证效果。

以下通过对纤维增强梯度泡沫芯层仿真计算，以验证本实用新型在减少芯层变形方面的效果。如图3所示，在实施例1的基础上，纤维增强梯度泡沫芯层在，低密度纤维增强泡沫芯层4上增设了金属表层1；从下到上，表层金属板1、高密度纤维增强泡沫芯层2，中密度纤维增强泡沫芯层3、低密度纤维增强泡沫芯层4和金属表层1依次设置，在高密度纤维增强泡沫芯层2一侧加载T1＝80℃的热荷载，低密度纤维增强泡沫芯层4一侧设置T2＝20℃边界条件，侧面设置为对称边界条件，并与相同尺寸相同荷载下的普通梯度泡沫芯层的变形作对比。

纤维增强梯度泡沫芯层与普通梯度泡沫芯层的变形对比如图4所示，图中可以看出，由于纤维的存在使得纤维增强梯度泡沫芯层在每一层上的平均变形的均比普通梯度泡沫芯层的变形小，平均变形量减少了12.4％。

实施例2

如图2所示，一种纤维增强泡沫梯度隔热减振层合板，主要由表层金属板1、高密度纤维增强泡沫芯层2、中密度纤维增强泡沫芯层3和低密度纤维增强泡沫芯层4组成；其中，表层金属板为0.2～0.5mm厚的铝合金板或合金钢层板，高密度纤维增强泡沫芯层2，中密度纤维增强泡沫芯层3和低密度纤维增强泡沫芯层4的厚度都为0.4～1mm；高密度纤维增强泡沫芯层2、中密度纤维增强泡沫芯层3和低密度纤维增强泡沫芯层4都是由泡沫基质填充纤维5构成；泡沫基质为空心玻璃微球填充环氧树脂制备而成的多孔材料，其中玻璃微球直径为20～120μm，壁厚为1～2微米；高密度纤维增强泡沫芯层2、中密度纤维增强泡沫芯层3和低密度纤维增强泡沫芯层4中玻璃微球质量分数在10％～30％范围内递增变化；各层之间的质量分数差为3％～10％，所填充的纤维5是玻璃纤维或者植物维管束天然植物纤维；高密度纤维增强泡沫芯层2，中密度纤维增强泡沫芯层3和低密度纤维增强泡沫芯层4中的纤维5体积含量在30％-10％范围内递减变化，各层之间的体积含量差为10％～3％；玻璃纤维直径在8-35um之间，维管束直径在20～800μm之间，长度20～100mm，填充方向可以是有序的，也可以是无序的。

各层之间的叠放顺序如下：从上下两端分别往中间依次设置金属表层1、高密度纤维增强泡沫芯层2、中密度纤维增强泡沫芯层3和低密度纤维增强泡沫芯层4；低密度纤维增强泡沫芯层4为一层，金属表层1、高密度纤维增强泡沫芯层2和中密度纤维增强泡沫芯层3分别有对称设置两层；低密度纤维增强泡沫芯层4位于中间层，中密度纤维增强泡沫芯层3、高密度纤维增强泡沫芯层2和金属表层1分别以低密度纤维纤维增强泡沫芯层4为对称轴呈对称分布。其它与具体实施方式1相同。表层金属板1、高密度纤维增强泡沫芯层2，中密度纤维增强泡沫芯层3和低密度纤维增强泡沫芯层4各层之间通过胶黏剂粘结。

高密度纤维增强泡沫芯层2，中密度纤维增强泡沫芯层3和低密度纤维增强泡沫芯层4的制备过程同实施例1。

金属保护表层与外界热或冲击荷载接触，纤维增强泡沫梯度材料组成隔热防振芯层；工作时，被保护物体放在表层金属板一侧，外界冲击荷载或热荷载从表层金属板1处传入，依次经过高密度纤维增强泡沫芯层2、中密度纤维增强泡沫芯层3、低密度纤维增强泡沫芯层4、中密度纤维增强泡沫芯层3、高密度纤维增强泡沫芯层2，再传入到另一表层金属板1上；由于芯层多孔材料的孔胞作用，荷载被迅速耗散，从而保护了物体。常规的泡沫材料组成的隔热减振层由于应力梯度的原因在使用过程中容易产生翘曲。当层合板长期工作在高温度或高湿度的环境时，由于材料的梯度变化会导致板在梯度方向的热膨胀系数和水分吸收产生梯度变化，最终使板产生翘曲和变形，而本实用新型由于纤维的延伸率比基质要小，因此纤维的存在将对基质的变形产生约束，从而减少芯层的翘曲变形，防止芯层与表层金属板发生脱离，提高梯度层合板的环境适应性。

Claims

1.一种纤维增强泡沫梯度隔热减振层合板，其特征在于，主要由表层金属板、高密度纤维增强泡沫芯层，中密度纤维增强泡沫芯层和低密度纤维增强泡沫芯层组成；高密度纤维增强泡沫芯层、中密度纤维增强泡沫芯层和低密度纤维增强泡沫芯层都是由泡沫基质填充纤维构成；泡沫基质为空心玻璃微球填充环氧树脂制备而成的多孔材料，高密度纤维增强泡沫芯层、中密度纤维增强泡沫芯层和低密度纤维增强泡沫芯层中玻璃微球质量分数在10％～30％范围内递增变化；所填充的纤维为天然纤维或人造纤维；高密度纤维增强泡沫芯层，中密度纤维增强泡沫芯层和低密度纤维增强泡沫芯层中的纤维体积含量在30％～10％范围内递减变化；至少一组金属表层、高密度纤维增强泡沫芯层、中密度纤维增强泡沫芯层和低密度纤维增强泡沫芯层从下到上依次叠放设置。

2.根据权利要求1所述的纤维增强泡沫梯度隔热减振层合板，其特征在于，所述的高密度纤维增强泡沫芯层、中密度纤维增强泡沫芯层和低密度纤维增强泡沫芯层构成芯层，芯层的实际层数为3～10层。

3.根据权利要求1所述的纤维增强泡沫梯度隔热减振层合板，其特征在于，从上下两端分别往中间依次设置金属表层、高密度纤维增强泡沫芯层、中密度纤维增强泡沫芯层和低密度纤维增强泡沫芯层。

4.根据权利要求1-3任一项所述的纤维增强泡沫梯度隔热减振层合板，其特征在于，所述表层金属板、高密度纤维增强泡沫芯层，中密度纤维增强泡沫芯层和低密度纤维增强泡沫芯层各层之间通过胶黏剂粘结。

5.根据权利要求1-3任一项所述的纤维增强泡沫梯度隔热减振层合板，其特征在于，所述表层金属板为0.2～0.5mm厚的铝合金板或合金钢层板，高密度纤维增强泡沫芯层，中密度纤维增强泡沫芯层和低密度纤维增强泡沫芯层的厚度都为0.4～1mm。

6.根据权利要求1所述的纤维增强泡沫梯度隔热减振层合板，其特征在于，所述玻璃微球直径为20～120μm，壁厚为1～2微米。

7.根据权利要求1所述的纤维增强泡沫梯度隔热减振层合板，其特征在于，所述高密度纤维增强泡沫芯层、中密度纤维增强泡沫芯层和低密度纤维增强泡沫芯层中玻璃微球质量分数相差3％～10％。

8.根据权利要求1所述的纤维增强泡沫梯度隔热减振层合板，其特征在于，所述高密度纤维增强泡沫芯层，中密度纤维增强泡沫芯层和低密度纤维增强泡沫芯层中的纤维体积含量相差3％～10％。

9.根据权利要求1所述的纤维增强泡沫梯度隔热减振层合板，其特征在于，所述纤维为玻璃纤维或者植物维管束天然植物纤维；纤维的填充为有序或者无序填充；玻璃纤维直径在8～35um之间，维管束直径在20～800μm之间，纤维的长度20～100mm。

10.根据权利要求1所述的纤维增强泡沫梯度隔热减振层合板，其特征在于，所述的金属层板是铝合金板或合金钢层板。