CN101797822A - 新型纤维增强蜂窝板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型纤维增强蜂窝板及其制造方法，其结构由两侧面板与棱锥形结构蜂窝芯构成。棱锥形蜂窝芯是由高强散乱状短切纤维棉/毡经注入环氧树脂基体，或用10mm至30mm高强散乱状短切纤维预浸环氧树脂基体成预混模压料，加热加压模制而成。所制得的蜂窝芯由一系列凹凸交错的棱锥形台体组成，在两侧面板的作用下共同构成了一个稳固的整体，是一种各项力学性能优异的新型结构纤维增强蜂窝板。该新型纤维增强蜂窝板成形工艺非常简单，生产成本低廉，可实现连续高效生产。

Description

新型纤维增强蜂窝板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料，具体为一种纤维蜂窝复合板及其制备方法。
背景技术
纤维增强蜂窝复合材料由于其重量轻、强度高、刚度大、可设计性能好及耐腐蚀等优点，已广泛地在航空、航天、船舶、汽车以及其他领域发挥着重要作用，深受广大使用者的喜爱。但是现有的纤维增强蜂窝复合材料受传统蜂窝芯结构以及成形困难的影响，大多采用铝蜂窝芯、塑料蜂窝芯、纸蜂窝芯上粘接纤维增强面板等异种材料制作。虽然也有少量蜂窝芯和面板都为纤维增强材料的蜂窝板，但蜂窝芯的成形与制作工艺很复杂、成本高、效率低且生产的蜂窝板产品缺陷多。以上这些情况直接影响了纤维增强蜂窝复合板的刚度、强度、耐剥离性等力学性能，以及生产成本、生产效率和应用范围。
发明内容
本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种结构更加合理、力学性能更好、便于成形、制作简单的纤维增强蜂窝板。
本发明所采用的方案是：新型纤维增强蜂窝板由两侧面板和纤维增强棱锥蜂窝芯构成，棱锥形蜂窝芯是用散乱状高强度短切纤维丝/毡，经压注树脂胶体或用短切纤维预混料模制加工而成，所制的蜂窝芯由一系列凹凸交错的棱锥台体组成，小棱锥体的斜立面为支撑肋边，且棱锥体尖为一小平面，这样斜立肋边与小平面构成彼此依存的整体式凹凸棱锥体形结构。纤维增强棱锥形蜂窝芯可以是三棱锥台体或四棱锥台体等多棱锥台体结构，其上端面与上面板的下平面固接，下端面与下面板的上平面固接。
本发明的新型纤维增强蜂窝板的制造方法与步骤如下：
步骤一：制作新型纤维增强棱锥形蜂窝芯的模具由上下模板组成，模板上面加工有小棱锥形凸台体，其尺寸按所需加工蜂窝板的要求制作，各凸台体高低间隔一致，整齐排列，上下模板合模后凸台呈相互交错排列并留有相等间隙，并涂上脱模剂。
步骤二：(1)方法一：在下模板上铺设高强散乱增强纤维棉/毡，将上、下模板组装合模，并将模具夹紧。向注塑孔内注入环氧树脂基体，注射压力范围0.4-0.5MPa，使得干纤维完全浸透树脂基体。(2)方法二：在下模板上均匀铺放增强短切纤维预混料，将上、下模板组装合模。
步骤三：将压注模制完成或铺放好预混料、模制料的上下模板放入热压机加温加压固化，固化温度为150-180℃，固化压力为2-6MPa，维持2.5-3.5小时后脱模，即制得增强纤维棱锥形蜂窝芯。
步骤四：将多层纤维布/丝或预浸料铺放在平板上，并逐层涂覆树脂基胶体，然后重复步骤三即制得预制增强纤维面板
步骤五：将制备好的纤维增强棱锥形蜂窝芯上下小端面上涂滚树脂粘接剂，再将制备好的面板与涂好胶的蜂窝芯组合在一起，重复步骤三即制得新型纤维增强棱锥蜂窝板。
由于本发明的棱锥蜂窝芯是采用高强短切纤维浸树脂基体模制成棱锥台体形状的，重量轻，结构上比较牢靠稳定，不易变形。尤其在纤维增强面板的作用下凹凸锥台相互联系、相互作用、相互支撑，共同构成了一个稳固的整体，具有优良的抗压、抗弯力学性能，在抵抗冲击、能量吸收和耗散等方面都具有很大的优势。而蜂窝芯与面板的粘接是较大面积的面固接，而非传统的固结方式，其耐剥离性、刚度、强度都有了很大提升，是一种力学性能优异的新型结构纤维增强蜂窝板。从生产制作上蜂窝芯是由斜立面组成的锥台体立体结构并且由短纤维浸树脂胶模制成形，不会对纤维造成损伤。同时台体成形形状为棱锥形，成形工艺简单容易、用料省、成本低、不易出现产品缺陷。同时，模具制作也非常简单，在制芯过程中也易脱模，可连续高效生产。
附图说明
图1为三棱锥形蜂窝芯示意图
图2为四棱锥形蜂窝芯示意图
图3为新型纤维增强棱锥形结构蜂窝板示意图
图4为棱锥形结构蜂窝芯局部示意图
图5为注胶工艺结构模示意图
图中各标号依次表示：1面板、2棱锥形蜂窝芯、3棱锥体平面、4斜立面、5上模板、6下模板、7注胶孔
具体实施方式：
具体实施方式一：
新型纤维增强蜂窝板(如图3)是由面板1和棱锥形结构蜂窝芯2组合固接构成。
新型纤维增强蜂窝板由上面板、下面板和棱锥形结构蜂窝芯构成，棱锥形蜂窝芯是用10mm至30mm高强散乱状短切纤维预浸环氧树脂基体成预混料，或短切纤维棉/毡经注入环氧树脂胶体模制加工而成，所制的蜂窝芯由一系列凹凸交错的小棱锥台形状组成，小棱锥台体的斜立面3为支撑肋边，且棱锥体尖为一小平面4，这样斜立肋边与小平面构成彼此依存的整体式凹凸棱锥体形结构。蜂窝芯的上棱锥台面与上面板的下平面固接，下棱锥台面与下面板的上平面固接。
芯板上的小棱锥凹凸尺寸大小和深浅以及短切纤维棉/毡的厚度，直接影响所制备蜂窝芯板的力学性能和成形的难易，如何选择要根据蜂窝板使用的要求来综合设计考虑。
具体实施方式二：
本实施方法和步骤如下：
(一)步骤一：制作纤维增强棱锥蜂窝芯的模具由上下模板组成，模板上面加工有小棱锥凹凸台体，其尺寸按所需加工蜂窝夹芯板的要求制作，凹凸台体高低间隔一致，整齐排列，上下模板合模后凹凸台呈相互交错排列并留有相等间隙，模板尺寸按照所需工件以及热压机而定，并涂上脱模剂。
(二)步骤二：
1.注胶成型的方法：
将2mm厚的散乱玻璃短切纤维棉/毡增强材料置于上模板5、下模板6之间，合模并将模具夹紧，在0.4-0.5MPa压力下经注胶孔7注射环氧树脂基体快速充满模腔，让干纤维完全浸透树脂基体。然后加热到120-180℃，维持2.5-3.5小时后固化脱模。
2.预混料成型的方法：
将10-30mm长的玻璃短切纤维与环氧树脂经蓬松和充分捏合后制得预混模压料，将预混料均匀铺于上、下模具之间，上下模合模加压2-6MPa，并加热到120-180℃，维持2.5-3.5小时后固化脱模。
(三)步骤三：铺放多层纤维丝/布并涂环氧树脂，达到1.5mm厚度，放入热压机加热到160℃，加压2-4MPa，2.5小时后制成环氧树脂层压面板。
(四)步骤四：将增强纤维棱锥形蜂窝芯上下小端面涂滚好环氧树脂，放置在上下环氧树脂层压面板之间，加热到120℃，加压到1MPa，2小时后固化，即制得新型纤维增强蜂窝板。
具体实施方式三：
本实施方式所用的高性能纤维增强材料还可以是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等。基体可用不饱和聚脂树脂、环氧树脂、乙烯基树脂等热固性或尼龙、聚碳酸酯等热塑性树脂。
具体实施方式四：
本实施方式所用的面板还可以是金属或其他有机、无机等非金属材料。使本蜂窝板的生产成本尽量降低，而力学性能尽量提高。

