專利名稱：改進(jìn)的綠色飛行器內(nèi)部面板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及包括夾心板結(jié)構(gòu)的飛行器內(nèi)部面板。飛行器內(nèi)部面板可用在如地板、天花板、側(cè)壁和儲(chǔ)藏室的應(yīng)用中。
背景技術(shù)：
夾心板用于許多飛行器內(nèi)部應(yīng)用，如地板、側(cè)壁、天花板和儲(chǔ)藏間。這些類型的夾心板可用在其他類型運(yùn)輸工具的類似應(yīng)用中。除了提供修飾(finishing)功能之外，夾心板還需要具有某些機(jī)械性能并且具有足夠的阻燃性以阻止火在運(yùn)輸工具內(nèi)部蔓延。申請(qǐng)人:特別感興趣的是在飛行器內(nèi)部應(yīng)用夾心板。因此，下面的描述集中在新型“綠色”的或環(huán)境友好的夾心板在飛行器內(nèi)部的應(yīng)用。足夠清楚的是，本公開可擴(kuò)展到一般地具有根據(jù)權(quán)利要求所述的飛行器內(nèi)部面板組合結(jié)構(gòu)(composition)的夾心板。這些一般性夾心板具有更大的適用性，不僅是飛行器內(nèi)部，且不需要任何改變。當(dāng)前飛行器內(nèi)部面板是包括夾在外表層之間的中心部分的夾層結(jié)構(gòu)。選擇在這些面板中使用的材料主要是選擇它們的阻燃性能。對(duì)于商業(yè)客機(jī)，有嚴(yán)格的規(guī)定來監(jiān)管在機(jī)艙中使用的材料的阻燃性，以及對(duì)于在這些材料燃燒期間釋放的熱和煙有限制。這導(dǎo)致基于酚醛樹脂的玻璃纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料在常規(guī)的飛行器內(nèi)部部件中的廣泛應(yīng)用。除了它們合適的阻燃性之外，基于這些復(fù)合材料的面板還能夠模制成復(fù)雜的形狀，它們具有高強(qiáng)度與重量比，具有低維護(hù)成本并且通常容易安裝。一般而言，酚醛樹脂和玻璃纖維預(yù)浸料構(gòu)成這種面板的外表層?？蛇x地，表層可以用玻璃纖維與環(huán)氧樹脂或碳纖維與環(huán)氧樹脂的復(fù)合材料制造。所有這些表層材料具有已知的局限性。酚醛樹脂被認(rèn)為是非常有害的并可引起諸如皮炎的皮膚問題。玻璃纖維導(dǎo)致刺激皮膚、眼睛和上呼吸系統(tǒng)，產(chǎn)生在外觀上與毒葛、塵肺病和矽肺病類似的皮膚疹。如果被吞食，玻璃纖維還可造成胃腸不適。常規(guī)面板的中心部分通常由包括芳族聚酰胺纖維的Nomex(高熔點(diǎn)芳香族聚酰胺)(RTM)蜂巢狀結(jié)構(gòu)形成。這些纖維是耐熱合成纖維，但是具有已知的缺點(diǎn)一旦破裂，它們產(chǎn)生對(duì)肺有害并造成皮膚刺激的小纖維。當(dāng)加熱樹脂時(shí)和在固化之后可能暴露出纖維的地方，這種有害的表層和中心部分材料的使用在制造期間存在困難，以至于需要小心處理。因此，在制造這種面板期間需要個(gè)人保護(hù)設(shè)備。這不適合一制造好部件就安裝到飛行器上。但是，在飛行器的使用壽命結(jié)束，拆毀并處理部件時(shí)產(chǎn)生更嚴(yán)重的問題。在飛行器壽命的任何階段，比如在整修或改裝過程中，這對(duì)于內(nèi)部面板的移除和處理當(dāng)然就是這樣。而且，材料的有害性質(zhì)使面板成為不良的重復(fù)利用候選物并因此通常最后送往垃圾場(chǎng)掩埋。它們不浙濾但是仍然構(gòu)成有害的殘留物。這和當(dāng)前推行獲得更好環(huán)境性能的產(chǎn)品的航空工業(yè)相背。因此，理想的情況是在保持優(yōu)異技術(shù)性能的同時(shí)夾心板是更加環(huán)境友好的。例如，更容易重復(fù)利用的夾心板將是特別有利的。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)該背景和從第一方面，本公開涉及包括夾在第一和第二表層之間的中心部分的飛行器內(nèi)部面板，其中第一和第二表層兩者都包括天然纖維和樹脂。天然纖維可以是天然纖維織物。第一和第二表層可包括外表層。在容易重復(fù)利用和處理方面，使用天然纖維提供顯著的“綠色”好處，并且也提供諸如減輕重量和降低成本的其他優(yōu)點(diǎn)，這將在下面更詳細(xì)地描述。為了改進(jìn)在著火的情況下夾心板的性能，在天然纖維形成表皮之前可以用阻燃劑對(duì)它們進(jìn)行處理?？墒褂萌缗鹧苌锏姆躯u化阻燃劑，如，四水八硼酸二鈉(NaJ8O13. 4H20)。磷酸鹽納米顆粒和/或納米石墨烯(nano-graphene)也可用作阻燃劑，以涂覆纖維。雖然可以使用許多類型的天然纖維，但亞麻是目前優(yōu)選選擇之一。任選地，樹脂是無機(jī)熱固性樹脂，例如硅酸鋁衍生物，諸如在地聚物(poly(sialate))結(jié)構(gòu)中具有不同Si Al原子比的-Si-O-Al-O-Si-O-型(鉀、鈣)雙硅鋁地聚物(poly (sialate-siloxo))。樹脂可包括如硬化劑和抗收縮添加劑的任一種和任何組合。硬化劑的合適的選擇包括磷酸鋁和磷酸銅混合物，并且抗收縮添加劑的合適的選擇包括硅酸鋁衍生的化合物和空心玻璃微球。樹脂也可以是熱塑性樹脂如聚丙烯樹脂或聚乳酸樹脂?？稍诨w中使用進(jìn)一步包括阻燃劑的樹脂。在聚丙烯樹脂基體中阻燃劑合適的選擇包括多磷酸銨——任選地為納米顆粒，和納米石墨烯。