CN105522787B - 一种泡沫金属夹芯及其制备方法、夹芯板 - Google Patents
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Abstract
为克服现有技术中泡沫金属夹芯强度低的问题，本发明提供了一种泡沫金属夹芯，包括泡沫金属和夹芯纤维布；所述夹芯纤维布从所述泡沫金属的上表面经过泡沫金属的侧面延伸至泡沫金属的下表面，将所述泡沫金属包裹；所述泡沫金属的孔内填充有硅胶。同时，本发明还公开了上述泡沫金属夹芯的制备方法以及采用该泡沫金属夹芯的夹芯板。本发明提供的泡沫金属夹芯强度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种泡沫金属夹芯及其制备方法，以及采用该泡沫金属夹芯的夹芯板。
背景技术
泡沫金属材料具有轻质、高效吸能等优点，常被作为吸能部件应用于航空航天、汽车、舰船等领域，但由于其强度不高，应用范围受到了极大的限制。
为使泡沫金属材料得到有效利用，现有技术中通过在泡沫金属材料上下表面设置较薄的复合材料或者金属板，形成以泡沫金属为夹芯的三明治结构夹芯板。这种三明治结构的夹芯板不仅具有质量小、吸能效率高的特点，而且具有较高的比刚度，在充分发挥泡沫金属夹芯自身轻质、高效吸能等优点的同时，提高了强度，具有广泛的应用前景。
然而，由于上述夹芯板中采用的泡沫金属夹芯自身的强度低，限制了具有该泡沫金属夹芯的夹芯板强度的进一步提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中泡沫金属夹芯强度低的问题，提供一种泡沫金属夹芯。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
提供一种泡沫金属夹芯，包括泡沫金属和夹芯纤维布；所述夹芯纤维布从所述泡沫金属的上表面经过泡沫金属的侧面延伸至泡沫金属的下表面，将所述泡沫金属包裹；所述泡沫金属的孔内填充有硅胶。
同时，本发明还提供了上述泡沫金属夹芯的制备方法，包括如下步骤：
S1、采用夹芯纤维布包裹泡沫金属，使夹芯纤维布的两端分别覆盖于所述泡沫金属的上表面和下表面，夹芯纤维布的中部至少覆盖泡沫金属的一个侧面；
S2、将夹芯纤维布包裹的泡沫金属浸没于液态硅胶中；
S3、将内部浸没有泡沫金属的液态硅胶进行真空脱泡，然后将液态硅胶固化。
另外，本发明还提供了一种夹芯板，包括两个复合板材和位于两个复合板材之间的如前所述的泡沫金属夹芯；所述复合板材包括两个金属板及位于两个金属板之间的两个外层纤维布。
本发明提供的泡沫金属夹芯采用纤维布按特定方式裹制，并且泡沫金属夹芯的孔内采用硅胶填充固化。使其具有更优异的强度和抗冲击性能，可用作新型建材、机动车辆的高刚度结构件。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的泡沫金属夹芯的立体示意图；
图2是本发明实施例2提供的泡沫金属夹芯的立体示意图；
图3是本发明提供的夹芯板的***图。
说明书附图中的附图标记如下：
1、泡沫金属夹芯；11、泡沫铝；12、夹芯纤维布；2、金属板；3、外层纤维布。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的泡沫金属夹芯包括泡沫金属和夹芯纤维布；所述夹芯纤维布从所述泡沫金属的上表面经过泡沫金属的侧面延伸至泡沫金属的下表面，将所述泡沫金属包裹；所述泡沫金属的孔内填充有硅胶。
本发明中，上述泡沫金属可以采用本领域常用的各种泡沫金属，例如所述泡沫金属选自泡沫铝、泡沫镍或泡沫铜中的一种。本发明中对泡沫金属的具体种类没有限制。