Claims (4)

1.新型纤维增强蜂窝板，包括蜂窝芯和两侧板面板，其特征在于：所述的新型纤维增强蜂窝板两侧板之间夹有纤维增强棱锥蜂窝芯，且与棱锥台体上的小平面粘接成一体。
2.根据权利要求1所述的新型纤维增强蜂窝板，其特征在于：棱锥蜂窝芯由短切纤维浸渍热固性或热塑性树脂基体经模制而成。
3.根据权利要求1或2所述的新型纤维增强蜂窝板，其特征在于：所制成的棱锥蜂窝芯由凹凸交错的小棱锥台体组成。
4.根据权利要求1或2所述的新型纤维增强蜂窝板，其制造方法特征在于：
1)步骤一：制作纤维增强棱锥形蜂窝芯的模具由上下模板组成，模板上面加工有小棱锥形凸台体，其尺寸按所需加工蜂窝夹芯板的要求制作，凸台高低间隔一致，整齐排列，上下模板合模后凸台呈相互交错排列并留有相等间隙，并涂有脱模剂；
2)步骤二：方法一：在下模板上铺设散乱增强纤维棉/毡，将上、下模板组装合模，并将模具夹紧；向注塑孔内注入环氧树脂胶体，注射压力范围0.4-0.5MPa，让干纤维完全浸透上树脂基体；方法二：在下模板上均匀铺放散乱增强短切纤维预混料，将上、下模板组装合模；
3)步骤三：将压注模制完成或铺放好预混料、模制料的上下模板放入热压机加温加压固化，固化温度为120-180℃，固化压力为2-6MPa，维持2.5-3.5小时后脱模，即制的纤维增强棱锥形蜂窝芯；
4)步骤四：将多层纤维布/丝或预浸料铺放在平板上，并逐层涂覆树脂基胶体，然后重复步骤三即制的预制增强纤维面板；
5)步骤五：将增强纤维棱锥形蜂窝芯上下小端面涂滚好环氧树脂，放置在上下环氧树脂层压面板之间，加热到120℃，加压到1MPa，2小时后固化，即制的新型纤维增强蜂窝板。
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