專利名稱：基于碳纖維紙的蜂窩芯以及由蜂窩芯制成的制品的制作方法
基于碳纖維紙的蜂窩芯以及由蜂窩芯制成的制品發(fā)明背景發(fā)明領(lǐng)域。本發(fā)明涉及由碳纖維紙制成的結(jié)構(gòu)性蜂窩芯。
背景技術(shù)：
由高性能纖維材料制成的用于夾心板的芯結(jié)構(gòu)(大多數(shù)呈蜂窩結(jié)構(gòu)形式)用于不同的應(yīng)用中，但主要用于航空和航天工業(yè)中，其中強(qiáng)度與重量或硬度與重量的比率具有極高的值。作為用來制造蜂窩結(jié)構(gòu)的紙基板的主要組分，芳族聚酰胺纖維已被使用了多年。也可得到由琉璃纖維和碳纖維制成的蜂窩結(jié)構(gòu)，但它們僅呈織造織物基板的形式。用紙基板生產(chǎn)蜂窩結(jié)構(gòu)的方法的成本要低于用織物基板生產(chǎn)芯的方法的成本，因此是人們所高度期 望的。紙基板的使用也允許制造出具有較小巢室尺寸和較高重量的芯。用碳紙基板來制造芯的制造商們所面臨的難題是，碳纖維的脆性極大，因而在壓延所述紙材的過程中易于破裂和斷裂。這就帶來了顯著的問題，因為通過壓延來増加紙材密度是所述方法的ー個必要且重要的部分。由壓延所造成的高分?jǐn)?shù)的斷裂碳纖維將會顯著地影響最終蜂窩結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能。因此需要ー種由高密度壓延的紙基板制成的芯結(jié)構(gòu)，所述紙基板包含碳纖維，所述碳纖維具有最小分?jǐn)?shù)的極短的斷裂碳纖維并且具有大多數(shù)的足夠長度的碳纖維以在最終復(fù)合結(jié)構(gòu)中提供所期望的特性。日本專利申請6-210777公開了ー種蜂窩芯，其使用芳族聚酰胺纖維和碳纖維的混合物作為巢室壁的基片。發(fā)明概沭本發(fā)明涉及包括多個互連的壁的蜂窩結(jié)構(gòu)，所述壁具有限定多個蜂窩巢室的表面，其中(i)巢室壁由紙材形成，所述紙材包含20-85重量％的碳纖維，(ii)紙材具有至少35%的纖維體積分?jǐn)?shù)，(iii)碳纖維具有至少O. 5mm的算木平均長度，并且(iv)碳纖維具有至少O. 9mm的長度加權(quán)平均長度。術(shù)語“纖維體積分?jǐn)?shù)”、“算木平均長度”和“長度加權(quán)平均長度”具有如“測試方法”所示的定義。本發(fā)明還涉及包括樹脂浸潰的蜂窩芯的結(jié)構(gòu)夾心板，所述芯具有至少ー個連接到所述芯的兩個外表面的表面板，其中所述芯的巢室壁由紙材形成，所述紙材包含(i) 20-85重量％的碳纖維、(ii)7. 5-50重量％的對位芳族聚酰胺纖維、和(iii) 7. 5-30重量％的聚合物粘合劑，其中(iv)紙材具有至少35%的纖維體積分?jǐn)?shù)，(V)碳纖維具有至少O. 5mm的算木平均長度，并且(vi)碳纖維具有至少O. 9mm的長度加權(quán)平均長度。附圖
簡沭
圖Ia和圖Ib為六邊形形狀的蜂窩結(jié)構(gòu)的圖示。圖2為六邊形単元形狀的蜂窩結(jié)構(gòu)的另ー圖示。圖3為具有表面板的蜂窩結(jié)構(gòu)的例證。發(fā)明詳沭本發(fā)明涉及包括多個互連的壁的蜂窩芯，所述壁具有限定多個蜂窩巢室的表面，其中巢室壁由紙材形成，所述紙材包含20-85重量％的具有非圓形截面的碳纖維，所述紙材在用樹脂浸潰之前具有至少35%的纖維體積分?jǐn)?shù)。碳纖維的算木平均長度為至少O. 5mm,并且長度加權(quán)平均長度為至少O. 9mm。優(yōu)選地，碳纖維具有O. 1-3. O旦尼爾/長絲(dpf)范圍內(nèi)的線密度和至少1.5:1 的纖維截面寬高比(寬度對高度比)。非圓形碳纖維截面連同相對較小的纖維線密度提供了如下的紙材，所述紙材在壓延井隨后轉(zhuǎn)化為蜂窩結(jié)構(gòu)之后具有低百分比的短碳纖維或斷裂碳纖維。優(yōu)選地，碳纖維的算木平均長度為至少O. 