用于復(fù)合材料夾心板的輕木芯材及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及制造如下的方法：用于復(fù)合材料夾心板的輕木（balsawood)芯材、特 別是包含纖維增強基質(zhì)樹脂復(fù)合材料外層的夾心板的輕木芯材。本發(fā)明還涉及包含纖維增 強基質(zhì)樹脂復(fù)合材料外層的夾心板的輕木芯材。
【背景技術(shù)】
[0002] 在結(jié)構(gòu)復(fù)合材料領(lǐng)域已知的是，使用輕木作為包含纖維增強基質(zhì)樹脂復(fù)合材料外 層的夾心板的芯材材料。一般通過如下制造夾心板：在輕木的相對著的表面上分別設(shè)置纖 維層，隨后在真空輔助的樹脂傳遞模塑步驟期間，將可固化樹脂浸入纖維層中并背對相對 著的表面。隨后，將樹脂固化以形成夾心板。
[0003] 需要在固化樹脂層和芯材之間提供強力的粘附性結(jié)合，以使得在固化樹脂層和芯 材間具有高的剝離強度。
[0004] 還需要盡量減少芯材對樹脂的吸收。芯材對樹脂的吸收使得夾心板增加不期望的 重量。在真空輔助的樹脂傳遞模塑步驟中，當(dāng)背對輕木芯材的相對著的表面浸漬樹脂時，該 表面傾向于通過將可固化樹脂吸附入該表面內(nèi)來吸收樹脂。
[0005] 輕木是天然材料，因此其結(jié)構(gòu)和性能并非特別一致。為了提供具有高剪切強度的 芯材，將輕木切割成片材，其中該片材的主要的平整切割面實際上垂直于輕木樹的高度方 向。因此，該切割面暴露出直徑通常為0. 2-0. 4_的導(dǎo)管末端，該導(dǎo)管是形成輕木樹水分運 輸系統(tǒng)的主要部分的針狀細胞。在用于制造芯材的切割片材中，導(dǎo)管部分在片材的主要的 平整切割面間延伸。直徑通常為〇. 02-0. 04_的軸向薄壁細胞以及纖維也在片材的主要的 平整切割面間延伸。徑向薄壁細胞則實際上沿著或平行于片材的主要的平整切割面延伸。
[0006] 芯材外表面需要與層壓芯材的纖維增強基質(zhì)樹脂層的樹脂形成顯示出高的剝離 強度的強的結(jié)合。提供暴露出導(dǎo)管和軸向薄壁細胞的輕木的橫向切割面可有助于在樹脂基 質(zhì)和芯材之間形成高剝離強度的結(jié)合。
[0007] 然而，此類橫斷面通過暴露出導(dǎo)管末端和軸向薄壁細胞末端而傾向于吸附大量樹 月旨，該樹脂在真空輔助的樹脂傳遞模塑步驟期間浸漬入纖維增強材料中。芯材中所吸附的 樹脂顯著增加了夾心板的重量，而并未提高夾心板的機械性能，因此是不期望的。并且，輕 木芯材中吸附樹脂還增加了生產(chǎn)期間的原材料成本。
[0008] 已知的是，在真空輔助的樹脂傳遞模塑步驟之前，用厚的聚合物層涂覆輕木表面。 通常，使用液態(tài)熱固性樹脂（如環(huán)氧樹脂）和觸變添加劑來對混合物進行增厚。在輕木表 面對其進行手動刮平并使其固化，從而在樹脂浸漬前對表面進行預(yù)處理。觸變劑有助于阻 止液態(tài)樹脂在等待樹脂增厚和固化時填充細胞的趨勢。觸變混合物具有相對高的粘度，并 產(chǎn)生厚且重的涂層，通常在輕木的各面上超過400g/m 2。與對無任何涂層的輕木進行浸漬相 比，總重量得以節(jié)省，這是因為涂層在固化后阻塞了大多數(shù)細胞。然而，這一工序增加了制 造工藝的實際時間和成本，并且仍然導(dǎo)致高的樹脂吸附。
[0009] 另外還已知的是，施用基于溶劑的涂層來涂覆至表面以保留較薄的阻擋涂層。然 而，已發(fā)現(xiàn)這一類型的層顯著降低了輕木芯材表面上的樹脂層的剝離強度?？偟慕Y(jié)果是，這 一已知的涂層并不提供高的綜合機械性能，包括用于夾心板中的輕木芯材所需的高的剝離 強度以及低的樹脂攝取。
[0010] 此外，當(dāng)將聚合物樹脂涂層施用至輕木時，涂層的固化和/或干燥時間可相當(dāng)長 久，例如長久至使得溶劑從涂層中完全蒸發(fā)，從而使制造工藝效率低下。
[0011] 總的來說，需要如下的夾心板：該夾心板并入有輕木芯材，從而顯現(xiàn)出高的綜合機 械性能（包括高的剝離強度）以及低的樹脂攝取，并且對于制造而言，高效、簡單且不昂貴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的在于滿足上述需求。本發(fā)明的目的在于提供用于制造輕木芯材的方 法，該輕木芯材用于夾心板中，顯示出通過輕木表面進行的低的樹脂攝取，并同時提供芯材 的高的機械性能，以及通過樹脂與芯材表面之間的粘合而在芯材表面與結(jié)合在其上的纖維 增強基質(zhì)樹脂復(fù)合材料的樹脂之間提供高的剝離強度，并且對于制造而言，高效、簡單且不 曰蟲 印貝〇
