專利名稱：一種波紋-鋁蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)夾層材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合夾層材料及其制備方法，具體涉及一種波紋-鋁蜂窩復(fù)合夾層板及其制備方法。
背景技術(shù)：
超輕多孔金屬材料是近些年來隨著材料制備以及機械加工技術(shù)的迅速發(fā)展而出現(xiàn)的一類新穎多功能材料。其芯體具有高孔隙率，其微結(jié)構(gòu)按規(guī)則程度可分為無序和有序兩大類，前者包括閉孔泡沫鋁材料，而后者包括二維點陣材料(如波紋結(jié)構(gòu)，蜂窩結(jié)構(gòu))與三維桁架結(jié)構(gòu)(如金字塔結(jié)構(gòu)、四面體結(jié)構(gòu))。目前，通常的多孔金屬夾層板多為蜂窩鋁或波紋等單一結(jié)構(gòu)，蜂窩鋁芯有高的比強度、比剛度，在航空航天、軍事、建筑、交通、包裝等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但是目前市 場上鋁箔制作的蜂窩鋁其相對密度均低于0. 05，即力學(xué)性能較低，如面外壓縮強度低于5MPa，在一些力學(xué)性能要求高的場合不能滿足需求。而波紋結(jié)構(gòu)雖然制造工藝相對簡單、成本低，但是其結(jié)構(gòu)性能低于蜂窩較多。將兩種結(jié)構(gòu)復(fù)合，不僅可以保持蜂窩結(jié)構(gòu)性能優(yōu)勢，而且由于蜂窩的支撐作用，極大提高波紋結(jié)構(gòu)性能，使得最終可以大幅度提高復(fù)合材料的性能。例如，實驗中蜂窩鋁的面外壓縮強度為2. 5MPa，波紋夾層結(jié)構(gòu)壓縮強度為3. 7MPa，復(fù)合后壓縮強度達(dá)到11. IMPa0這種性能的大幅度提高，使其具有更多的市場前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)合波紋低成本和鋁蜂窩高性能各自優(yōu)勢，通過復(fù)合的方式實現(xiàn)性能大幅度提高，彌補了蜂窩鋁制造技術(shù)的局限性(相對密度均低于0. 05)的波紋-鋁蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)夾層材料及其制備方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的波紋-鋁蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)夾層材料包括兩板金屬面板以及設(shè)置在兩塊金屬面板之間的由金屬波紋芯體構(gòu)成的波紋結(jié)構(gòu)點陣夾層板，在波紋結(jié)構(gòu)點陣夾層板的各個金屬波紋芯體的孔內(nèi)填充有與金屬波紋芯體的孔相匹配的鋁蜂窩芯材料。所述的金屬波紋芯體為具有平臺的梯形結(jié)構(gòu)。本發(fā)是的制備方法包括以下步驟I)首先，將平整過的金屬板材制成具有平臺即梯形結(jié)構(gòu)的金屬波紋芯體，然后對金屬波紋芯體和金屬面板清洗去除油污和銹跡后烘干；2)然后，采用線切割技術(shù)將板狀鋁蜂窩芯切割成與金屬波紋芯體的孔相匹配的梯形招蜂窩芯材料；3)其次，在波紋結(jié)構(gòu)芯體的孔內(nèi)表面或梯形鋁蜂窩芯材料的外面表均勻涂覆一層
0.1-0. 3mm厚的膠粘劑，然后將梯形鋁蜂窩芯材料填充入波紋結(jié)構(gòu)點陣夾層板的孔中，依次將空間孔結(jié)構(gòu)全部填滿；4)最后，在兩塊金屬面板內(nèi)側(cè)涂覆一層膠粘劑，再與波紋芯體和梯形鋁蜂窩芯材料復(fù)合，于40 60°C烘箱中固化，得到波紋-鋁蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)夾層材料。