如本领域技术人员所公知的，泡沫金属是由金属基体骨架连续相和气孔分散相或连续相组成的两相复合材料，其内部分散有大量的孔。本发明提供的泡沫金属夹芯中，泡沫金属的孔内填充有硅胶。
同时，本发明提供的泡沫金属夹芯还包括夹芯纤维布。本发明中采用的极芯纤维布可以为本领域常用的各种纤维布，例如，所述夹芯纤维布为玻璃纤维或碳纤维。
根据本发明，具体的，夹芯纤维布覆盖于泡沫金属上，所述夹芯纤维布从所述泡沫金属的上表面经过泡沫金属的侧面延伸至泡沫金属的下表面。夹芯纤维布大体呈“]”型同时覆盖于泡沫金属的上表面、侧面和下表面上，将泡沫金属包裹。
在孔内填充硅胶，并且通过夹芯纤维布按照上述方式包裹之后，可大大提高泡沫金属夹芯的强度。
根据本发明，上述泡沫金属夹芯中，可以仅包括一个泡沫金属，也可包括多个泡沫金属。当仅包括一个泡沫金属时，夹芯纤维布可以以“]”型方式对泡沫金属进行包裹。
当包括多个泡沫金属时，为提供更高的强度，优选情况下，所述泡沫金属夹芯包括多个泡沫金属；所述多个泡沫金属依次层叠；所述夹芯纤维布沿“弓”字型穿设于所述多个泡沫金属之间并贴合于所述多个泡沫金属表面，将相邻的两个泡沫金属隔开；并且所述夹芯纤维布的两端分别覆盖于最上层的泡沫金属的上表面和最下层的泡沫金属的下表面。
此时，多个泡沫金属之间呈层叠状态。夹芯纤维布覆盖于最上端的第一块泡沫金属上表面，并从第一块泡沫金属上表面朝一侧延伸，弯曲后贴合于第一块泡沫金属的第一侧面(例如左侧)并沿该侧面向下延伸至第一块泡沫金属的下表面，再次弯曲后同时贴合于第一块泡沫金属下表面和第二块泡沫金属上表面，并沿第一块泡沫金属下表面向第一块泡沫金属的与第一侧面相对的侧边(例如右侧)延伸至第二侧面(例如右侧面)处，并向下弯曲后贴合于第二块泡沫金属的第二侧面(例如右侧面)，并沿该侧面向下延伸至第二块泡沫金属的下表面，再次弯曲后同时贴合于第二块泡沫金属下表面和第三块泡沫金属上表面，并沿第二块泡沫金属下表面向第二块泡沫金属的另一侧(例如左侧)延伸。以此类推，直至夹芯纤维布贴合于最下方的泡沫金属的下表面上。此时，夹芯纤维布呈“弓”字型穿设于所述多个泡沫金属之间并贴合于所述多个泡沫金属表面。在多个泡沫金属同一侧，两个相邻的泡沫金属中，仅有一个泡沫金属的侧面与夹芯纤维布贴合，即在同一侧，夹芯纤维布间隔贴合于多个泡沫金属侧面。而对于同一泡沫金属而言，其两个相对的侧面中，仅有一个侧面与夹芯纤维布贴合。
本发明中，所述泡沫金属夹芯的厚度可在较大范围内变动，具体可根据适用领域进行相应调整和选择，优选情况下，所述泡沫金属夹芯的厚度为5-15mm。
同时，本发明还提供了上述泡沫金属夹芯的制备方法，包括如下步骤：
S1、采用夹芯纤维布包裹泡沫金属，使夹芯纤维布的两端分别覆盖于所述泡沫金属的上表面和下表面，夹芯纤维布的中部至少覆盖泡沫金属的一个侧面；
S2、将夹芯纤维布包裹的泡沫金属浸没于液态硅胶中；
S3、将内部浸没有泡沫金属的液态硅胶进行真空脱泡，然后将液态硅胶固化。
根据本发明，如前所述，制备上述泡沫金属夹芯时采用的夹芯纤维布和泡沫金属可采用本领域常用的夹芯纤维布和泡沫金属，例如所述夹芯纤维布为玻璃纤维或碳纤维；所述泡沫金属选自泡沫铝、泡沫镍或泡沫铜中的一种。
如步骤S1所述，首先需采用夹芯纤维布包裹泡沫金属，使夹芯纤维布的两端分别覆盖于所述泡沫金属的上表面和下表面，夹芯纤维布的中部至少覆盖泡沫金属的一个侧面。
