CN1078844C - 生产具有结构与声学特性的板的方法及由该方法形成的板 - Google Patents
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Abstract
一种生产具有声学和结构特性的，由开口气泡结构芯1形成的夹心板的方法，其步骤包括：通过下述方式形成第一和第二面板2，3，该方法为叠放形成至少两个用热塑树脂浸渍的矿物或合成纤维织物层，对其进行热压；在其中一个面板(2，3)中形成孔4，面板表面的孔隙比约为10-25%；在制备好后，向其中一个面板表面敷设环氧树脂胶；形成夹心板，该夹心板包括开口蜂窝结构芯1，之后对该夹心板进行热压以便使上述胶发生聚合反应从而避免将带孔面板3上的孔挡住。
Description
本发明涉及一种生产具有声学和结构特性的板或类似部件的方法，特别涉及一种夹心板结构，该结构由其两个表面带有面板的气泡芯形成，它可抵抗较大的荷载并可使声音衰减。
虽然下面的描述仅仅涉及形成具体的飞机机身中的舱壁的领域，但是显然本发明可用于任何下述其它的领域，即在这些领域中经证明需要或想要采用下述的轻质夹心板结构，该结构具有良好的力学强度和声学特性。
人们已知道，涡轮螺桨发动机驱动式飞机在其内部座舱中会产生隔音问题，如发动机，螺旋桨产生的噪音，振动以及空气动力噪音等等。
到现在为止，上述隔音问题仍没有满意地得以解决，特别是在与货舱部分有关的座舱方面，本发明的专门目的在于提供一种用来形成座舱舱壁的新型板。
上述舱壁必须是结构部件，即它可承受荷载或应力，这一点就舱壁来说是非常重要的。实际上，如果飞机被迫紧急降落，则该舱壁必须承受货舱内的行李或抵抗座舱货舱内的压力的突然降低。
另外，上述位于货舱一侧的舱壁必须保持美观，即它要进行装饰以便与座舱的其余部分相称。
目前，市场上还没有出现这样的板，该板不但满足轻质和耐火性方面的一般限制条件，而且还可满足上述各种要求。
用来降低紧急降落所产生的影响的结构板不具有任何隔音特性。
还有，目前有这样的夹心板，该板由一侧带有带孔金属薄板，其另一侧带有无孔金属薄板的蜂窝结构芯构成，上述板具有声音衰减特性，例如可用作涡轮螺旋桨隔离舱的某些位置上的盖板，以便至少部分吸收高速气流的声音能量。
然而，当上述结构用于恶劣的环境以便衰减噪音并保持结构整体性时，其表现出缺少足够的强度。
US3166149号专利涉及上述类型的板，但是更多的涉及设于蜂窝结构芯的其中一个表面的复合带孔面板的特性。上述面板首先由用聚合树脂预浸渍过的玻璃纤维网格形成，上述树脂用来增强网格，之后将该面板粘接到蜂窝结构芯的其中一个表面。然后将由多孔材料形成的薄板粘接到上述网格的外表面，该薄板覆盖有装饰的带孔的可移动的覆盖薄层，该覆盖薄层并不直接用来增强整个夹心板。
如果按上述专利认为上述板可用于形成舱壁，尽管如此其结构刚度和强度仍不足以抵抗较大的力，如紧急降落时产生的力。
另外，一般用于形成蜂窝结构芯和无孔面板的材料分别为铝薄板条和铝薄板，它们形成的复合结构具有过量的表面质量。
本发明的目的在于提供一种新型的板，该板可满足有关轻质，刚度和力学强度的严格要求。
为了实现上述目的，本发明提供了一种生产具有声学与结构特性的板或类似部件的方法，该板为夹心板，它由其两侧面上分别带有一个面板的开口气泡结构芯形成，其步骤包括：
通过下述方式形成第一和第二面板，该方式为：在适合的温度和压力条件下，叠放形成至少两个用热塑树脂预浸渍的矿物或合成纤维织物层，对其进行热压；
在其中一个面板中形成孔，该孔的直径约为0.5～1.5mm，面板表面的孔隙比约为10～25％；
在制备好后，向其中一个面板表面敷设环氧树脂胶；
形成夹心板，该夹心板包括开口蜂窝结构芯，其两侧分别带有一个面板，上述环氧树脂胶涂层与上述芯相接触；
