專利名稱：玄武巖纖維增強(qiáng)預(yù)織造多層蜂窩復(fù)合材料復(fù)合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及預(yù)織造立體布復(fù)合材料，特別是涉及玄武巖纖維增強(qiáng)預(yù)織造多層蜂窩復(fù)合材 料結(jié)構(gòu)及常溫常壓下樹(shù)脂固化復(fù)合方法。
背景技術(shù)：
蜂窩結(jié)構(gòu)復(fù)合材料是根據(jù)仿生學(xué)發(fā)展出來(lái)的一種形狀與蜜蜂巢穴相似或相近的材料，具 有重量輕、比強(qiáng)度高、比剛度高、抗振、隔熱、隔音等優(yōu)越性能，因此大量應(yīng)用在航空、航 天等對(duì)材料重量有特殊要求的領(lǐng)域。近年來(lái)蜂窩結(jié)構(gòu)材料在建筑、汽車、火車和電子電氣等 行業(yè)，也獲得了廣泛應(yīng)用，比如火車地板就是鋁合金蜂窩結(jié)構(gòu)加貼面板制成的蜂窩夾板。
目前，人們根據(jù)蜂窩的用途已經(jīng)研制成功鋁合金蜂窩、紙蜂窩、玻璃鋼(即玻纖復(fù)合)蜂 窩、塑料蜂窩和陶瓷蜂窩等。但是真正被廣泛應(yīng)用的，只有鋁合金蜂窩、紙蜂窩和分層復(fù)合 玻璃鋼蜂窩幾種材料。其中紙蜂窩只能用于包裝。鋁合金蜂窩的質(zhì)量相對(duì)較重，且造價(jià)過(guò)高， 資源受限。相比其他蜂窩材料，分層復(fù)合玻璃鋼蜂窩具有比強(qiáng)度比模量高、耐疲勞性能好， 破損安全性高、阻尼減振性好、具有多種功能性、良好的加工工藝性及性能的可設(shè)計(jì)性等， 但成品的整體性差，層間粘接界面薄弱，在高溫高濕環(huán)境下或承受交變外力時(shí)，粘接處容易 開(kāi)裂。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出玄武巖纖維增強(qiáng)預(yù)織造多層蜂窩復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及常溫常 壓下樹(shù)脂固化復(fù)合方法。在玄武巖纖維增強(qiáng)預(yù)織造多層蜂窩復(fù)合材料制備過(guò)程中，采用了玄 武巖連續(xù)長(zhǎng)絲作為織造原料，多層整體織造蜂窩立體布作為框架，設(shè)計(jì)了常溫常壓條件下固 化成型的工藝，成功制備出玄武巖纖維增強(qiáng)預(yù)織造多層蜂窩復(fù)合材料。本發(fā)明的技術(shù)如下-
本發(fā)明的玄武巖纖維增強(qiáng)預(yù)織造多層蜂窩復(fù)合材料復(fù)合方法，是在常溫常壓下樹(shù)脂固化 定型，采用了玄武巖連續(xù)長(zhǎng)絲作為織造原料，多層整體織造蜂窩立體布作為框架，制備出玄 武巖纖維增強(qiáng)預(yù)織造多層蜂窩復(fù)合材料。
所述的樹(shù)脂固化定型是采用固化配方環(huán)氧樹(shù)脂酚醛胺環(huán)氧質(zhì)量配比為100:1 25; 活性二氧化硅作為助劑，比例為環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量用量的1% 3%。
所述的玄武巖纖維增強(qiáng)預(yù)織造多層蜂窩復(fù)合材料是浸入樹(shù)脂膠液后，直接擠拉成制成的 實(shí)心平板；或是用蜂窩定型模具控制形狀固化定型而成的空心蜂窩復(fù)合板，或是空心蜂窩復(fù) 合板端面貼上貼面制成的蜂窩夾板。