在聚乳酸樹脂基體中阻燃劑合適的選擇包括多磷酸銨——任選地為納米顆粒、硼酸鋅和納米石墨烯。飛行器內(nèi)部面板可在第一和第二表層至少之一的外表面上包括阻燃劑保護(hù)涂層。任選地，當(dāng)由聚丙烯樹脂形成時(shí)，包括封裝在鋁納米顆粒中的硅酸鈉納米顆粒的保護(hù)涂層設(shè)置在第一表層和/或第二表層上。任選地，當(dāng)由聚乳酸樹脂形成時(shí)，包括磷酸鹽納米顆粒、銨鹽、納米石墨烯、碳酸鹽、硅酸鈉和丙烯酸樹脂的保護(hù)涂層設(shè)置在第一表層和/或第_■表層上。任選地，中心部分可包括具有或沒有阻燃性的輕木(balsa wood)。在處理和再利用方面，輕木是特別容易處理的天然產(chǎn)物。中心部分可包含紙蜂窩(paper honeycomb) 0中心部分可包括熱塑性泡沫。在一些實(shí)施方式中，中心部分包括輕木、紙蜂窩和熱塑性泡沫的組合。在存在熱塑性泡沫的情況下，其優(yōu)選是耐火的，如聚偏1，1_ 二氟乙烯(PVDF)泡沫、聚醚酰亞胺基(PEI)泡沫或其他材料。在常規(guī)的蜂巢結(jié)構(gòu)上使用泡沫的優(yōu)點(diǎn)可能是增強(qiáng)隔音。當(dāng)用在飛行器內(nèi)部時(shí)，這可能為乘客提供更加安靜、更加舒適的環(huán)境。中心部分和/或表層可被處理以提高粘附力，例如中心部分和表層之間或表層和保護(hù)涂層之間的粘附力。例如，中心部分和/或表層可進(jìn)行介質(zhì)阻擋放電處理(dielectricbarrier discharge treatment)，以活化一個(gè)或多個(gè)表面從而提高粘附力。例如，為了該目的，可使用大氣壓力空氣介質(zhì)阻擋放電，或其他表面活化機(jī)制。任選地，化學(xué)蝕刻可用于處理中心部分和/或表層，用于提高粘附力。對(duì)于某些應(yīng)用，飛行器內(nèi)部面板可包括多于三層。例如，除了中心部分、第一表層和第二表層，飛行器內(nèi)部面板可包括另外的表層或另外的中心部分，或另外的表層和中心部分兩層，或其他層。其他層可包括用于裝飾目的常規(guī)飾層(finish)或阻燃劑涂層。在所有構(gòu)造中中心部分可夾在第一表層和第二表層之間，第一和第二表層設(shè)置在飛行器內(nèi)部面板的最外面，即，第一表層和第二表層提供飛行器內(nèi)部面板的外表面。上述飛行器內(nèi)部面板避免使用有害的材料。換句話說，飛行器內(nèi)部面板可僅僅包括天然材料，或飛行器內(nèi)部面板可不包括有害的材料。結(jié)果，飛行器內(nèi)部面板制造期間的處理、重復(fù)利用或處置更加容易和便宜。例如，當(dāng)在已經(jīng)達(dá)到其使用壽命終點(diǎn)的飛行器中存在時(shí)，綠色飛行器內(nèi)部面板可被拆卸和重復(fù)利用或處置，因?yàn)闆]有需要特殊處理的有害材料，對(duì)于保護(hù)在飛行器上工作的人們來說沒有嚴(yán)格要求。重要的是，如上構(gòu)造的飛行器內(nèi)部面板可以獲得或甚至超過常規(guī)飛行器內(nèi)部面板的機(jī)械性能和阻燃性而不會(huì)帶來任何重量負(fù)擔(dān)。例如，如上述構(gòu)造的飛行器內(nèi)部面板按照FAA和EASA的要求通過了俄亥俄州立大學(xué)(OSU)測(cè)試，具有比常規(guī)夾心板更低或類似的熱釋放速率值。而且，燃燒后，飛行器內(nèi)部面板提供所要求的低水平熱和煙的產(chǎn)生。它們的性能符合并可以甚至超過對(duì)民用客機(jī)提出的認(rèn)證要求。根據(jù)本公開的飛行器內(nèi)部面板的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)是在它們的制造中可使用常規(guī)制造方法，并因此可避免改裝成本。還有，天然纖維通常比玻璃纖維更便宜45%到80%。除了上述，從根據(jù)本公開的飛行器內(nèi)部面板獲得另外的明顯好處。這是因?yàn)榫G色飛行器內(nèi)部面板一般比常規(guī)面板更輕。例如，相同大小和構(gòu)造的根據(jù)本公開的飛行器內(nèi)部面板比常規(guī)面板會(huì)輕得多。這種重量節(jié)省主要源于使用天然纖維而不是玻璃纖維玻璃纖維通常的密度為 2. 6g/cm3，而亞麻纖維通常的密度為 1.5g/cm3。這種優(yōu)點(diǎn)在商用客機(jī)上尤其明顯，當(dāng)使用熱塑性面板和無機(jī)樹脂基面板時(shí)，整個(gè)內(nèi)部重量可分別降低15%-30%。飛行器的重量減少總是優(yōu)先考慮的，尤其對(duì)于航空公司。這是因?yàn)闇p少的重量導(dǎo)致降低的燃料消耗。這為航空公司在降低燃料成本方面提供明顯的成本節(jié)省，且(X)2排放降低還帶來明顯的環(huán)境優(yōu)點(diǎn)。據(jù)估算，在一般的商業(yè)客機(jī)中每減少一千克重量提供每小時(shí)減少0.02kg到0. 04kg燃油燃燒。假定客機(jī)一般壽命為100，000小時(shí)，那么在客機(jī)整個(gè)工作壽命中，每節(jié)省一公斤重量將實(shí)現(xiàn)減少4噸燃油燃燒，并減少12. 5噸(X)2排放。將根據(jù)本公開的飛行器內(nèi)部面板用于天花板、地板、側(cè)壁、隔板、儲(chǔ)藏間和機(jī)艙其他部件的通常布置的通常客機(jī)，對(duì)于由無機(jī)樹脂制造的面板可看到200kg到500kg的重量減少和對(duì)于由熱塑性樹脂制造的面板可看到IOOkg到250kg的重量減少。