之后对该夹心板进行热压以便在适合的时间，压力和温度条件下使上述环氧树脂胶发生聚合反应，从而避免将带孔面板上的孔全部或局部挡住。
上述两个面板最好由用聚醚酰亚胺树脂预浸渍的玻璃纤维织物形成。
上述两个面板具有给定的层数，但是最好该层数是不同的，分别位于中间芯两侧的面板的双对称布置可在不影响表面平整度的情况下降低板的重量和成本，因为本发明板是多相的，也就是说在对整个板件进行加热之前，分别对板中的部件进行了固结处理。这就是无孔面板中的层数(比如3层)小于带孔面板的层数(比如4层)的原因，上述面板的层数与整个板所能承受的应力有直接关系。
根据本发明的一个优先实施例，上述环氧树脂胶涂层为具有很小表面质量的薄膜，另外聚合反应步骤按下述方式进行，即在第一阶段提高温度至适合的数值并进行适合的时间，以便使胶软化而又不致引起明显的聚合反应，从而避免挡住面板的孔，之后在第二阶段保持适合的温度，并进行适合的时间以便完成上述聚合反应。
本发明还涉及采用上述方法制成的板，该板采用边框部件，嵌入件和其它部件形成并具有适合的尺寸以便形成飞机机身舱壁部件。该舱壁部件对于500Hz以上的频率具有极佳的声音衰减特性，并且可抵抗一般的作用于舱壁上的显著的应力。因此，表面积为1.5平方米的本发明的板可承受约900daN应力。
此外，上述舱壁的带孔表面可以很容易地按下述方式进行美观装饰处理，该方式为：使面板涂覆起伏的树脂层，如花岗岩石外观；通过模具成形；通过对带孔装饰薄膜进行加热而在外表形成覆盖层；或敷设上述覆盖层或可传导声音的织物纤维。
本发明的其它特征和优点参照附图仅以举例方式通过本发明板的一个实施例的下面的描述很容易得出。
图1为本发明板结构的分解剖面示意图；
图2为图1所示板的局部剖开的透视图；
图3为板的最佳烘烤阶段曲线。
图1表示夹心板的侧面图，该板包括中间的芯1，它带有开口气泡结构，其两侧设有面板，即多层底面板2和多层顶面板3。
根据本发明，每个面板2，3包括多层，每层由使用热塑树脂预浸渍的合成纤维织物或矿物纤维织物构成，每个面板在装配成夹心板之前要进行加固处理。为了获得上述效果，要将预浸渍纤维织物在适合的平面上按多层方式叠置。根据纤维和树脂的性质在适合的温度下对所形成的构件进行压实以便形成自支承刚性面板。上述操作一般称为固结，这对该领域普通技术人员来说是公知的，故在这里无须进行详细描述。
但是，最好采用由30～35％的聚醚酰亚胺树脂预浸渍的E型玻璃纤维。对于本申请特别适合采用在市场上名称为《7781》的E型玻璃纤维，以及GENERAL ELECTRIC公司生产的商业名称为《ULTEM》的聚醚酰亚胺树脂。
根据本发明在固结之后其中一个面板，即顶面板3(因为最终形成的夹心板可用于任何特殊的位置，故术语“顶”和“底”不具有任何实际的意义)还带有通常沿面板厚度方向横向穿过面板的多个相同的孔4。
最好上述孔或中空的面积占面板3总面积的10～25％左右，而孔4的直径在0.5～1.5mm的范围内，当上述孔面积占约23％时，上述孔径最好为1mm多些。另外最好上述孔径大于或等于面板的厚度。
再有，孔均匀地分布于整个表面。
面板2，3最好采用相同的纤维和树脂形成，根据本发明的另一特征，上述面板2，3包括不同的层数，其中带孔面板3的层数大于不带孔的面板2的层数。
作为实例，不带孔的面板2包括3层：2a，2b，2c，而带孔面板3具有4层：3a，3b，3c，3d。
一旦面板2，3固结好，便可将它们粘于芯1上。一般来说，沿与芯1的中间平面相垂直的轴向上具有的开口气泡的结构是由采用芳族聚酰胺纤维纸，如商标为《NOMEX》的纤维纸制成的蜂窝结构形成的。
上述每个面板2，3的一个表面按一般方式涂有适合的环氧树脂胶。
比如，该胶可通过喷射敷设，但是最好该胶由具有70g/m2左右的很小表面质量的薄膜形成。