碳纖、芳綸、高分子量聚乙烯、玄武巖纖維是當(dāng)今四大高強(qiáng)纖維。玄武巖纖維高強(qiáng)、高產(chǎn) 量、低能耗、低價(jià)格、無(wú)污染、資源永不枯竭，各項(xiàng)性能均優(yōu)越玻纖，強(qiáng)度和普通碳纖相似， 化學(xué)性能則遠(yuǎn)優(yōu)于其他高強(qiáng)纖維。本發(fā)明采用了性價(jià)比遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有蜂窩結(jié)構(gòu)材料的新型高強(qiáng)
材料玄武巖連續(xù)長(zhǎng)絲作為原料，提高了產(chǎn)品力學(xué)性能；利用多層蜂窩立體布整體織造技術(shù)， 預(yù)織件整體復(fù)合，解決了分層玻璃鋼蜂窩整體性能不好、粘接界面易丌裂的缺陷；設(shè)計(jì)了常 溫常壓條件下固化成型的工藝，相對(duì)常用的高溫高壓固化工藝，產(chǎn)業(yè)化成本將人大降低。玄 武巖纖維增強(qiáng)蜂窩預(yù)織造復(fù)合材料，因?yàn)樵虾徒Y(jié)構(gòu)的優(yōu)越性能，可以取代鋁合金蜂窩和分 層玻璃鋼蜂窩，也可以取代其他金屬和復(fù)合材料，有著廣闊的應(yīng)用前景，尤其是在航空、航 天、和國(guó)防領(lǐng)域。


圖1:玄武巖纖維增強(qiáng)預(yù)織造正六角形空心蜂窩復(fù)合板材實(shí)物圖。 圖2:多層玄武巖蜂窩布小樣實(shí)物圖。
圖3:切割整理后的玄武巖纖維預(yù)織造復(fù)合空心蜂窩樣品。
具體實(shí)施例方式
使用玄武巖纖維為織造原料，多層整體織造蜂窩立體布為框架，常溫常壓條件下樹(shù)脂固 化定型；將織物浸入樹(shù)脂膠液后，直接擠拉成制成的實(shí)心平板；也可以是用蜂窩定型模具控 制形狀固化定型而成的空心蜂窩復(fù)合板，還可以是空心蜂窩復(fù)合板端面貼上貼面制成的蜂窩 夾板。
多層玄武巖纖維蜂窩立體布織造完成后進(jìn)行退漿處理，插入模具晾曬，利用織物縮水特 性緊固預(yù)定型。蜂窩定型模具可以是底面為六邊形、正六邊形、菱形、圓型、矩形和正弦曲 線等形狀的柱體。樹(shù)脂調(diào)配完成后靜置5 10分鐘，對(duì)樹(shù)脂膠液進(jìn)行抽真空排氣泡處理。然后 將織物浸入樹(shù)脂膠液，這時(shí)膠液的粘度接近最小值，有利于膠液的滲透浸潤(rùn)。等織物浸泡膠 液靜置一段時(shí)間后，在樹(shù)脂體系的凝膠點(diǎn)到來(lái)之前，對(duì)浸潤(rùn)混合體進(jìn)行定型處理，保證制品 滿足成品幾何尺寸的要求。脫模后打磨成品，整理成型。
固化工藝的固化劑配方為環(huán)氧樹(shù)脂酚醛胺環(huán)氧質(zhì)量配比為100:1 25;活性二氧化
硅作為助劑，比例為環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量用量的1% 3%。
本發(fā)明采用聚乙烯醇PVA1799配成7%漿料，并添加適量潤(rùn)滑劑和乳化劑，對(duì)直徑為9微 米的玄武巖連續(xù)長(zhǎng)絲進(jìn)行上漿處理?？椩斐傻牧鶎臃涓C平紋立體布小樣實(shí)物如圖1所示。
實(shí)施例l:玄武巖纖維增強(qiáng)預(yù)織造多層立體布復(fù)合實(shí)心平板制備