該重量減少對(duì)于由無機(jī)樹脂制造的面板還等于在客機(jī)壽命期間2，500到6，500噸(X)2排放的減少和對(duì)于由熱塑性樹脂制造的面板還等于在客機(jī)壽命期間1，300到3，250噸(X)2排放的減少。而且，由于夾心板更容易重復(fù)利用和處置，在使用壽命的最后還可實(shí)現(xiàn)更多的ω2減少。另外，對(duì)于熱塑性樹脂的具體情況，產(chǎn)生Ikg聚乳酸的能量是40MJ，產(chǎn)生Ikg聚丙酸的能量是77MJ。與之相比，酚醛樹脂為139MJ/kg或環(huán)氧樹脂為140MJ/kg。這意味著如果所有的環(huán)氧樹脂基面板被熱塑性基面板替換，每年能量節(jié)省在5，000和20，000GJ之間。另一方面，生命周期影響研究顯示，復(fù)合面板中天然纖維和玻璃纖維相比產(chǎn)生66%的環(huán)境影響減少(制造天然纖維的能量?jī)H是玻璃纖維的1/3或更少)。如果面板包含40%的天然纖維代替玻璃纖維，每年可實(shí)現(xiàn)900和2，000GJ之間的節(jié)省能量。和玻璃纖維加強(qiáng)的熱固性復(fù)合材料相比，因?yàn)樵谔烊焕w維和熱塑性基體產(chǎn)生期間更低的環(huán)境影響，可實(shí)現(xiàn)另外的環(huán)境好處，如降低的微粒和氣體排放。因此，熱塑性復(fù)合材料代替環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料將避免從飛行器內(nèi)部產(chǎn)生目前可能只能通過產(chǎn)生(X)2排放的焚燒或通過掩埋處理的大量危險(xiǎn)廢棄物。由于這些材料缺少可降解性，最近的面板不能真正消除廢棄物，卻增加了釋放到環(huán)境中的有害物質(zhì)的量。但是，熱塑性面板可被重復(fù)利用并用于其他數(shù)種應(yīng)用中如貨盤、木塑應(yīng)用、絕緣元件等。本公開還擴(kuò)展到包括上述任何飛行器內(nèi)部面板的飛行器。本公開還擴(kuò)展到制造上述任何飛行器內(nèi)部面板的方法，包括固化天然纖維織物、樹脂和中心部分的層疊物，以形成飛行器內(nèi)部面板。飛行器內(nèi)部面板可在單個(gè)步驟、在兩個(gè)步驟或在多于兩個(gè)步驟中形成。例如，可首先形成第一表層和第二表層，和接著在第二步驟中連接至中心部分。這樣，方法可包括鋪層天然纖維織物、用樹脂浸漬織物、固化表層、在表層之間鋪層中心部分以形成層疊物、和固化層疊物，形成飛行器內(nèi)部面板?？蛇x地，在一步方法中，方法可包括在中心部分上鋪層天然纖維織物、添加樹脂以形成層疊物、和一步固化層疊物，以形成飛行器內(nèi)部面板。任何上面的固化步驟可使用真空袋方法進(jìn)行。例如，真空袋方法可包括不用抽真空操作固化30分鐘到M小時(shí)，以防止在無機(jī)熱固性樹脂聚合期間水的去除。這可在25-80攝氏度范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行?？梢允┘訅毫?使用大氣壓力、通過機(jī)械擠壓機(jī)或利用高壓釜)，以使組件致密。這些步驟之后可以是利用抽真空操作在室溫下固化無機(jī)熱固性樹脂，直到達(dá)到恒定的重量。一旦無機(jī)熱固性樹脂已經(jīng)聚合，表明該最終步驟已經(jīng)除去水分。盡管對(duì)于使用無機(jī)熱固性樹脂的制造這些步驟是優(yōu)選的，但是當(dāng)采用熱塑性樹脂時(shí)也可使用它們?？砂硗獾奶砑颖Ｗo(hù)涂層的步驟。樹脂的前體可包括硬化劑和抗收縮添加劑的任一種和任何組合。樹脂可以包括硅酸鋁衍生物，任選地具有不同的Al Si比。抗收縮添加劑可以包括硅酸鋁衍生的化合物或空心玻璃微球或其他。樹脂還可以是熱塑性樹脂，如聚丙烯樹脂或聚乳酸樹脂。稍后詳細(xì)描述熱塑性基面板的制造方法。方法可進(jìn)一步包括將天然纖維織物浸入阻燃劑溶液中。該步驟可在用天然纖維織物增強(qiáng)樹脂之前進(jìn)行。阻燃劑可以是硼衍生物。天然纖維可在25到80攝氏度浸入阻燃劑溶液中20到80分鐘，和接著在室溫下干燥?？蓪⒆枞紕┨砑拥綐渲小Ｈ芜x地，該方法還可以包括在表層和中心部分之間添加粘合劑，或處理中心部分以活化其表面，改善中心部分與表層的粘附力。例如，中心部分的一個(gè)或多個(gè)表面可以用下面的方法或使用任何其他的表面活化處理來活化。方法可包括使用介質(zhì)阻擋放電處理中心部分。這可以通過將中心部分放置在電極之間的臺(tái)板上并且施加交流高電壓電流來進(jìn)行。例如使用化學(xué)蝕刻，可處理表層以提高阻燃劑保護(hù)涂層的粘附力。當(dāng)使用熱塑性樹脂建造面板時(shí)，設(shè)備和方法也和用于制造常規(guī)內(nèi)部部件的那些一致。可使用用于熱塑性板生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化混合設(shè)置，預(yù)先生產(chǎn)面板的外表層(如，對(duì)于聚丙烯板，200°C /1分鐘，對(duì)于聚乳酸基面板，140°C /1分鐘)。按照與內(nèi)部部件生產(chǎn)目前使用的壓碎中心部分制造方法類似的方法，熱塑性板、天然纖維、粘合劑和中心部分可使用熱板擠壓(如，IOO0C /1分鐘且對(duì)于兩種類型的面板，施加的力可以是87KN)做成夾層結(jié)構(gòu)。最外表層可包括使用常規(guī)涂布設(shè)備施加的阻燃劑涂層?？砂凑张c常規(guī)面板生產(chǎn)目前所采用的相同方法，施加另外的修飾層。有利地，除了現(xiàn)有的用于制造常規(guī)面板的設(shè)備，生產(chǎn)新型綠色面板不需要另外的投資。