7mm。優(yōu)選地，碳纖維的長度加權(quán)平均長度為至少1.2_。例如，纖維截面可為狗骨形、菜豆形、橢圓形、帶形或條形。圖Ia為本發(fā)明的ー個蜂窩結(jié)構(gòu)I的平面圖，其示出了由巢室壁3形成的巢室2。圖Ib為圖I所示蜂窩結(jié)構(gòu)的正視圖，其示出了在巢室壁的兩端形成的所述兩個外表面或面4。芯也具有邊緣5。圖2為蜂窩結(jié)構(gòu)的三維視圖。其示出了具有六邊形巢室2和巢室壁3的蜂窩結(jié)構(gòu)I。圖2在“ 10”處示出了蜂窩結(jié)構(gòu)的“ T”尺度或厚度。示出了六方形巢室；然而，其它幾何排列也是可能的，其中正方形巢室、過度擴(kuò)展巢室和彎曲形巢室是最常見的可能排列。此類巢室類型在本領(lǐng)域中為人們所熟知并且可參考T. Bitzer (Chapman & Hall,publishers, 1997)的《Honeycomb Technology))中關(guān)于可能的幾何巢室類型的附加信息。在另ー個實施方案中，本發(fā)明涉及包括多個互連的壁的蜂窩芯，所述壁具有限定多個蜂窩巢室的表面，其中巢室壁由紙材形成，所述紙材包含20-85重量％的具有非圓形截面的碳纖維、7. 5-50重量％的芳族聚酰胺纖維和7. 5-30重量％的聚合物粘合劑，所述紙材在用樹脂浸潰之前具有至少35%的纖維體積分?jǐn)?shù)。碳纖維的算木平均長度為至少O. 5mm,并且長度加權(quán)平均長度為至少O. 9mm。在另ー個優(yōu)選的實施方案中，紙材在用樹脂浸潰之前具有不大于2. 2的縱向與橫向拉伸強(qiáng)度比以便最大化成品蜂窩芯的特性。用于本發(fā)明的碳纖維可呈短的切割纖維或短切纖維的形式，這種形式也稱為絮狀物。絮狀物是通過將連續(xù)長絲纖維切割成短長度制成的，不產(chǎn)生顯著的原纖化。合適的長度范圍的ー個實例為I. 5mm至20mm。適用于本發(fā)明的碳纖維可使用例如如下所述的已知的技術(shù)方法由聚丙烯腈(PAN)或浙青前體制成J. B. Donnet和R. C. Bansal. Carbon Fibers,Marcel Dekker, 1984年。非圓形碳纖維截面在對所述前體進(jìn)行紡絲的過程中形成。優(yōu)選地，碳纖維具有至少1667克/分特(1500克/旦尼爾)的模量和至少28克/分特(25克/旦尼爾)的韌度，所述模量和韌度通過測試樹脂浸潰的且固結(jié)的由連續(xù)長絲紗線或絲束制成的測試樣品來限定。如果碳纖維絮狀物長度小于I. 5毫米，則其一般來講太短而不能夠被加工成可浸透的紙材結(jié)構(gòu)并提供具有足夠模量和強(qiáng)度的最終復(fù)合材料；如果絮狀物長度大于20毫米，則極難形成均勻的濕法成網(wǎng)的纖維網(wǎng)。線密度小于0. 2dpf且尤其小于0. Idpf的絮狀物難以被制備得具有足夠的截面均勻性和再現(xiàn)性；如果絮狀物線密度大于3. Odpf，則極難形成低基重至中等基重的均勻的紙材?？扇芜x地氧化碳纖維的表面以改善對用來涂覆所述紙材的基質(zhì)樹脂的粘附性。氧化方法比如濕式氧化、干式氧化、陽極氧化等均是本行業(yè)已知的，并且更詳細(xì)地描述于“Fibre Reiniorcements for しomposite Materials”，しomposite Materials beries,Volume 2, Editor :Α· R. Bunsell, Elsevier, 1988” 中。本發(fā)明中所用的芳族聚酰胺纖維可為絮狀物形式、紙漿形式、或它們的組合。本文所用術(shù)語“芳族聚酰胺”是指聚酰胺，其中至少85%的酰胺(-C0NH-)連接基直接連接到兩個芳族環(huán)。添加劑可與所述芳族聚酰胺一起使用。實際上已發(fā)現(xiàn)，可將多達(dá)10重量％的其它聚合材料與芳族聚酰胺共混，或者可使用共聚物，所述共聚物具有多達(dá)10 %的替代芳族聚酰胺的ニ胺的其它ニ胺，或多達(dá)10%的替代芳族聚酰胺的ニ酰氯的其它ニ酰氯。