上述粘接膜最好采用3M公司生产的商标为SCOTH-WELD AF163-2U的产品。应注意，该粘接剂可自行失效，它最好采用具有该特征的胶。
之后将夹心板的部分1，2，3叠置于热压板上，并使其经过烘烤阶段以便使上述胶发生聚合反应。
根据本发明，当采用3M公司的粘接膜时，上述聚合反应过程是在下述条件下进行的，该条件为：恒定压力为1巴或稍高，第一阶段5的温度约为80℃，第二阶段6的温度约为130℃，之后该温度降为50℃左右，此时施加压力，将夹心板从模中脱出。
图3表示上述板的操作过程，在此过程温度为80℃的温度阶段5保持30分钟，而温度为130℃的温度阶段6保持60分钟，整个上述过程保持有1.2巴的压力。
要确定第一阶段5的温度和时间以便使该胶发生塑流但又不明显地发生聚合反应。
在第一阶段5中，上述胶液化，在带孔面板中的孔处薄膜破裂，因为在面板3与芯1的交接面处每个孔4的周围形成凸凹面，胶材料产生粘接。
对于第二温度阶段6，其要在适合的温度下进行适当的时间以便能使聚合反应进行完全。
当通过喷射敷设胶时，上述孔4未挡住，上述聚合反应过程按一般方式进行，并且它不包括图3所示的两个阶段。
图2表示具有图1叠层结构的板。
实际上，上述夹心板是直接按待形成的舱壁或舱壁部件的形状和尺寸来形成的，从而可将涡轮螺桨发动机驱动式飞机的荷载舱与乘客舱分开。
为了获得上述效果，在对面板进行固结处理后，在这里每个面板的层数根据待形成的舱壁的特性和位置来确定，通过激光切割该面板，接着将其叠合，并进行去除毛刺处理。同样，上述的蜂窝结构芯也要进行机加工，去除毛刺处理和切割。
待粘接的面板的表面应进行抛光，除尘，除油污处理，之后涂敷适合的环氧树脂粘接薄膜。
将构成夹心板的3个部件置于模中，最后放置边框，加强件，嵌入件等，将上述部件相互连接好。
然后将上述模置于热压板之间以便进行上述的胶或粘接剂的聚合反应阶段。
所形成的板，舱壁或舱壁部件可为平面形状，曲线状或带有相互形成有夹角的平面部分。
作为实例，本发明方法可形成固结面板，该面板设置有多层，而每层的厚度为0.25mm，其中对于不带孔的层，其表面质量为450g/m2，而对于带孔层，其表面重量为300g/m2，纤维织物由E型玻璃形成，其表面质量为300g/m2，其厚度为20～100mm，缎纹组织为8，其链串数为22，其罗纹档数为20，采用的树脂为聚醚酰亚胺型树脂。
根据本发明，在装配之前对面板进行固结可形成双对称的板，该板中的加强面板的层数大于另一面板的层数。
如果采用一般方法对上述夹心板进行整体烘烤，则必须使位于蜂窝结构芯两侧的面板层数保持相同以避免在发生聚合反应过程中板变形或翅曲。这样在其中一个面板上设置附加层变得毫无意义。
本发明方法可将具有较小应力的表面上的上述面层去除，这样就可降低整个板件的重量和成本。另外，尽管面板为双对称分布，上述夹心板的表面仍保持很平的状态。
一般来说，芯1的厚度与所需要衰减的声音频谱有直接关系。对于申请中提到的与涡轮螺桨发动机驱动式飞机的舱壁有关的频率，即1200～2000Hz的频率范围来说，上述芯1的厚度应为20mm左右。
对于孔4的直径，其与带孔面板的孔隙比有密切关系，另外可以知道上述两个参数(孔直径和孔隙比)随设置于带孔面板上的装饰层的声学特性或特征而变化。
实际上，除了要考虑按本发明形成的板或座舱的结构，声音衰减和轻质特性之外，另外还应注意到面板应适合进行方便低成本的装饰，其装饰方式为：采用整体涂覆树脂用于形成面板；采用设置有多个面层的模，该模可在面板的外表面形成美观的外表面，如花岗石外表；通过采用热覆方式外涂带孔装饰膜，或粘接上述膜或传导声音的织物层在带孔面板上敷设涂料。
最后，按本发明方法形成的板，舱壁或其它产品要满足商用飞机用的FAR25§853标准(火/烟/毒气标准)，特别建议采用聚醚酰亚胺树脂形成面板。