對(duì)于熱塑性基面板組件，表層可使用耐火的聚氨酯基粘合劑與夾層中心部分粘合。已經(jīng)表明聚氨酯基粘合劑是所測(cè)試構(gòu)造最方便的溶液，但不是粘合表層和中心部分的唯一選擇?？梢允褂每蛇x的制劑和粘合劑類型，如環(huán)氧樹脂基粘合劑，這取決于應(yīng)用所需要的最終性質(zhì)。夾心板的中心部分可以是耐火紙蜂窩、輕木或者耐火的熱塑性泡沫?？梢愿鶕?jù)飛行器內(nèi)部面板需要的性質(zhì)，選擇使用的中心部分的類型。具有這些中心部分的所測(cè)試的面板在阻燃性方面已經(jīng)顯示出良好的結(jié)果。就保護(hù)涂層而言，一旦面板被裝配，最后的保護(hù)涂層可被施加到表層上，優(yōu)選地最外表層上。該保護(hù)涂層增加了飛行器內(nèi)部面板的阻燃性，起到火屏障的作用。可根據(jù)使用的表層類型，選擇該涂層的成分，并基于聚丙烯和聚乳酸，成分在面板之間可不同。作為在施加保護(hù)涂層之前的第一步驟，可通過化學(xué)蝕刻活化表層的表面。該過程使保護(hù)涂層與表面間的粘合優(yōu)化。為聚丙烯基面板開發(fā)的保護(hù)涂層可包括用氧化鋁納米顆粒(10% )封裝的硅酸鈉納米顆粒。可通過用納米顆粒的溶液手動(dòng)浸漬表層的表面，施加保護(hù)涂層?？稍诒砻嫔鲜┘拥谝粚硬⒃诤嫦渲?0°C下干燥10分鐘。接著施加第二層(在相同側(cè)并因此是同一外表層)并在烘箱中40°C下干燥30分鐘。為聚乳酸基面板開發(fā)的保護(hù)涂層可用磷酸鹽納米顆粒、銨鹽、納米石墨烯、碳酸鹽和硅酸鈉制造。另外，可添加少量的丙烯酸樹脂到納米顆粒的混合物中，以改進(jìn)涂層的柔性、粘附性和熱穩(wěn)定性?？墒褂门c用于聚丙烯基面板的方法類似的方式，手工施加涂層到飛行器內(nèi)部面板的表層。


為了本公開可被更容易地理解，現(xiàn)將參考下面的附圖僅以舉例的方式描述優(yōu)選的實(shí)施方式，其中圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的飛行器內(nèi)部面板的透視圖；圖2是根據(jù)本公開第一種實(shí)施方式的綠色飛行器內(nèi)部面板的透視圖；圖3是根據(jù)本公開第二種實(shí)施方式的綠色飛行器內(nèi)部面板的透視圖；圖4是根據(jù)本公開方法的第一種實(shí)施方式裝配綠色飛行器內(nèi)部面板的方法的示意圖；圖5是根據(jù)本公開方法的第二種實(shí)施方式裝配綠色飛行器內(nèi)部面板的方法的示意圖；圖6是根據(jù)本公開方法的第三種實(shí)施方式裝配綠色飛行器內(nèi)部面板的方法的示意圖；圖7是根據(jù)本公開方法的第四種實(shí)施方式裝配綠色飛行器內(nèi)部面板的方法的示意圖；圖8是根據(jù)本公開第三種實(shí)施方式的綠色飛行器內(nèi)部面板的透視圖；圖9是根據(jù)本公開第四種實(shí)施方式的綠色飛行器內(nèi)部面板的透視圖；圖10是根據(jù)本公開方法的第五種實(shí)施方式裝配綠色飛行器內(nèi)部面板的方法的示意圖；圖11是根據(jù)本公開方法的第六種實(shí)施方式裝配綠色飛行器內(nèi)部面板的方法的示意圖；圖12是顯示對(duì)無機(jī)熱固性樹脂基表層進(jìn)行的測(cè)試的表；圖13是顯示對(duì)圖12的無機(jī)熱固性樹脂基表層進(jìn)行的測(cè)試的圖；圖14是顯示對(duì)無機(jī)熱固性樹脂基飛行器內(nèi)部面板進(jìn)行的測(cè)試的表；和圖15是顯示對(duì)圖14的無機(jī)熱固性樹脂基飛行器內(nèi)部面板進(jìn)行的測(cè)試的圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，如在圖1中所示，飛行器內(nèi)部面板10包括三層。中間層是用Nomex(RTM)蜂巢結(jié)構(gòu)制成的中心部分12。該中心部分12被夾在上表層14和下表層16之間。上表層和下表層14、16都包括酚醛樹脂和玻璃纖維預(yù)浸料。表層14、16使用存在于預(yù)浸料中用作粘合劑的酚醛樹脂與中心部分12結(jié)合。圖2顯示根據(jù)本公開第一種實(shí)施方式的綠色飛行器內(nèi)部面板20。綠色飛行器內(nèi)部面板20包括夾在上表層M和下表層沈之間的中心部分22。和圖1中的飛行器內(nèi)部面板不同，在圖2的面板20中使用的材料是環(huán)境友好的。中心部分22是PVDF泡沫，通常數(shù)毫米厚。在可選實(shí)施方式中，中心部分22可包括輕木或紙蜂窩。和中心部分22連接的是相應(yīng)的上表層和下外表層對(duì)、26。每個(gè)表層對(duì)、26包括由天然纖維制造的天然復(fù)合材料，其設(shè)置在樹脂中，在該實(shí)施方式中在無機(jī)熱固性樹脂中。稍后描述使用熱塑性樹脂的實(shí)施方式。在該實(shí)施方式中，只有一層浸漬了硅酸鋁衍生物樹脂的亞麻纖維。無機(jī)熱固性樹脂具有優(yōu)異的耐熱性能并可經(jīng)受住高達(dá)1000攝氏度的溫度。