如本文所用，術(shù)語“紙漿”是指具有桿和一般從其中延伸的纖絲的纖維材料的顆粒，其中桿一般為柱形并且直徑為約10至50微米，并且纖絲為一般連接到桿上的細(xì)小的、毛發(fā)樣的構(gòu)件，所述構(gòu)件測量的直徑僅為ー微米的若干分之幾或者幾微米并且長度為約10至100微米。芳族聚酰胺纖維絮狀物具有與碳纖維絮狀物類似的長度。間位芳族聚酰胺和對位芳族聚酰胺纖 維均是合適的，并且以商品名Kevlar, 和Nomex 購自DuPont de Nemours (Richmond, VA),并且以商品名Twaron 購自Tei jin Twaron (Conyers, GA)。在一個實施方案中，芳族聚酰胺纖維絮狀物具有至少I. 5 I的非圓形截面寬高比。此外，在一個優(yōu)選的實施方案中，在紙組合物中,全部絮狀物纖維的截面寬高比均為至少I. 5 I。優(yōu)選的紙漿材料為對位芳族聚酰胺。然而，也可利用對位芳族聚酰胺與其它合成纖維或天然纖維諸如液晶聚酷、聚芳唑、間位芳族聚酰胺和纖維素的共混物。用于制備芳族聚酰胺紙衆(zhòng)的一種例證性方法公開于授予Haines等人的美國專利5，084, 136中?？蓪⒉煌臒峁绦院蜔崴苄詷渲米鞅景l(fā)明的紙材中的聚合物粘合劑。這些樹脂可按纖條體、薄片、粉末和絮狀物的形式來提供。如本文所用，術(shù)語“纖條體”是指基本上為ニ維薄膜狀小顆粒的極細(xì)分的聚合物產(chǎn)品，已知其具有100-1000微米的長度和寬度以及0.1-1微米的厚度。可優(yōu)選的粘合劑樹脂類型為芳族聚酰胺、聚酰亞胺、酚醛樹脂和環(huán)氧化物。然而，也可使用其它類型的樹脂。通常通過使聚合物溶液流動至與該溶液的溶劑不混溶的液體的凝固浴中來制備纖條體。聚合物溶液物流在聚合物凝固時經(jīng)歷劇烈剪切カ和紊流。本發(fā)明的纖條體材料可選自間位或?qū)ξ环甲寰埘０坊蛩鼈兊墓不煳铩８鼉?yōu)選地，纖條體為間位芳族聚酰胺。本發(fā)明的芯的紙材可包含少量的無機(jī)顆粒，包括云母、蛭石等；添加這些性能增強(qiáng)添加劑將賦予所述紙材和最終芯結(jié)構(gòu)某些特性諸如改善的耐火性、熱導(dǎo)率、尺寸穩(wěn)定性等。本發(fā)明的紙材中的纖維體積分?jǐn)?shù)為35%至70%。這種范圍允許將涂覆樹脂浸潰到紙材的整個厚度中，因此在成品芯中提供最佳的紙材與涂覆樹脂重量分布比率。優(yōu)選地，該紙材與涂覆樹脂的重量比在8 : I至I : I范圍內(nèi)。用于本發(fā)明的紙材的厚度取決于芯結(jié)構(gòu)的最終用途或所期望的特性。在一些實施方案中，厚度為15-125微米(0. 6-5密耳)。更優(yōu)選地，厚度為25-100微米(1-4密耳)。在一些實施方案中，紙材的基重為10-100克/平方米(0. 3-3盎司/平方碼)。用來制造本發(fā)明的蜂窩芯的紙材可在實驗室用篩分儀至商業(yè)規(guī)模造紙機(jī)器范圍內(nèi)的任何規(guī)模的設(shè)備上形成，包括諸如長網(wǎng)造紙機(jī)或斜網(wǎng)造紙機(jī)之類的常用機(jī)器。典型方法涉及制造纖維材料的分散體諸如絮狀物和/或紙漿，并且制備含水液體中的纖條體，從分散體中排出液體以獲得濕組合物并干燥濕紙組合物?？赏ㄟ^如下方式來制備分散體分散纖維，然后加入纖條體；或分散纖條體，然后加入纖維。也可通過組合纖維的分散體與纖條體的分散體來制備最終分散體。所述分散體可任選地包含其它添加劑諸如無機(jī)材料。源自分散體中的絮狀物和紙漿的纖維的濃度按分散體的總重量計可在0.01-1. O重量％范圍內(nèi)。聚合物粘合劑濃度的合適范圍的ー個實例為基于固體的總重量，其應(yīng)當(dāng)?shù)扔诨蛐∮?0重量％。在典型的方法中，分散體的液體一般為水，但可包括各種其它材料諸如pH調(diào)節(jié)材料、成形助劑、表面活性剤、消泡劑等。