[0013] 因此，本發(fā)明提供制造用于復(fù)合材料夾心板的芯材的方法，該方法包括以下步 驟：
[0014] (a)提供具有相對著的主表面的輕木片材，輕木的導(dǎo)管和軸向薄壁細胞沿片材的 厚度方向在相對著的主表面之間延伸；
[0015] (b)將可固化樹脂組合物的層涂覆在輕木片材的相對著的各主表面上；并且
[0016] (C)通過輻射使可固化樹脂組合物發(fā)生固化；
[0017] 其中，步驟（b)中施涂的可固化樹脂組合物在施涂至輕木表面時的粘度為1-50 泊，并且經(jīng)涂覆的各輕木表面的涂層重量為50_300g/m 2。
[0018] 在本申請文件中，流變學(xué)測量（例如測量可固化樹脂組合物的粘度）使用TA Instruments AR2000流變儀以及直徑200mm的鋼板進行。實驗以流動模式用受控的剪切應(yīng) 力（32. 59dyne/Cm2)和1000 μπι的間隙進行。以2°C /min的升溫斜率使溫度由KTC增長 至 60。。。
[0019] 本發(fā)明進一步提供制造用于復(fù)合材料夾心板的芯材的方法，該方法包括以下步 驟：
[0020] (a)提供具有相對著的主表面的輕木片材，輕木的導(dǎo)管和軸向薄壁細胞沿片材的 厚度方向在相對著的主表面之間延伸；
[0021] (b)將可固化樹脂組合物的層涂覆在輕木片材的相對著的各主表面上；并且
[0022] (C)通過輻射使可固化樹脂組合物發(fā)生固化，從而限制未固化的樹脂滲入輕木導(dǎo) 管中；
[0023] 其中，施涂并固化樹脂組合物，從而使固化后的樹脂組合物的涂層不均勻地填充 或僅部分填充輕木中的至少部分導(dǎo)管的最末端，由此在相對著的主表面上至少在至少部分 導(dǎo)管附近提供固化后的樹脂組合物的涂層的非平整外表面。
[0024] 通常而言，通過紫外輻射、電子束輻射或熱輻射、或者其它電磁輻射進行固化。
[0025] 在一些實施方式中，除輕木中的導(dǎo)管的最末端處之外，固化后的樹脂組合物的涂 層實質(zhì)上是連續(xù)且平整的，在該最末端處的表面包括導(dǎo)管上方的空穴或凹陷。
[0026] 在一些實施方式中，當(dāng)施涂至輕木表面時，在步驟（b)中施涂的可固化樹脂組合 物的粘度為1-50泊、任選2-20泊、進一步任選2-8泊。在一些實施方式中，對于經(jīng)涂覆的 各輕木表面而言，在步驟（b)中施涂的可固化樹脂組合物的涂層重量為50-300g/m 2、任選 75-160g/m2、進一步任選 90-120g/m2。
[0027] 在一些實施方式中，在步驟（b)中施涂的可固化樹脂組合物形成的涂層的平均厚 度為20-600微米、任選40-400微米。
[0028] 在一些實施方式中，在步驟（b)中施涂的可固化樹脂組合物包含至少一種可聚合 單體和用于使至少一種可聚合單體發(fā)生聚合的固化劑。當(dāng)固化通過光輻射（例如紫外輻 射）進行時，固化劑包含由輻射引發(fā)的光引發(fā)劑。
[0029] 在一些實施方式中，在步驟（b)中施涂的可固化樹脂組合物包含至少一種丙烯酸 鹽/酯或甲基丙烯酸鹽/酯單體。優(yōu)選的是，在步驟（b)中施涂的可固化樹脂組合物進一 步包含至少一種尿燒丙稀酸鹽/酯（urethane acrylate)單體。
[0030] 在一些實施方式中，在步驟（b)中施涂的可固化樹脂組合物不含溶劑，或者對于 可固化樹脂組合物中存在的任何可聚合單體而言，基于可固化樹脂組合物的重量包含至多 lwt%的不可聚合的溶劑。在一些實施方式中，在步驟（b)中施涂的可固化樹脂組合物實質(zhì) 上不含粒狀填料。
[0031] 在一些實施方式中，當(dāng)施涂至輕木表面時，在步驟（b)中施涂的可固化樹脂組合 物被加熱至高于環(huán)境溫度，從而產(chǎn)生1-50泊、任選2-20泊、進一步任選2-8泊的施涂粘度。
[0032] 在一些實施方式中，施涂并固化樹脂組合物，從而使固化后的樹脂組合物向下延 伸至輕木的導(dǎo)管內(nèi)的平均深度為250-2500微米、任選500-1500微米、進一步任選750-1250 微米。
[0033] 在一些實施方式中，涂覆的步驟（b)使用乳輥進行。
[0034] 在一些實施方式中，在步驟（b)中對涂層的指定區(qū)域進行涂覆后，將固化的步驟 (c)在