天然纖維的耐熱性往往沒有這樣好，所以它們可用阻燃劑處理，這將在下面就根據(jù)本公開的一些制造方法更詳細(xì)地描述(例如，參見圖5和相應(yīng)的描述)。本公開不限于僅包括三層的飛行器內(nèi)部面板結(jié)構(gòu)?？砂ǘ嘤谝粋€(gè)的中心部分層，并且多于一個(gè)的表層可包括在中心部分的任何一側(cè)。另一個(gè)綠色飛行器內(nèi)部面板30的例子顯示在圖3中。飛行器內(nèi)部面板30包括從頂部到底部如下層疊的五層外上表層34、內(nèi)上表層38、中心部分32、內(nèi)下表層40和外下表面36。該中心部分32相當(dāng)于就圖2所描述的中心部分22。而且，表層34、36、38和40相當(dāng)于就圖2所描述的表層對(duì)、26?？梢栽O(shè)置成對(duì)的上下表層34、38和36、40以增加強(qiáng)度。表層可以用對(duì)齊的方式鋪層，或其層片轉(zhuǎn)動(dòng)(例如，外上表層34的經(jīng)紗和緯紗可以使其經(jīng)紗和緯紗相對(duì)于內(nèi)上表層38的經(jīng)紗和緯紗旋轉(zhuǎn)通過90度)?，F(xiàn)在將描述根據(jù)本公開的飛行器內(nèi)部面板的制造方法。為了簡(jiǎn)單起見，將描述三層綠色飛行器內(nèi)部面板，盡管容易明白該方法可簡(jiǎn)單地?cái)U(kuò)展到具有多于三層的面板。圖4顯示了簡(jiǎn)單的制造方法。在100，形成表層對(duì)、26。該步驟100包括鋪層天然纖維織物，如在102所示。例如，為每個(gè)表層24 J6鋪層一層亞麻織物。在104，熱固性無機(jī)樹脂浸漬天然纖維并通過固化混合物形成表層對(duì)、26。例如，硅酸鋁衍生物用作無機(jī)熱固性樹脂并可和硬化劑混合。另外，可以使用抗收縮添加劑。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用作填料按重量計(jì)以-15%添加的硅酸鋁衍生的化合物起很好的作用。用熱固性樹脂浸漬的天然纖維織物可被放入真空袋并抽真空以抽出空氣。不用抽真空在25攝氏度到80攝氏度范圍的溫度下，在大氣壓力下或在機(jī)械擠壓機(jī)或在高壓釜中加壓下，使表層固化30分鐘至M小時(shí)的時(shí)間，以使復(fù)合材料致密。接著室溫下固化，直到達(dá)到恒重，其中抽真空以從復(fù)合材料中除去水分。以這種方式形成的表層對(duì)、26，它們鋪層在中心部分22的兩側(cè)，如步驟106所示。表層2436放置在中心部分22的每側(cè)，在表層和中心部分表面之間施加粘合劑。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)環(huán)境友好的粘合劑(低揮發(fā)性有機(jī)化合物)起很好的作用。在該實(shí)施方式中，中心部分22包括PVDF泡沫。在108，可通過在低壓真空袋方法中，在大氣壓力、或在機(jī)械擠壓機(jī)或在高壓釜中加壓下固化粘合劑以使面板20致密，形成完成的夾心板20。圖5顯示根據(jù)本公開制造方法的另一種實(shí)施方式。在200，形成表層對(duì)、26。第一步驟201包括用阻燃劑處理天然纖維。例如，天然纖維可以形成織物并在25-80攝氏度下浸入阻燃劑濃溶液中20到80分鐘。接著浸泡過的天然纖維織物通過垂直地懸掛，在室溫下烘干，直到它們達(dá)到恒重。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用這種方式制造的天然纖維按重量計(jì)保持10%到30%的阻燃劑。接著該方法以之前就圖4所描述的非常相同的方式繼續(xù)。在202，將處理過的天然纖維鋪層，并在204用熱固性無機(jī)樹脂浸漬。在206，這樣形成的表層24 J6與中心部分22結(jié)合，并在208，形成最終的飛行器內(nèi)部面板20。就圖4和5描述的制造方法包括兩階段面板裝配方法，其中首先形成表層M、26并接著裝配完成的飛行器內(nèi)部面板20。但是，任何這些方法可被改變以使用表層24 J6和完成的面板20在僅單個(gè)過程中固化的一步形成方法。例如，圖6顯示適合使用單一固化步驟的圖4方法。在步驟305中，活化中心部分22的表面以提高中心部分22和表層MJ6之間的粘附力。該處理可包括將PVDF中心部分22暴露于大氣壓空氣介質(zhì)阻擋放電(DBD)。DBD反應(yīng)器可裝有以40至80Hz運(yùn)行的正弦波形高電壓交流電源。運(yùn)行工作負(fù)載的輸出功率和阻抗是可變和可控制的。該放電可在固定的電極和泡沫中心部分22安裝在其上的滑動(dòng)臺(tái)板之間產(chǎn)生。電極可用鋼條形成，圍繞該鋼條纏繞1.5mm直徑的裸不銹鋼絲。臺(tái)板可為IOmm厚并且可具有硅橡膠涂層?？梢杂?. 87KW功率和每分鐘40m的速度的四個(gè)循環(huán)，相當(dāng)于4. 9ff/cm2的功率密度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種處理活化中心部分22的表面，使得它們更具化學(xué)反應(yīng)性，因此明顯提高中心部分22和表層M、26之間的粘附力。在302，鋪層如上述那些的天然纖維織物。如在步驟304中所示，如上述的熱固性樹脂浸漬兩個(gè)天然纖維織物。在306，一層纖維織物鋪層在中心部分22的一側(cè)，而另一層纖維織物鋪層在該中心部分22的另一側(cè)。接著在308，在單個(gè)步驟中使用真空袋方法裝配飛行器內(nèi)部面板20。以這樣的方式，在僅單個(gè)步驟中形成復(fù)合表層M、26并與中心部分結(jié)合。面板20可被放進(jìn)真空袋中并抽真空以抽出空氣。接著可在25-80攝氏度下，在大氣壓力下、或在機(jī)械擠壓機(jī)或在高壓釜中加壓下，不抽真空使面板20固化30分鐘至M小時(shí)以提高復(fù)合材料的緊實(shí)性。接著在室溫下固化，用抽真空除去復(fù)合材料的水分，直到達(dá)到恒定的重量。圖7示出作為單個(gè)固化過程的圖5的改變。在401，如同前面描述，用阻燃劑處理天然纖維織物。在405，如同前面描述，用DBD處理中心部分。然后在步驟402，如所示，鋪層被處理過的纖維織物，并在步驟404中如上述那些的熱固性無機(jī)樹脂浸漬該纖維織物。在406，一層纖維織物鋪層在中心部分22的一側(cè)，而另一層纖維織物鋪層在該中心部分22的另一側(cè)。然后在單個(gè)步驟中利用真空袋方法形成完成的飛行器內(nèi)部面板20，如在408中所不。除了圖6和圖7之外，現(xiàn)在容易理解，如一般方法的其他變型也可以一樣，前面附圖中的方法可適于以類似的方式使用單一固化步驟。圖2顯示具有由無機(jī)熱固性樹脂形成的上表層對(duì)和下表層沈的飛行器內(nèi)部面板20。現(xiàn)將描述使用熱塑性樹脂的實(shí)施方式和示例制造方法。圖8顯示包括夾層結(jié)構(gòu)的飛行器內(nèi)部面板80。中心部分82夾在上表層84和下表層86之間。上表層設(shè)置保護(hù)涂層88。中心部分82包括耐火的熱塑性泡沫。中心部分82可具有4mm到5mm的厚度。在可選實(shí)施方式中，中心部分82包括紙蜂窩。紙蜂窩中心部分可具有IOmm或甚至更厚的厚度。上表層84和下表層86具有相應(yīng)的構(gòu)造。它們兩者都包括設(shè)置在熱塑性樹脂中的天然纖維，如亞麻。天然纖維可如之前就圖2和3所描述的那樣。在圖8實(shí)施方式中使用的熱塑性樹脂是聚丙烯。該復(fù)合材料基體可用非鹵化阻燃劑改性。例如，多磷酸銨(50%濃度)和納米石墨烯(5%濃度)可添加到聚丙烯基體。可添加增容劑以改進(jìn)阻燃劑并入基體。另外，可用阻燃劑即非鹵化納米顆粒阻燃劑，如納米磷酸鹽，處理天然纖維，從而在天然纖維上形成保護(hù)涂層。在圖8的實(shí)施方式中，上表層84設(shè)置保護(hù)涂層88。在可選實(shí)施方式中，下表層86也設(shè)置保護(hù)涂層88。保護(hù)涂層88可以是耐火納米涂層。在只施加至一個(gè)表層84或86的情況，當(dāng)飛行器內(nèi)部面板80安裝在飛行器中時(shí)，該表層84或86可以是機(jī)艙側(cè)表層。將保護(hù)涂層88施加到由聚丙烯樹脂形成的上表層84。盡管為了清楚的目的，在圖8中只顯示了單層，但是保護(hù)涂層88包括兩層保護(hù)層。每個(gè)層包括在鋁納米顆粒中封裝的納米硅酸鈉納米顆粒，并依次施加這兩個(gè)層。在一些實(shí)施方式中，飛行器內(nèi)部面板80沒有設(shè)置保護(hù)涂層88。圖9顯示包括熱塑性樹脂的飛行器內(nèi)部面板90的另一種實(shí)施方式。飛行器內(nèi)部面板90包括夾在上表層94和下表層96之間的中心部分92。盡管在一些情況下，僅僅表層94或96的一層可能需要設(shè)置保護(hù)涂層98，但是上表層94和下表層96 二者的外表面都設(shè)置保護(hù)涂層98。實(shí)際上，在一些實(shí)施方式中，上表層94和下表層96都不需要設(shè)置保護(hù)涂層98。中心部分92包括耐火的熱塑性泡沫。中心部分92可具有4mm到5mm的厚度。在可選實(shí)施方式中，中心部分92包括紙蜂窩。紙蜂窩中心部分可具有IOmm或甚至更厚的厚度。在可選實(shí)施方式中，中心部分92包括輕木。上表層94和下表層96具有相應(yīng)的構(gòu)造。它們兩者包括設(shè)置在熱塑性樹脂中的天然纖維，如亞麻。天然纖維可如就圖2和3之前所描述的那樣。在圖9實(shí)施方式中使用的熱塑性樹脂是聚乳酸。復(fù)合材料基體可用非鹵化阻燃劑改性。例如，多磷酸銨(25%濃度)、硼酸鋅(5%濃度)和納米石墨烯(1%濃度)可添加到聚乳酸基體。任選地，還可添加增容劑以改進(jìn)阻燃劑并入基體。另外，可用阻燃劑即非鹵化納米顆粒阻燃劑，如納米磷酸鹽，處理天然纖維，從而在天然纖維上形成保護(hù)涂層。
在圖9的實(shí)施方式中，上表層94和下表層96兩者都設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)涂層98。保護(hù)涂層98可以是耐火納米涂層。保護(hù)涂層98可包括封裝在鋁納米顆粒、銨鹽、納米石墨烯、碳酸鈉或硅酸鈉中的納米硅酸鈉納米顆?！，F(xiàn)參看圖10和11描述制造方法的另外實(shí)施方式。這些制造方法可用于制造根據(jù)本公開的飛行器內(nèi)部面板，和上述飛行器內(nèi)部面板20、30、80、90的任何實(shí)施方式。但是，下面的方法對(duì)于制造根據(jù)圖8和9實(shí)施方式的飛行器內(nèi)部面板是尤其優(yōu)選的。圖10中顯示飛行器內(nèi)部面板制造方法的第五種實(shí)施方式。作為例子，盡管該方法可適用于根據(jù)本公開構(gòu)建的任何飛行器內(nèi)部面板，但是該方法就圖8的飛行器內(nèi)部面板80進(jìn)行描述。圖10的制造方法和前面描述的圖5方法相似。