含水液體通常以如下方式從分散體中排出將分散體引導(dǎo)至篩網(wǎng)或其它有孔支撐件上，保留分散的固體，然后使液體流過，從而得到濕紙組合物。濕組合物在支撐件上形成之后，通常通過真空或其它壓カ進(jìn)ー步脫水，并且通過蒸發(fā)剩余液體進(jìn)ー步干燥。在一個優(yōu)選的實施方案中，纖條體形式的纖維和聚合物粘合劑可一起制漿以 形成混合物，所述混合物在網(wǎng)篩或帶上轉(zhuǎn)化為紙材。現(xiàn)將參考授予Tokarsky的美國專利 4，698，267 和 4，729，921 ;授予 Hesler 等人的 5，026，456 ;授予 Kirayoglu 等人的5，223，094和5，314，742中的用于由芳族聚酰胺纖維和芳族聚酰胺纖條體形成紙材的例證
性方法。在形成了紙材之后，必須將其壓延至所期望的空隙率/表觀密度。所述紙材制造方法中的任選的最終步驟可包括對紙材進(jìn)行表面處理以增強(qiáng)涂覆樹脂對紙材的粘附性。這在空氣、電暈或等離子氣氛中進(jìn)行。對紙材進(jìn)行交替的化學(xué)改性或熱表面改性也可為適當(dāng)?shù)?。用于將上述的纖網(wǎng)坯轉(zhuǎn)化成蜂窩芯的方法是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的并且包括展開和起皺。展開方法尤其適用于由紙材制備芯。在ASM International在1988年的Engineered Materials Handbook 的第 721 頁，第 I 卷的 Composites 中對此類方法進(jìn)行了進(jìn)ー步的詳細(xì)說明。在形成蜂窩結(jié)構(gòu)之前或之后，可用樹脂涂覆或浸潰紙幅?？墒褂迷谑┯玫郊埐纳现蠼宦?lián)的樹脂，以最優(yōu)化最終特性，諸如硬度和強(qiáng)度。樹脂的實例包括環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、丙烯酸類樹脂、聚酰亞胺以及它們的混合物，其中優(yōu)選酚醛樹脂。UnitedStates Military Specification MIL-R-9299C規(guī)定了適當(dāng)?shù)臉渲匦?。芯的最終機(jī)械強(qiáng)度是若干因素組合的結(jié)果。主要的已知促成因素是紙材組成和厚度、泡孔尺寸和最終芯密度，如用樹脂涂布后。泡孔尺寸是蜂窩內(nèi)芯泡孔內(nèi)的內(nèi)切圓的直徑。典型的巢室尺寸范圍為3. 2mm至6. 2mm (1/8-1/4英寸)，但其它尺寸也是可能的。最終芯密度通常在29_240kg/m3(l. 8-151b/ft3)的范圍內(nèi)。本發(fā)明也涉及包括樹脂浸潰的蜂窩芯的結(jié)構(gòu)夾心板，所述芯具有至少ー個連接到所述芯的兩個外表面的表面板，其中芯的巢室壁由紙材形成，所述紙板在用樹脂浸潰之前包含20-85重量％的具有非圓形截面的碳纖維，所述紙材還具有至少35%的纖維體積分?jǐn)?shù)，碳纖維的算木平均長度為至少0. 5mm，并且長度加權(quán)平均長度為至少0. 9mm。圖3不出了由具有表面板7和8的蜂窩芯6裝配成的結(jié)構(gòu)夾心板5,所述表面板連接到所述芯的兩個外表面。優(yōu)選的表面板材料為預(yù)浸料坯、浸潰有熱固性或熱塑性樹脂的纖維板；雖然也可利用金屬表面板。對于金屬表面板，并且在某些情況下對于預(yù)浸料坯，也使用粘合劑膜9。通常在芯的兩側(cè)上均存在至少兩個預(yù)浸料坯表面板。