采用玄武巖纖維六層蜂窩立體平紋布作為框架，固化基質(zhì)配方為環(huán)氧樹(shù)脂酚醛胺環(huán)氧 =100:10。樹(shù)脂調(diào)配完成后靜置5 10分鐘，對(duì)樹(shù)脂膠液進(jìn)行抽真空排氣泡處理。然后將多層 蜂窩布浸透樹(shù)脂，利用擠拉方式排去多余的樹(shù)脂，定型為多層蜂窩立體布增強(qiáng)復(fù)合平板。多 層立體布復(fù)合實(shí)心平板所有蜂窩經(jīng)擠拉后完全貼合封閉，外形和單層玄武巖纖維平紋布增強(qiáng) 復(fù)合平板相似，但由于有多個(gè)增強(qiáng)層其力學(xué)性能遠(yuǎn)優(yōu)于普通單層布增強(qiáng)復(fù)合平板。
實(shí)施例2:玄武巖纖維增強(qiáng)預(yù)織造矩形蜂窩空心復(fù)合板制備
采用玄武巖纖維六層蜂窩立體平紋布作為框架，織造完成后進(jìn)行退漿處理，插入模具晾 曬，利用織物縮水特性緊固預(yù)定型，蜂窩定型模具為矩形底面的四棱柱鋁合金棒，矩形長(zhǎng)短
邊比例為2:1。固化基質(zhì)調(diào)配原料為環(huán)氧樹(shù)脂E-51，固化劑酚醛胺環(huán)氧(TZ —550)和助劑活 性二氧化硅。環(huán)氧樹(shù)脂和酚醛胺環(huán)氧配比為100:25，環(huán)氧樹(shù)脂和活性二氧化硅的比例為100:3。 樹(shù)脂調(diào)配完成后靜置5 10分鐘，對(duì)樹(shù)脂膠液進(jìn)行抽真空排氣泡處理。然后將織物浸入樹(shù)脂膠 液，這時(shí)膠液的粘度也將要到達(dá)最小值處，有利于膠液的滲透浸潤(rùn)。等織物浸泡膠液靜置一 段時(shí)間后，在樹(shù)脂體系的凝膠點(diǎn)到來(lái)之前，對(duì)浸潤(rùn)混合體進(jìn)行定型處理，保證制品滿足成品 幾何尺寸的要求。固化后打磨整理，成型為矩形蜂窩空心復(fù)合板材。 實(shí)施例3:玄武巖纖維增強(qiáng)預(yù)織造復(fù)合正六角形蜂窩夾層板制備
玄武巖纖維正六邊形蜂窩立體平紋布織造完成后進(jìn)行退漿處理，插入正六棱柱鋁合金棒 模具晾曬預(yù)定型。調(diào)配固化基質(zhì)原料為環(huán)氧樹(shù)脂E-51，固化劑酚醛胺環(huán)氧(TZ—550)和助劑 活性二氧化硅。環(huán)氧樹(shù)脂和酚醛胺環(huán)氧配比為100:20，環(huán)氧樹(shù)脂和活性二氧化硅的比例為 100:2。樹(shù)脂調(diào)配完成后靜置5 10分鐘，對(duì)樹(shù)脂膠液進(jìn)行抽真空排氣泡處理，然后將織物浸入 樹(shù)脂膠液，最后對(duì)浸潤(rùn)混合體進(jìn)行定型處理。固化后脫模，打磨端面至平整如圖l，用強(qiáng)力膠 貼上地板貼面，制作成高度和火車地板相同的為20mm的塑膠面地板。
織造完成之后，需要對(duì)織物進(jìn)行退漿處理。如果制作預(yù)織造復(fù)合材料，在退漿清洗的時(shí) 候，最好先用模具將蜂窩孔格撐開(kāi)；這樣便于晾曬，更重要的是織物在過(guò)水之后一般會(huì)縮水， 因此在這個(gè)時(shí)候提前將模具插入，可以起到預(yù)定型的作用。織造中的蜂窩織物如圖2所示，固 化后的空心蜂窩樣品形狀如圖3所示。
面積為40毫米x 40毫米，單層壁厚0. 5毫米，單個(gè)蜂窩周長(zhǎng)36毫米的蜂窩板，如圖1 所示，可以承受約3噸的壓力。蜂窩壁平壓強(qiáng)度(平行于蜂窩正六棱柱軸線蜂窩壁所承受的 最大正壓縮應(yīng)力)平均值約為155MPa。蜂窩壁平壓彈性模量平均值約為4GPa。以上數(shù)據(jù)說(shuō)明 常溫常壓復(fù)合的玄武巖蜂窩夾板可以替代現(xiàn)有的鋁合金正六角形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)火車地板，節(jié) 約緊缺金屬材料降低地板造價(jià)，也可以用于制作飛機(jī)、艦艇、漁輪等高檔地板。