它是兩階段面板裝配方法，其中首先形成表層84、86并接著裝配完成的飛行器內(nèi)部面板80。在500，形成表層84、86。第一步驟501包括用阻燃劑處理天然纖維——在該實(shí)施方式中為亞麻。例如，天然纖維可形成織物。天然纖維可浸入阻燃劑納米顆粒(如，納米磷酸鹽)的濃溶液中。該阻燃劑可用于根據(jù)本公開的任何飛行器內(nèi)部面板，包括本文描述的所有實(shí)施方式?？山n天然纖維30秒并接著在烘箱中在60攝氏度下干燥30分鐘。可重復(fù)該處理數(shù)次以增加阻燃劑的濃度。接著該方法在步驟502繼續(xù)，其包括鋪層涂布阻燃劑的天然纖維織物。例如，每個(gè)表層84、86鋪層一層織物。在504，熱塑性無機(jī)樹脂混合物用于浸漬天然纖維。該樹脂混合物包括聚丙烯樹脂(41%濃度)，并為了增加阻燃性，添加多磷酸銨(50%濃度)和納米石墨烯(5%濃度)到聚丙烯基體。可添加增容劑濃度)，如小濃度的htegrateNP507-030偶聯(lián)劑以改進(jìn)基體、阻燃劑添加劑和天然纖維織物之間的相容性?？蓴D壓該樹脂混合物以獲得200 μ m厚或更薄的、與天然纖維織物結(jié)合的聚合物板。為了形成表層84、86，亞麻纖維織物可夾在一對(duì)樹脂混合物擠壓板之間。該層壓件可接著在200攝氏度的溫度和87kN壓力下保持1分鐘，且所得表層84、86可接著允許冷卻到室溫。就以該方式形成的表層84、86，它們鋪層在中心部分82的兩側(cè)，如在步驟506中所示。將表層84、86放置在熱塑性泡沫中心部分82的每側(cè)，且防火粘合劑施加在表層和中心部分表面之間。聚氨酯基粘合劑和環(huán)氧樹脂基粘合劑是粘合劑的良好選擇。在508，通過固化粘合劑，形成完成的飛行器內(nèi)部面板80。在步驟510中，可添加保護(hù)涂層到上表層84。首先，可通過化學(xué)蝕刻，活化上表層84的外表面，以允許改進(jìn)納米涂層與外表面間的粘合。在該實(shí)施方式中使用的納米涂層包括在鋁納米顆粒中封裝的硅酸鈉納米顆粒。該涂層可用于根據(jù)本公開的任何飛行器內(nèi)部面板，包括本文描述的所有實(shí)施方式。該涂層可通過用納米顆粒溶液手動(dòng)浸漬表面，施加到上表層84的活化外表面?？墒┘拥谝粚硬⒔又?0攝氏度下在烘箱中干燥10分鐘。接著，可以用相同的方式施加第二層，并在40攝氏度下在烘箱中干燥30分鐘。這樣完成飛行器內(nèi)部面板80。圖10的方法可適合形成圖9的飛行器內(nèi)部面板90，如下。在600，形成表層94、96。在步驟601中可用阻燃劑處理天然纖維——在該實(shí)施方式中為亞麻。例如，天然纖維可形成織物。天然纖維可浸入阻燃劑納米顆粒(如，納米磷酸鹽)的濃溶液中。該阻燃劑可用于根據(jù)本公開的飛行器內(nèi)部面板，包括本文描述的所有實(shí)施方式?？山n天然纖維30秒并接著在烘箱中在60攝氏度下干燥30分鐘，如就圖10已經(jīng)描述的?？芍貜?fù)該處理數(shù)次以增加阻燃劑的濃度。在用于鋪層涂布阻燃劑的天然纖維織物的步驟602中繼續(xù)該方法，如通過為每個(gè)表層94、96鋪層一層織物。在604，熱塑性無機(jī)樹脂混合物用于浸漬天然纖維。在該實(shí)施方式中，該樹脂混合物包括聚乳酸樹脂(69%濃度)，并且，為了幫助阻燃，添加多磷酸鋁(25%濃度)、硼酸鋅(5%濃度)和納米石墨烯(1%濃度)到基體。可擠壓該樹脂混合物以獲得200 μ m厚或更薄的、與天然纖維織物結(jié)合的聚合板。為了形成表層94、96，亞麻纖維織物可夾在一對(duì)樹脂混合物擠壓板之間。該層壓結(jié)構(gòu)可接著在140攝氏度的溫度和87kN壓力下保持1分鐘，且所得表層94、96可接著允許冷卻到室溫。就以該方式形成的表層94、96，它們鋪層在中心部分92的兩側(cè)，如在步驟606中所示。表層94、96放置在熱塑性泡沫中心部分92的每側(cè)，且防火粘合劑如聚氨酯基或環(huán)氧樹脂基粘合劑施加在表層和中心部分表面之間。在608，通過固化粘合劑，形成完成的飛行器內(nèi)部面板90。在步驟610中，可添加保護(hù)涂層到上和下表層94、96。該方法如在圖5的步驟510中所述?？偨Y(jié)來說，每個(gè)表層94、96的外表面可通過化學(xué)蝕刻活化，并可施加納米涂層。該實(shí)施方式的納米涂層可包括磷酸鹽納米顆粒、銨鹽、納米石墨烯、碳酸鹽和硅酸鈉?？商砑由倭康谋┧針渲愿倪M(jìn)保護(hù)涂層的柔性、粘合和熱穩(wěn)定性。該涂層可用于根據(jù)本公開的飛行器內(nèi)部面板，包括本文描述的所有實(shí)施方式。通過手動(dòng)浸漬，可在兩層中施加該涂層?？墒┘拥谝粚硬⒃?0攝氏度下干燥10分鐘，并可施加第二層并在相同的溫度下干燥30分鐘。這樣完成飛行器內(nèi)部面板90。就圖10和11描述的制造方法包括兩階段面板裝配方法，其中首先形成表層84、86、94、96并接著裝配完成的飛行器內(nèi)部面板80、90。但是，可修改這些方法為一步形成方法，其中表層84、86、94、96和完成的面板80、90在僅單一過程中固化，與就圖6和7已經(jīng)描述的類似。本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚，在不背離由所附權(quán)利要求限定的本公開范圍的情況下，可對(duì)上面的實(shí)施方式做出各種改變。例如，就三層飛行器內(nèi)部面板20的上述方法可容易地適合多于三層的飛行器內(nèi)部面板。例如，鋪層在中心部分上的表層的數(shù)量可從每側(cè)增加。