如前文所述，上述泡沫金属个数可以为一个或多个，当泡沫金属仅有一个时，采用夹芯纤维布包裹该泡沫金属，使夹芯纤维布的两端分别覆盖于所述泡沫金属的上表面和下表面，夹芯纤维布的中部覆盖于所述泡沫金属的侧面上。即，此时夹芯纤维布呈“]”型，夹芯纤维布的两端分别覆盖于所述泡沫金属的上表面和下表面上，夹芯纤维布的中部贴合于泡沫金属的一个侧面上。
当泡沫金属具有多个时，可按上述一个泡沫金属类似的方式，将多个泡沫金属视为一个整体，采用夹芯纤维布将上述多个泡沫金属共同包裹，此时夹芯纤维布呈“]”型，夹芯纤维布贴合于多个泡沫金属的同一侧的侧面上。本发明中，为提供更高的强度，优选情况下，夹芯纤维布的两端分别覆盖于所述泡沫金属的上表面和下表面，并且夹芯纤维布的中部同时覆盖泡沫金属的一个侧面及上下表面。具体的，使所述多个泡沫金属依次层叠，并且所述夹芯纤维布沿“弓”字型穿设于所述多个泡沫金属之间并贴合于所述多个泡沫金属表面，将相邻的两个泡沫金属隔开；并且所述夹芯纤维布的两端分别覆盖于最上层的泡沫金属的上表面和最下层的泡沫金属的下表面。如前所述，此时，在多个泡沫金属同一侧，两个相邻的泡沫金属中，仅有一个泡沫金属的侧面与夹芯纤维布贴合，即在同一侧，夹芯纤维布间隔贴合于多个泡沫金属侧面。而对于同一泡沫金属而言，其两个相对的侧面中，仅有一个侧面与夹芯纤维布贴合。
本发明中，优选情况下，所述步骤S1中，先采用环氧树脂对所述夹芯纤维布进行预浸处理，然后采用夹芯纤维布包裹泡沫金属。
根据本发明，采用夹芯纤维布包裹泡沫金属后，需在泡沫金属的孔内填充硅胶。具体如步骤S2，将夹芯纤维布包裹的泡沫金属浸没于液态硅胶中。可以理解的，具体操作时，可在一箱体内灌注液态硅胶，然后将夹芯纤维布包裹的泡沫金属置于液态硅胶内，使液态硅胶的液面高于泡沫金属的最顶端；或者，可将夹芯纤维布包裹的泡沫金属置于一箱体内，然后向箱体内灌注液态硅胶，直至淹没泡沫金属的最顶端。
为避免在后续真空脱泡时液态硅胶液面下降至泡沫金属的最顶端之下而导致泡沫金属部分区域内无法有效的填充硅胶，优选情况下，所述步骤S2中，液态硅胶的液面高出所述泡沫金属上表面的距离为泡沫金属厚度的0.5倍。
同时，为避免过于浪费材料，优选情况下，将泡沫金属置于箱体内时，使泡沫金属的长宽面紧贴箱体底部，利于在后续工艺中减少机加工的耗料。
本发明中，如步骤S3，还需将内部浸没有泡沫金属的液态硅胶进行真空脱泡，以除去硅胶内部的气泡。真空脱泡的方法可以采用常规的方法，例如可以在50-100KPa的压强下进行真空脱泡。
经过真空脱泡处理后，需将液态硅胶固化。本发明中对液态硅胶固化的方法没有特殊限制，只需能将液态硅胶固化即可，例如所述步骤S3中，将液态硅胶固化的方法为：在30-40℃下固化2-3h。
根据本发明，优选情况下，所述步骤S3中，在真空脱泡后，先保持5-15min，然后泄压至常压，再将液态硅胶固化。
通常，经过上述处理将液体硅胶固化后，在泡沫金属以外的部分会存在固化后的硅胶，因此，根据本发明，在所述步骤S3之后，还包括去除所述泡沫金属以外的硅胶。
另外，作为本发明提供的泡沫金属夹芯的一种具体用途，本发明还提供了一种夹芯板，包括两个复合板材和位于两个复合板材之间的如前所述的泡沫金属夹芯；所述复合板材包括两个金属板及位于两个金属板之间的两个外层纤维布。
具体的，该夹芯板大致结构与现有的夹芯板结构类似，区别在于泡沫金属夹芯为本发明提供的泡沫金属夹芯。如图3所示，本发明提供的夹芯板包括两个复合板材和一个本发明提供的泡沫金属夹芯1(例如实施2制备得到的泡沫金属夹芯)。该泡沫金属夹芯1包括2个层叠的泡沫铝11和夹芯纤维布12。泡沫铝11的孔内填充有硅胶(图中未示出)。夹芯纤维布12沿“弓”字型穿设于2个泡沫铝11之间并贴合于2个泡沫铝11表面，将两个泡沫铝11隔开.并且夹芯纤维布12的两端分别覆盖于最上层的泡沫铝11的上表面和最下层的泡沫铝11的下表面。