本發(fā)明并不局限于實(shí)例中所描述的技術(shù)，它的描述是說(shuō)明性的，并非限制性的，本發(fā)明 的權(quán)限由權(quán)利要求所限定，基于本技術(shù)領(lǐng)域人員依據(jù)本發(fā)明所能夠變化、重組等方法得到的 與本發(fā)明相關(guān)的技術(shù)，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種玄武巖纖維增強(qiáng)預(yù)織造多層蜂窩復(fù)合材料復(fù)合方法，其特征是在常溫常壓下樹(shù)脂固化定型，采用了玄武巖連續(xù)長(zhǎng)絲作為織造原料，多層整體織造蜂窩立體布作為框架，制備出的玄武巖纖維增強(qiáng)預(yù)織造多層蜂窩復(fù)合材料。
2. 如權(quán)利要求1所述玄武巖纖維增強(qiáng)預(yù)織造多層蜂窩復(fù)合材料復(fù)合方法，其特征是所述的樹(shù) 脂固化定型是采用固化配方為環(huán)氧樹(shù)脂酚醛胺環(huán)氧質(zhì)量配比為100:1 25;活性二氧 化硅作為助劑，比例為環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量用量的1% 31
3. 如權(quán)利要求1或2所述的玄武巖纖維增強(qiáng)預(yù)織造多層蜂窩復(fù)合材料復(fù)合方法，其特征是所述的玄武巖纖維增強(qiáng)預(yù)織造多層蜂窩復(fù)合材料浸入樹(shù)脂膠液后，直接擠拉成制成的實(shí)心平 板；或是用蜂窩定型模具控制形狀固化定型而成的空心蜂窩復(fù)合板，或是空心蜂窩復(fù)合板 端面貼上貼面制成的蜂窩夾板。
全文摘要
本發(fā)明涉及玄武巖纖維增強(qiáng)預(yù)織造多層蜂窩復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及常溫常壓下樹(shù)脂固化復(fù)合方法。是在常溫常壓下樹(shù)脂固化定型，采用了玄武巖連續(xù)長(zhǎng)絲作為織造原料，多層整體織造蜂窩立體布作為框架，制備出玄武巖纖維增強(qiáng)預(yù)織造多層蜂窩復(fù)合材料。所述的樹(shù)脂固化定型是采用固化配方環(huán)氧樹(shù)脂∶酚醛胺環(huán)氧質(zhì)量配比為100∶1～25；活性二氧化硅作為助劑，比例為環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量用量的1％～3％。玄武巖纖維增強(qiáng)蜂窩預(yù)織造復(fù)合材料，因?yàn)樵虾徒Y(jié)構(gòu)的優(yōu)越性能，可以取代鋁合金蜂窩和分層玻璃鋼蜂窩，也可以取代其他金屬和復(fù)合材料，有著廣闊的應(yīng)用前景，尤其是在航空、航天、和國(guó)防領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B32B37/00GK101386210SQ2008101522
公開(kāi)日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2008年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月9日
發(fā)明者劉華武, 劉長(zhǎng)雷, 鐘智麗 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)