還可包括不止一個(gè)的中心部分層。已經(jīng)描述了各種飛行器內(nèi)部面板和各種制造方法。應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，不同的方法可用于制造所述的任何不同面板。實(shí)施例現(xiàn)將描述示例結(jié)構(gòu)并展示它們的耐熱性能。針對(duì)飛行器內(nèi)部的FAA和EASA要求，測(cè)試表層的阻燃性。將包括硅酸鋁衍生物無機(jī)熱固性基體和天然纖維復(fù)合材料的表層——其中天然纖維按重量計(jì)包含10%到30%硼衍生物阻燃劑——暴露于輻射熱。三個(gè)樣品垂直懸掛在環(huán)境艙中。恒定空氣流穿過該艙。通過調(diào)整以在樣品上產(chǎn)生期望的總熱通量3. 5ff/cm2的輻射熱源，測(cè)定樣品的暴露。使用引導(dǎo)點(diǎn)火，啟動(dòng)燃燒。監(jiān)控離開環(huán)境艙的燃燒產(chǎn)物，并用于計(jì)算熱釋放速率。
圖12是展示由無機(jī)熱固性樹脂制造的三個(gè)樣品表層的結(jié)果的表。兩分鐘之后熱釋放峰和總熱釋放完全在聯(lián)邦航空局(Federal Aviation Administration) (FAA)設(shè)定的范圍內(nèi)。圖13是顯示這些樣品的熱釋放隨著時(shí)間的圖。也構(gòu)建并測(cè)試了四個(gè)由無機(jī)熱固性樹脂制造的夾心板。圖14是展示每個(gè)夾心板的組分和熱釋放測(cè)試結(jié)果的表。以和上述表層樣品相同的方式進(jìn)行測(cè)試。再一次，發(fā)現(xiàn)峰和總熱釋放完全在FAA要求之內(nèi)。圖15是熱釋放隨著時(shí)間的圖。
權(quán)利要求
1.飛行器內(nèi)部面板，其包括夾在第一表層和第二表層之間的中心部分，其中所述第一表層和第二表層兩者都包括復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包括設(shè)置在樹脂中的天然纖維的復(fù)合基體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛行器內(nèi)部面板，其中所述天然纖維已經(jīng)用阻燃劑，任選地非鹵化阻燃劑處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的飛行器內(nèi)部面板，其中所述阻燃劑是下列之一硼衍生物、四水八硼酸二鈉和磷酸鹽納米顆粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛行器內(nèi)部面板，其中所述樹脂是無機(jī)熱固性樹脂，任選地包括硅酸鋁衍生物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛行器內(nèi)部面板，其中所述樹脂是熱塑性樹脂，任選地包括聚丙烯或聚乳酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的飛行器內(nèi)部面板，其包括在所述第一表層和第二表層的至少一個(gè)的外表面上的阻燃劑保護(hù)涂層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的飛行器內(nèi)部面板，其中所述樹脂包括聚丙烯和所述保護(hù)涂層包括封裝在鋁納米顆粒中的硅酸鈉納米顆粒。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的飛行器內(nèi)部面板，其中所述樹脂包括聚乳酸和所述保護(hù)涂層包括下列至少一種的納米顆粒磷酸鹽、銨鹽、納米石墨烯、碳酸鹽和硅酸鈉。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛行器內(nèi)部面板，其中所述中心部分包括紙蜂窩或熱塑性泡沫，如像聚偏1，1- 二氟乙烯泡沫的耐火熱塑性泡沫。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛行器內(nèi)部面板，其中所述中心部分已經(jīng)例如通過介質(zhì)阻擋放電方法或通過化學(xué)蝕刻或通過使用粘合劑活化，以增強(qiáng)與所述第一表層和第二表層的粘合。
11.包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛行器內(nèi)部面板的飛行器。
全文摘要
本發(fā)明的名稱是改進(jìn)的綠色飛行器內(nèi)部面板。本公開涉及用作飛行器內(nèi)部部件的夾心板。除了提供修飾功能之外，夾心板還需要具有某些機(jī)械性質(zhì)和具有足夠的阻燃性，以阻止火在交通工具內(nèi)蔓延。本公開提供了具有表層的飛行器內(nèi)部面板，所述表層包括基于無機(jī)熱固性樹脂或者熱塑性樹脂的天然纖維加強(qiáng)的復(fù)合材料。這種面板提供需要的耐火性和耐熱性，使容易重復(fù)利用和處理，比常規(guī)夾心板更便宜并提供明顯的重量節(jié)省。
文檔編號(hào)B32B9/04GK102555329SQ2011104379
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者A·岡薩雷斯-加西亞, F·M·菲瑞爾, N·拉帕納, P·P·馬丁, S·F·博悅, V·M·薩茲 申請(qǐng)人:波音公司