本發(fā)明還涉及包括樹脂浸潰的蜂窩芯的結(jié)構(gòu)夾心板，所述芯具有至少ー個連接到所述芯的兩個外表面的表面板，其中芯的巢室壁由紙材形成，所述紙材在用樹脂浸潰之前包含20-85重量％的具有非圓形截面的碳纖維、7. 5-50重量％的芳族聚酰胺纖維和7. 5-30重量％的聚合物粘合劑，所述紙材還具有至少35%的纖維體積分?jǐn)?shù)。碳纖維的算木平均長度為至少O. 5mm,并且長度加權(quán)平均長度為至少O. 9_。此外，芯中的紙材與涂覆樹脂的重量比在8 1-1 I范圍內(nèi)。測試方法按如下公式來計算紙材的纖維體積分?jǐn)?shù)(纖維所占據(jù)的紙材結(jié)構(gòu)的體積)纖維的體積分?jǐn)?shù)) = 100X (紙材的表觀密度)X ((纖維I的重量分?jǐn)?shù))/(纖維I的密度)+ (纖維2的重量分?jǐn)?shù))/ (纖維2的密度)+...+(纖維η的重量分?jǐn)?shù))/ (纖維η的密度))，式中η為紙組合物中的不同纖維的總數(shù)目。
使用按ASTM D374-99測得的紙材厚度和按ASTM D646-96測得的基重來計算紙材表觀密度。使用ASTM D1907-07來測定纖維的纖度。紙材的拉伸強(qiáng)度的縱向與橫向比率通過如下方式來限定根據(jù)ASTM D828-97測量紙材在縱向和橫向上的拉伸強(qiáng)度，并且將縱向值除以橫向值。碳纖維的算木平均長度和長度平均平均長度通過如下方式來測定在巢室壁的具有雙壁的邊界處切割單ー巢室壁；用硫酸或其它合適的液體來溶解或分解所述壁的有機(jī)成分；將碳纖維沉積在玻璃或其它合適的過濾介質(zhì)上；以及對總數(shù)不小于200的被測量的碳纖維進(jìn)行碳纖維長度顯微分析。僅計數(shù)長度為O. Olmm或更大的纖維。基于如下公式來計算算術(shù)平均長度 L(算術(shù))=(NI XL1+N2XL2+. . .)/((Ν1+Ν2+...)基于如下公式來計算長度加權(quán)平均長度L (加權(quán)長度)=(NI X Ll2+N2 X L22+. · ·)バ(NI X L1+N2 X L2+. · ·)式中LI，L2等均為實測長度，并且NI，N2等為具有給定長度的纖維的數(shù)目。碳纖維截面的寬高比通過如下方式來測定在顯微鏡下測量纖維截面的最大(寬度)和最小(高度)尺寸，并將第一數(shù)值除以第二數(shù)值。碳纖維的模量和韌度根據(jù)用于測試已被樹脂浸潰且固結(jié)的連續(xù)紗線或絲束樣品的 ASTM D 4018-99 來測量。
實施例實施例I在常規(guī)紙材成型設(shè)備上形成了紙材，所述紙材包含碳絮狀物、對位芳族聚酰胺絮狀物、對位芳族聚酰胺紙漿和間位芳族聚酰胺纖條體。該紙材的組成為40重量％的碳纖維絮狀物、15重量％的對位芳族聚酰胺絮狀物、30重量％的對位芳族聚酰胺紙漿和15重量％的間位芳族聚酰胺纖條體。碳絮狀物具有O. 70分持/長絲(O. 62旦尼爾/長絲)的標(biāo)稱長絲線密度、3 I的截面寬高比、3. 2mm的切割長度、24. I克/分特(I. 92N/tex)的韌度和1889克/分特(150N/tex)的初始模量。對位芳族聚酰胺絮狀物具有I. 7分特/長絲(I. 5旦尼爾/長絲)的標(biāo)稱長絲線密度、6. 4mm的切割長度、26. 8克/分特(2. 13N/tex)的韌度和1044克/分特(83N/tex)的初始模量。所述對位芳族聚酰胺紙漿是由所述對位芳族聚酰胺絮狀物通過高剪切精煉按約180ml的加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度(CSF)制備的。所述間位芳族聚酰胺纖條體是按授予Gross的美國專利3，756，908所述的那樣制備的。將所述紙材在330°C下壓延以制備成品紙材，所述成品紙材具有48微米的厚度、40. 7g/m2(l. 2oz/yd2)的基重、O. 85g/cm3的表觀密度、44%的纖維體積分?jǐn)?shù)和I. I的縱向與橫向拉伸強(qiáng)度比。然后由壓光紙形成蜂窩結(jié)構(gòu)。將溶劑化粘合劑的節(jié)線以2mm的寬度和5mm的節(jié)距施加到紙材表面上,并且除去溶剤。、將具有粘合劑節(jié)線的片材切割成500mm的長度。