泡沫金属夹芯位1于两个复合板材之间。分别位于泡沫金属夹芯1上方和下方的两个复合板材结构相同。具体的，该复合板材包括两个金属板2和两个外层纤维布3。两个外层纤维布3位于两个金属板2之间。
对于两个外层纤维布3，优选情况下，其中一个外层纤维布3内纤维的排列方向与另一个外层纤维布3内纤维的排列方向垂直。
如本领域所公知的，上述外层纤维布可以采用本领域常用的各种纤维布，例如所述外层纤维布可以为玻璃纤维或碳纤维。
以下通过实施例对本发明进行进一步的说明。
实施例1
本实施例用于说明本发明公开的泡沫金属夹芯及其制备方法。
提供尺寸为63.5mm×12.7mm×12mm的泡沫铝。采用夹芯纤维布裹至泡沫铝，夹芯纤维布如“]”型将泡沫铝裹制，整体尺寸：63.5mm×12.7mm×12.7mm。
将夹芯纤维布裹至的泡沫铝固定在箱体底处，并浇注液态硅胶。液态硅胶的液面高出泡沫铝上表面的距离为泡沫铝厚度的0.5倍。
将内部具有夹芯纤维布裹至的泡沫铝和液态硅胶的箱体放置于真空干燥箱内，在90KPa的压强下进行真空脱泡，直至无气泡冒出。然后保持12min，再泄压至常压，再在32℃下固化3h，使液态硅胶固化。
最后将泡沫铝取出，去除多余的硅胶，得到尺寸为63.5mm×12.7mm×12.7mm的泡沫金属夹芯。
其具体结构参见图1。夹芯纤维布12大体呈“]”型同时覆盖于泡沫铝11的上表面、侧面和下表面上，将泡沫铝11包裹。
采用缺口冲击试验机按照ATSM D-256，在摆锤规格为75Kg-cm的条件下测试上述泡沫金属夹芯的冲击强度。其中，样条为尺寸：63.5mm×12.7mm，缺口剩余宽度：10.16mm，总宽度：12.7mm。
得到该泡沫金属夹芯的冲击强度为3.92J/cm2。
实施例2
本实施例用于说明本发明公开的泡沫金属夹芯及其制备方法。
将泡沫铝均分成两块，每块尺寸：63.5mm×12.7mm×6mm。采用夹芯纤维布裹至泡沫铝，夹芯纤维布如“弓”字型将泡沫铝裹制，整体尺寸：63.5mm×12.7mm×12.7mm。
将夹芯纤维布裹至的泡沫铝固定在箱体底处，并浇注液态硅胶。液态硅胶的液面高出泡沫铝上表面的距离为泡沫铝厚度的0.5倍。
将内部具有夹芯纤维布裹至的泡沫铝和液态硅胶的箱体放置于真空干燥箱内，在60KPa的压强下进行真空脱泡，直至无气泡冒出。然后保持8min，再泄压至常压，再在38℃下固化2h，使液态硅胶固化。
最后将泡沫铝取出，去除多余的硅胶，得到尺寸为63.5mm×12.7mm×12.7mm的泡沫金属夹芯。
其具体结构参见图2。该泡沫金属夹芯1包括2个层叠的泡沫铝11和夹芯纤维布12。泡沫铝11的孔内填充有硅胶(图中未示出)。夹芯纤维布12沿“弓”字型穿设于2个泡沫铝11之间并贴合于2个泡沫铝11表面，将两个泡沫铝11隔开.并且夹芯纤维布12的两端分别覆盖于最上层的泡沫铝11的上表面和最下层的泡沫铝11的下表面。
采用缺口冲击试验机按照ATSM D-256，在摆锤规格为75Kg-cm的条件下测试上述泡沫金属夹芯的冲击强度。其中，样条为尺寸：63.5mm×12.7mm，缺口剩余宽度：10.16mm，总宽度：12.7mm。
得到该泡沫金属夹芯的冲击强度为5.72J/cm2。
对比例1
本对比例用于对比说明本发明公开的泡沫金属夹芯及其制备方法。
提供尺寸为63.5mm×12.7mm×12.7mm的泡沫铝。
采用缺口冲击试验机按照ATSM D-256，在摆锤规格为75Kg-cm的条件下测试上述泡沫铝的冲击强度。其中，样条为尺寸：63.5mm×12.7mm，缺口剩余宽度：10.16mm，总宽度：12.7mm。