Claims (15)
1.一种生产具有声学和结构特性的且由其两侧分别带有一个面板的开口气泡结构芯形成的夹心板或类似部件的方法，其步骤包括：
通过下述方式形成第一和第二面板，该方式为：在适合的温度和压力条件下，叠放形成至少两层用热塑树脂预浸渍的矿物或合成纤维织物层，对其进行热压；
在其中一个面板中形成孔，该孔的直径约为0.5～1.5mm，面板表面的孔隙比约为10～25％；
在制备好后，向其中一个面板表面敷设环氧树脂胶；
形成夹心板，该夹心板包括开口蜂窝结构芯，其两侧分别带有一个面板，上述环氧树脂胶涂层与上述芯相接触；
之后对该夹心板进行热压以便在适合的时间，压力和温度条件下使上述环氧树脂胶发生聚合反应，从而可避免将带孔面板上的孔全部或局部挡住。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述面板由用聚醚酰亚胺树脂预浸渍的玻璃纤维形成。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于上述两个面板具有不同的层数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述环氧树脂胶涂层为具有很小表面质量的薄膜。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于上述环氧树脂胶为可自行失效的胶。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于上述胶薄膜为3M公司生产的商标为SCOTCH-WELD的AF 163-2U号薄膜产品。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于按下述方式进行聚合反应步骤，即在第一阶段提高温度至适合的数值并进行适合的时间，以便使胶塑流而不致引起明显的聚合反应，之后在第二阶段保持足够的温度，并进行足够的时间以便完成上述聚合反应。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于上述第一温度阶段保持30分钟左右，上述第二阶段保持60分钟左右。
9.一种根据权利要求1至8中任何一项所述的方法制成的板或类似产品，包括：开口的蜂窝结构芯，在其每一侧叠放形成至少两层用热塑树脂预浸渍的矿物或合成纤维织物层构成的一个面板，上述面板之一包括有孔，该孔的直径约为0.5～1.5mm，面板表面的孔隙比约为10～25％。
10.根据权利要求9所述的板，其特征在于该板包括带有3层的无孔板和带有4层的带孔板，上述每个层的厚度为0.25mm，该层由用聚醚酰亚胺树脂预浸渍的E型玻璃纤维形成。
11.根据权利要求9所述的板，其特征在于上述带孔面板包括下述的孔，该孔的直径为1mm左右，面板的孔隙百分比为23％左右。
12.根据权利要求9所述的板，其特征在于至少其中一个面板中的树脂为整体涂覆。
13.根据权利要求9所述的板，其特征在于至少其中一个面板的外表面以热覆方式敷设有装饰膜，该膜可带有孔。
14.根据权利要求9所述的板，其特征在于至少其中一个面板的外表面敷设有可传导声音的织物纤维，该纤维可以是透明的。
15.根据权利要求9所述的板，其特征在于至少其中一个面板的外表面具有起伏的外表，特别是颗粒状外表。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20020206 Termination date: 20140607 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |