泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結構及其製備方法

2023-10-06 13:24:29 2

泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結構及其製備方法
【專利摘要】本發明涉及複合材料【技術領域】，特別是一種具有曲面特徵的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結構；包括上面板、上膠層、蜂窩鋁-泡沫一體芯、下膠層和下面板；發泡材料在蜂窩鋁中發泡後得到泡沫和蜂窩鋁的複合物，所述複合物根據產品外形和結構的需要經三維加工後得到所述蜂窩鋁-泡沫一體芯，所述蜂窩鋁-泡沫一體芯與所述上面板和所述下面板之間分別通過所述上膠層和所述下膠層進行粘接；通過在蜂窩鋁中填充泡沫有效提高了蜂窩鋁芯三明治結構的綜合抗衝擊等力學性能，改善了三維可加工性能，同時具有良好的隔音、保溫等性能；本發明同時也提供了泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結構的製備方法。
【專利說明】泡沬填充蜂窩鋁芯三明治結構及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及複合材料【技術領域】，特別是一種具有曲面特徵的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結構及其製備方法。
【背景技術】
[0002]蜂窩鋁三明治結構由於重量輕、比強度高、抗衝擊性好、隔熱隔音等一系列優點，已廣泛應用於航空航天、汽車、建築等領域。目前國內外常見的蜂窩鋁三明治板為蜂窩鋁板，其由蜂窩鋁芯材和金屬面板複合而成。
[0003]現有的蜂窩鋁三明治結構在芯材和面板兩方面都存在著不足。對於蜂窩鋁芯材而言，其間隙一般為中空，使得整體結構的側向力學性能遠低於其軸向力學性能；並且這樣的芯材一般難以加工出具有雙曲率特徵的曲面。對於面板而言，常見的為平板形式，如果要複合出曲面特徵的三明治結構，衝壓成形成本大，因此，目前的蜂窩鋁三明治結構無論是力學性能，還是三維加工性性能等都有待改進。

【發明內容】

[0004]本發明為了解決目前現有的蜂窩鋁板存在的力學性能以及加工性能不佳的問題，而提供的一種泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結構。
[0005]為達到上述功能，本發明提供的技術方案是:
[0006]一種泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結構，包括上面板、上膠層、蜂窩鋁-泡沫一體芯、下膠層和下面板，發泡材料在蜂窩鋁中發泡後得到泡沫和蜂窩鋁的複合物，所述複合物根據產品外形和結構的需要經三維加工後得到具有曲面特徵的所述蜂窩鋁-泡沫一體芯，所述蜂窩鋁-泡沫一體芯與所述上面板和所述下面板之間分別通過所述上膠層和所述下膠層進行粘接。
[0007]優選地，所述的上面板和下面板為複合材料板或傳統金屬材料板。
[0008]優選地，所述泡沫根據需要在所述蜂窩鋁中進行均勻化填充或梯度填充，填充後可以二次加工出複雜曲面特徵。
[0009]優選地，所述上面板和所述下面板為碳纖維增強複合材料板、玻璃纖維增強複合材料板、鋁板或鋼板。
[0010]本發明還提供上述的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結構的製備方法，包含如下步驟:
[0011]步驟1、將上面板和下面板進行表面粗化和表面清洗，去除油汙後烘乾；
[0012]步驟2、將準備好的蜂窩鋁置於發泡模具中，準備好發泡所需的設備；
[0013]步驟3、將發泡材料置於所述蜂窩鋁中，根據所需要的泡沫密度控制發泡材料數量；合模、升溫，進行發泡，控制發泡溫度和時間；冷卻後取出泡沫和蜂窩鋁的複合物；
[0014]步驟4、根據實際需要對步驟3中的泡沫和蜂窩鋁的複合物進行外形加工，得到所述的蜂窩鋁-泡沫一體芯；
[0015]步驟5、將步驟4中加工好的蜂窩鋁-泡沫和步驟I中的上面板和下面板進行粘接，粘接時分別在所述上面板和所述下面板的內側或蜂窩鋁-泡沫複合體兩側塗膠或膠膜，然後將所述上面板、所述下面板和所述蜂窩鋁-泡沫一體芯進行預壓得到一預壓件；將所述預壓件放置到模壓機上下壓板中間，然後控制模壓機壓板的加載壓力和溫度，成形得到泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結構。
[0016]優選地，所述的蜂窩鋁為正多邊形。
[0017]優選地，所述發泡材料為聚苯乙烯或聚氨酯。
[0018]優選地，所述膠膜為環氧樹脂膠類膠或膠膜。
[0019]優選地,聚苯乙烯珠粒直徑為0.4mm?1.8mm。
[0020]上述的均勻化填充是指填充在所述蜂窩鋁中的泡沫的密度是均勻的，上述的梯度填充是指填充在所述蜂窩鋁中的泡沫的密度呈梯度狀變化。