將多個板材以ー個位于另ー個的上面的方式堆疊起來，使得這些板材中的每ー個均按所施加粘合劑節(jié)線的一半節(jié)距或一半間隔移位到另ー個上。移位可交替地發(fā)生在ー側(cè)或另ー側(cè)上，使得最終堆疊件均勻地豎直。切線的寬度和節(jié)距偏移使得巢室尺寸在擴(kuò)展時為3. 2mm。然后將該數(shù)目的堆疊板材在具有粘合劑軟化點(diǎn)溫度的板之間進(jìn)行熱壓，從而使粘合劑節(jié)線流動；在移除了熱之后粘合劑即硬化而將板材在節(jié)線處粘結(jié)在一起。然后，將粘合的芳族聚酰胺片材沿與堆疊方向相反的方向展開，以形成具有等邊截面的単元。每個片材在彼此間被延伸，使得片材沿粘合的節(jié)線的邊緣被折疊，并且未粘合的部分沿張カ方向被延伸，從而使片材彼此分離。然后將展開的蜂窩結(jié)構(gòu)放置在包含溶劑基MIL-R-9299C標(biāo)準(zhǔn)酚醛樹脂的浴中。以液體形式使用酚醛樹脂，其中樹脂溶解在こ醇中。樹脂粘附到并涂覆巢室壁的內(nèi)表面并且透入到紙材孔中。在用樹脂浸潰之后，將蜂窩結(jié)構(gòu)從浴中取出并且在干燥爐中用熱空氣干燥以除去溶劑并固化酚醛樹脂。再重復(fù)兩次在樹脂浴中進(jìn)行浸潰的步驟和在干燥爐中進(jìn)行干燥的步驟。在用樹脂涂覆之后，最終芯將具有48kg/m3(31b/ft3)的密度和3. 2mm(1/8英寸)的巢室尺寸。巢室壁中的碳纖維的算木平均長度為至少O. 5mm，并且長度加權(quán)平均長度為至少 O. 9mm。比較實施例A如實施例I那樣制備了紙材，但其中碳纖維具有圓形截面，S卩，具有I : I的標(biāo)稱寬高比。最終紙將具有48微米的厚度、40. 7g/m2(l. 2oz/yd2)的基重、O. 85g/cm3的表觀密度、44%的纖維體積分?jǐn)?shù)和I. I的縱向與橫向拉伸強(qiáng)度比。用該紙材制成了蜂窩結(jié)構(gòu)，制備方式與實施例I的相同。在用樹脂涂覆之后，最終芯將具有48kg/m3(31b/ft3)的密度和3. 2mm(l/8)的巢室尺寸。巢室壁中的碳纖維的算術(shù)平均長度小于O. 5mm,并且長度加權(quán)平均長度小于O. 9mm。對于相同的巢室尺寸、相同的最終芯密度和相同的樹脂含量，與根據(jù)比較實施例A的其中碳纖維具有基本上圓形的截面的其它碳纖維紙芯相比，根據(jù)實施例I的本發(fā)明的由具有非圓形截面的碳纖維的紙材制成的芯具有改善的剪切強(qiáng)度。實施例2將兩個預(yù)浸料坯表面板放置在10_厚的源自實施例I的蜂窩結(jié)構(gòu)的切片的兩側(cè)上。該預(yù)浸料還為購自Hexcel Corporation (Dublin, CA)的G0803型式的碳纖維織物上的8552環(huán)氧樹脂。該預(yù)浸料坯中的樹脂含量為35%。將剝離層放置在預(yù)浸料坯的兩個外表 面，并且將預(yù)浸料坯-蜂窩組合件在壓カ機(jī)中以180°C固化120分鐘從而制備出夾心板。
權(quán)利要求
1.蜂窩結(jié)構(gòu)，所述蜂窩結(jié)構(gòu)包括多個互連的壁，所述壁具有限定多個蜂窩巢室的表面，所述巢室壁由紙材形成，所述紙材包含20-85重量％的碳纖維，其中 (i)所述紙材具有至少35%的纖維體積分?jǐn)?shù)， (ii)所述碳纖維具有至少I.5 I的纖維截面寬高比， (iii)所述碳纖維具有至少O.5mm的算木平均長度，并且 (iv)所述碳纖維具有至少O.9mm的長度加權(quán)平均長度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的蜂窩結(jié)構(gòu)，其中所述碳纖維具有O.1-3. Odpf范圍內(nèi)的線密度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的蜂窩結(jié)構(gòu)，其中所述碳纖維的算木平均長度為至少O.7mm，并且所述長度加權(quán)平均長度為至少I. 