得到该泡沫铝的冲击强度为1.43J/cm2。
对比上述实施例和对比例的测试结果可知，本发明提供的泡沫金属夹芯的强度得到了明显提升。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种泡沫金属夹芯，其特征在于，包括泡沫金属和夹芯纤维布；所述夹芯纤维布从所述泡沫金属的上表面经过泡沫金属的侧面延伸至泡沫金属的下表面，将所述泡沫金属包裹；所述泡沫金属的孔内填充有硅胶；
所述泡沫金属夹芯包括多个泡沫金属；所述多个泡沫金属依次层叠；所述夹芯纤维布沿“弓”字型穿设于所述多个泡沫金属之间并贴合于所述多个泡沫金属表面，将相邻的两个泡沫金属隔开；并且所述夹芯纤维布的两端分别覆盖于最上层的泡沫金属的上表面和最下层的泡沫金属的下表面。
2.根据权利要求1所述的泡沫金属夹芯，其特征在于，所述泡沫金属夹芯的厚度为5-15mm。
3.根据权利要求1所述的泡沫金属夹芯，其特征在于，所述夹芯纤维布为玻璃纤维或碳纤维。
4.根据权利要求1所述的泡沫金属夹芯，其特征在于，所述泡沫金属选自泡沫铝、泡沫镍或泡沫铜中的一种。
5.如权利要求1所述的泡沫金属夹芯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、采用夹芯纤维布包裹泡沫金属，使夹芯纤维布的两端分别覆盖于所述泡沫金属的上表面和下表面，夹芯纤维布的中部至少覆盖泡沫金属的一个侧面；提供多个泡沫金属；采用夹芯纤维布包裹所述多个泡沫金属，使所述多个泡沫金属依次层叠，并且所述夹芯纤维布沿“弓”字型穿设于所述多个泡沫金属之间并贴合于所述多个泡沫金属表面，将相邻的两个泡沫金属隔开；并且所述夹芯纤维布贴合的两端分别覆盖于最上层的泡沫金属的上表面和最下层的泡沫金属的下表面；S2、将夹芯纤维布包裹的泡沫金属浸没于液态硅胶中；S3、将内部浸没有泡沫金属的液态硅胶进行真空脱泡，然后将液态硅胶固化。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，先采用环氧树脂对所述夹芯纤维布进行预浸处理，然后采用夹芯纤维布包裹泡沫金属。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，液态硅胶的液面高出所述泡沫金属上表面的距离为泡沫金属厚度的0.5倍。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，将液态硅胶固化的方法为：在30-40℃下固化2-3h。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，在50-100KPa的压强下进行真空脱泡；在真空脱泡后，先保持5-15min，然后泄压至常压，再将液态硅胶固化。
10.根据权利要求5或9所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3之后，还包括去除所述泡沫金属以外的硅胶。
11.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述夹芯纤维布为玻璃纤维或碳纤维；所述泡沫金属选自泡沫铝、泡沫镍或泡沫铜中的一种。
12.一种夹芯板，其特征在于，包括两个复合板材和位于两个复合板材之间的如权利要求1-4中任意一项所述的泡沫金属夹芯；所述复合板材包括两个金属板及位于两个金属板之间的两个外层纤维布。
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