[0021]本發明的有益效果在於:本發明提供的一種泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結構，通過在蜂窩鋁中填充泡沫有效提高了蜂窩鋁芯三明治結構的綜合抗衝擊等力學性能，改善了三維可加工性能，同時具有良好的隔音、保溫等性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結構的結構示意圖；
[0023]圖2為梯度填充的蜂窩鋁-泡沫一體芯的縱截面圖；
[0024]圖3為本發明的工藝示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖1至附圖3對本發明作進一步闡述:
[0026]實施例一:
[0027]如圖1所示的一種泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結構，包括上面板1、上膠層4、蜂窩鋁-泡沫一體芯2、下膠層5和下面板3，本實施例中的上面板I和下面板3為曲面板，發泡材料在蜂窩鋁中發泡後得到泡沫22和蜂窩鋁21的複合物，該複合物具有較強的綜合力學性能(軸向和側向)以及三維加工性能，該複合物根據產品外形和結構的需要經三維加工後得到具有曲面特徵的蜂窩鋁-泡沫一體芯2，蜂窩鋁-泡沫一體芯2與上面板I和下面板3之間分別通過上膠層4和下膠層5進行粘接得到曲面三明治板。
[0028]如圖2所示，在本實施例中泡沫22採用梯度填充的填充方式填充在蜂窩鋁21中，即將不同密度的發泡材料依次填充在蜂窩鋁21中再進行發泡，通過這種方式填充後得到的蜂窩鋁-泡沫一體芯2具有梯度吸能的特性。上面板I和下面板3採用碳纖維增強複合材料板，當然在實際生產的過程中，我們可以根據需要採用玻璃纖維增強複合材料板等其它複合材料板，或者鋁板或鋼板等傳統金屬材料板。
[0029]實施例二:
[0030]以下是採用聚苯乙烯泡沫(即EPS泡沫)填充蜂窩鋁芯三明治結構的製備方法:如附圖3所示，步驟如下:
[0031]1、將成形好的面板(曲面或平板)進行粗化，使用清洗劑清洗，製成上面板I和下面板3備用；
[0032]2、將準備好的正六邊形蜂窩鋁21置於發泡模具中，準備好發泡所需的設備；[0033]3、在蜂窩鋁21空隙中填充熟化的EPS珠粒，並發泡填充。EPS原料直徑根據實際使用需要決定，本例中採用0.6mm的珠粒(常用珠粒直徑0.4mm?1.8mm),將所選珠粒充入EPS預發機中，通入熱蒸汽和壓縮空氣，膨脹至原體積3倍後改用熟化倉熟化4小時，然後利用高壓離心風機將其吹入或手工放入步驟2的發泡模具中，填充至蜂窩高度3/4處，然後向模具內充入120攝氏度的蒸汽進行成型，保壓，冷卻，出模，烘乾，最終得到蜂窩鋁-EPS泡沫複合物；
[0034]4、根據外形需要對蜂窩鋁-EPS泡沫複合物進行曲面加工，並切割成與面板匹配的尺寸；
[0035]5、在由EPS泡沫和蜂窩鋁21組成的蜂窩鋁-EPS泡沫複合物的上、下表面粘貼環氧樹脂膠膜，將步驟I的上面板I和下面板3分別粘貼於蜂窩鋁-EPS泡沫複合物的上、下表面，再將其置於模壓機，加載力和溫度根據膠膜固化要求確定，本例模壓機溫度設為120°C，加壓時間為15分鐘，最後冷卻，取出，得到EPS泡沫填充的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結構。
[0036]實施例三:
[0037]以下是採用聚氨脂泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結構的製備方法:如附圖3所示，步驟如下:
[0038]1、將成形好的面板(曲面或平板)進行粗化，使用清洗劑清洗，製成上面板I和下面板3，備用；
[0039]2、將準備好的正六邊形的蜂窩鋁21置於發泡模具中，準備好發泡所需的設備；
[0040]3、在蜂窩鋁21空隙中填充聚氨脂泡沫。將聚酯多元醇(A料)和多異氰酸酯(B料)以及催化劑、活性劑、發泡劑等充分混合，形成聚氨酯泡沫發泡料，將發泡料迅速澆注入模具中，保壓，冷卻，出模，最終得到蜂窩鋁-EPS泡沫複合物。發泡的密度可調整A料和B料的配方和比例來實現；
[0041]4、根據外形需要對蜂窩鋁-聚氨脂泡沫複合物進行曲面加工，並切割成與上面板I和下面板3匹配的尺寸；
[0042]5、在由聚氨脂泡沫和蜂窩鋁21組成的蜂窩鋁-EPS泡沫複合物的上、下表面粘貼環氧樹脂膠膜，將步驟I的上面板I和下面板3分別粘貼於蜂窩鋁-聚氨脂泡沫複合物上、下表面，再將其置於模壓機，加載力和溫度根據膠膜固化要求確定，本例模壓機溫度設為120°C，加壓時間為15分鐘，最後冷卻，取出，得到聚氨脂泡沫填充的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結構；
[0043]實施例四:
[0044]以下是採用EPS泡沫梯度填充蜂窩鋁芯三明治結構的製備方法:如附圖3所示，步驟如下:
[0045]1、將成形好的面板(曲面或平板)進行粗化，使用清洗劑清洗，製成上面板I和下面板3，備用；
[0046]2、將準備好的蜂窩鋁21置於發泡模具中，準備好發泡所需的設備；
[0047]3、在蜂窩鋁21空隙中發泡形成不同密度的EPS泡沫。首先通過預發泡、熟化工藝過程製備幾種不同大小的熟化EPS泡沫粒，然後在蜂窩鋁21空隙中依次填充，接著向發泡模具中充入120攝氏度的蒸汽進行成型，保壓，冷卻，出模，烘乾，最終得到蜂窩鋁-EPS泡沫複合物；[0048]4、根據外形需要對蜂窩鋁-EPS泡沫複合物進行曲面加工，並切割成與上面板I和下面板3匹配的尺寸；
[0049]5、在由EPS泡沫和蜂窩鋁21組成的蜂窩鋁-EPS泡沫複合物的上、下表面粘貼環氧樹脂膠膜，將步驟I的上面板I和下面板3分別粘貼於蜂窩鋁-EPS泡沫複合物上、下表面，再將其置於模壓機，加載力和溫度根據膠膜固化要求確定，本例模壓機溫度設為120°C，加壓時間為15分鐘，最後冷卻，取出，得到EPS泡沫梯度填充的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結構。
[0050]以上所述實施例，只是本發明的較佳實例，並非來限制本發明的實施範圍，故凡依本發明申請專利範圍所述的構造、特徵及原理所做的等效變化或修飾，均應包括於本發明專利申請範圍內。
【權利要求】
1.一種泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結構，其特徵在於:包括上面板、上膠層、蜂窩鋁-泡沫一體芯、下膠層和下面板，發泡材料在蜂窩鋁中發泡後得到泡沫和蜂窩鋁的複合物，所述複合物根據產品外形和結構的需要經三維加工後得到具有曲面特徵的蜂窩鋁-泡沫一體芯，所述蜂窩鋁-泡沫一體芯與所述上面板和所述下面板之間分別通過所述上膠層和所述下膠層進行粘接。
2.如權利要求1所述的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結構，其特徵在於:所述的上面板和下面板為複合材料板或傳統金屬材料板。
3.如權利要求1所述的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結構，其特徵在於:所述泡沫根據需要在所述蜂窩鋁中進行均勻化填充或梯度填充，填充後可以二次加工出複雜曲面特徵。
4.如權利要求2所述的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結構，其特徵在於:所述上面板和所述下面板為碳纖維增強複合材料板、玻璃纖維增強複合材料板、鋁板或鋼板。
5.一種如權利要求1至4任意一項所述的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結構的製備方法，其特徵在於:包含如下步驟: 步驟1、將上面板和下面板進行表面粗化和表面清洗，去除油汙後烘乾； 步驟2、將準備好的蜂窩鋁置於發泡模具中，準備好發泡所需的設備； 步驟3、將發泡材料置於所述蜂窩鋁中，根據所需要的泡沫密度控制發泡材料數量；合模、升溫，進行發泡，控制發泡溫度和時間；冷卻後取出泡沫和蜂窩鋁的複合物； 步驟4、根據實際需要對步驟3中的泡沫和蜂窩鋁的複合物進行外形加工，得到所述的蜂窩招-泡沫一體芯； 步驟5、將步驟4中加工好的蜂窩鋁-泡沫和步驟I中的上面板和下面板進行粘接，粘接時分別在所述上面板和所述下面板的內側或蜂窩鋁-泡沫複合體兩側塗膠或膠膜，然後將所述上面板、所述下面板和所述蜂窩鋁-泡沫一體芯進行預壓得到一預壓件；將所述預壓件放置到模壓機上下壓板中間，然後控制模壓機壓板的加載壓力和溫度，成形得到泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結構。
6.如權利要求5所述的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結構的製備方法，其特徵在於:所述的蜂窩招為正多邊形。
7.如權利要求5所述的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結構的製備方法，其特徵在於:所述發泡材料為聚苯乙烯或聚氨酯。
8.如權利要求5所述的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結構的製備方法，其特徵在於:所述膠膜為環氧樹脂膠類膠或膠膜。
9.如權利要求7所述的泡沫填充蜂窩鋁芯三明治結構的製備方法，其特徵在於:聚苯乙烯珠粒直徑為0.4mm?1.8mm。
【文檔編號】B32B15/02GK103847163SQ201410090364
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月4日 優先權日:2014年3月4日
【發明者】劉強, 郭鷗, 吳穎菡, 伍文豔 申請人:中山大學