2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的蜂窩結(jié)構(gòu)，其中在所述紙組合物中，全部絮狀物纖維均具有至少1.5 I的纖維截面寬高比。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的蜂窩結(jié)構(gòu)，其中在用樹脂浸潰之前，所述紙材具有不大于2.2的縱向與橫向拉伸比。
6.根據(jù)權(quán)利要求I的蜂窩結(jié)構(gòu)，其中所述紙材具有至少45%的纖維體積分?jǐn)?shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I的蜂窩結(jié)構(gòu)，其中所述紙材用樹脂浸潰，所述樹脂選自酚醛樹脂、聚酰亞胺、環(huán)氧化物以及它們的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的蜂窩結(jié)構(gòu)，其中所述浸潰紙具有8: I至I : I范圍內(nèi)的紙材與樹脂重量比。
9.根據(jù)權(quán)利要求I的蜂窩結(jié)構(gòu)，其中所述紙材還包含7.5-50重量％的對位芳族聚酰胺纖維和7. 5-30重量份％的聚合物粘合剤。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的蜂窩結(jié)構(gòu)，其中所述紙材用樹脂浸潰，所述樹脂選自酚醛樹脂、聚酰亞胺、環(huán)氧化物以及它們的組合。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的蜂窩結(jié)構(gòu)，其中所述浸潰紙具有8: I至I : I范圍內(nèi)的紙材與樹脂重量比。
12.結(jié)構(gòu)夾心板，所述結(jié)構(gòu)夾心板包括樹脂浸潰的蜂窩芯，所述蜂窩芯具有至少ー個連接到所述芯的兩個外表面的表面板，其中所述芯的巢室壁由紙材形成，所述紙材包含 (i)20-85重量％的碳纖維，所述碳纖維具有至少I. 5 I的纖維截面寬高比， (ii)7.5-50重量％的對位芳族聚酰胺纖維，和 (iii)7. 5-30重量％的聚合物粘合劑，其中 (a)所述紙材具有至少35%的纖維體積分?jǐn)?shù)， (b)所述碳纖維具有至少O.5mm的算木平均長度，并且 (c)所述碳纖維具有至少O.9mm的長度加權(quán)平均長度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的夾心板，其中在形成所述芯巢室壁的紙材中，所述碳纖維具有O.I至3. Odpf范圍內(nèi)的線密度。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的夾心板，其中在形成所述芯巢室壁的紙材中，全部絮狀物纖維均具有至少I. 5 : I的截面寬高比。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的夾心板，其中在用樹脂浸潰之前，形成所述芯巢室壁的紙材具有不大于2. 2的縱向與橫向拉伸比。
全文摘要
本發(fā)明涉及蜂窩芯，所述蜂窩芯由包含20-85重量％的碳纖維絮狀物的紙材制成。碳纖維具有至少1.5∶1的非圓形截面寬高比。紙材具有至少35％的纖維體積分?jǐn)?shù)。碳纖維的算術(shù)平均長度為至少0.5mm，并且長度加權(quán)平均長度為至少0.9mm。
文檔編號B32B3/12GK102666084SQ201080052562
公開日2012年9月12日 申請日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者D·W·考卡, M·R·勒維 申請人:納幕爾杜邦公司