所述的金屬板材、金屬面板采用碳鋼鋼板、不銹鋼板、鋁及其合金板、鈦板或鎳板。所述的金屬板材的厚度為0. 1-1. 5mm、金屬面板的厚度為0. 5_3mm。所述的梯形結(jié)構(gòu)的金屬波紋芯體采用模壓或者折疊技術(shù)制備。所述的清洗采用金屬清洗劑清洗。所述的板狀鋁蜂窩芯為純鋁蜂窩或鋁合金蜂窩，其孔隙率大于等于95%。所述的膠粘劑為聚氨酯類或環(huán)氧樹脂類。所述的線切割使絲線與蜂窩孔方向垂直。本發(fā)明應(yīng)用現(xiàn)有蜂窩的高比剛度和高比強度結(jié)構(gòu)性能優(yōu)勢，以及波紋結(jié)構(gòu)的制造 工藝相對簡單、成本低的各自優(yōu)勢，以及將兩種結(jié)構(gòu)復(fù)合后由于蜂窩鋁的支撐使得波紋的變形模式發(fā)生變化，即形成多個塑性膠，獲得綜合性能更加優(yōu)異的結(jié)構(gòu)功能材料。


圖I是本發(fā)明波紋-鋁蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)夾層材料的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施實例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實施例I :I)首先，將平整過的厚度為0. Imm的金屬板材碳鋼鋼板采用模壓或者折疊技術(shù)制成具有平臺結(jié)構(gòu)6即梯形結(jié)構(gòu)的金屬波紋芯體2，然后對金屬波紋芯體2和厚度為Imm金屬面板(碳鋼鋼板)I采用金屬清洗劑去除油污和銹跡后烘干；2)然后，采用線切割技術(shù)使絲線與蜂窩孔方向垂直將板狀鋁蜂窩芯切割成與金屬波紋芯體2的孔3相匹配的梯形鋁蜂窩芯材料4，板狀鋁蜂窩芯為純鋁蜂窩或鋁合金蜂窩，其孔隙率為98% ；3)其次，在波紋結(jié)構(gòu)芯體2的孔3內(nèi)表面或梯形鋁蜂窩芯材料4的外面表均勻涂覆一層0. Imm厚的膠粘劑聚氨酯類樹脂，然后將梯形鋁蜂窩芯材料4填充入波紋結(jié)構(gòu)點陣夾層板5的孔3中，依次將空間孔3結(jié)構(gòu)全部填滿；4)最后，在兩塊金屬面板I內(nèi)側(cè)涂覆一層膠粘劑聚氨酯類樹脂類，再與波紋芯體2和梯形鋁蜂窩芯材料4復(fù)合，于40 60°C烘箱中固化，得到波紋-鋁蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)夾層材料(見圖I)。其中波紋芯體的相對密度為0. 05，鋁蜂窩密度0. 27g/cm3,相對密度為0. 02。實施例2 :1)首先，將平整過的厚度為0. 5mm的金屬板材不銹鋼板采用模壓或者折疊技術(shù)制成具有平臺結(jié)構(gòu)6即梯形結(jié)構(gòu)的金屬波紋芯體2，然后對金屬波紋芯體2和厚度為
0.5mm金屬面板(不銹鋼板)I采用金屬清洗劑去除油污和銹跡后烘干；2)然后，采用線切割技術(shù)使絲線與蜂窩孔方向垂直將板狀鋁蜂窩芯切割成與金屬波紋芯體2的孔3相匹配的梯形鋁蜂窩芯材料4，板狀鋁蜂窩芯為純鋁蜂窩或鋁合金蜂窩，其孔隙率為98% ；3)其次，在波紋結(jié)構(gòu)芯體2的孔3內(nèi)表面或梯形鋁蜂窩芯材料4的外面表均勻涂覆一層0. 2mm厚的膠粘劑環(huán)氧樹脂類，然后將梯形鋁蜂窩芯材料4填充入波紋結(jié)構(gòu)點陣夾層板5的孔3中，依次將空間孔3結(jié)構(gòu)全部填滿；4)最后，在兩塊金屬面板I內(nèi)側(cè)涂覆一層膠粘劑環(huán)氧樹脂類，再與波紋芯體2和梯形鋁蜂窩芯材料4復(fù)合，于40 60°C烘箱中固化，得到波紋-鋁蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)夾層材料。其中波紋芯體的相對密度為0. 077，鋁蜂窩密度0. 27g/cm3,相對密度為0. 02。實施例3:1)首先，將平整過的厚度為I. Omm的金屬板材鋁板采用模壓或者折疊技術(shù)制成具有平臺結(jié)構(gòu)6即梯形結(jié)構(gòu)的金屬波紋芯體2，然后對金屬波紋芯體2和厚度為
I.5mm金屬面板(鋁合金板)I采用金屬清洗劑去除油污和銹跡后烘干；2)然后，采用線切割技術(shù)使絲線與蜂窩孔方向垂直將板狀鋁蜂窩芯切割成與金屬波紋芯體2的孔3相匹配的梯形鋁蜂窩芯材料4，板狀鋁蜂窩芯為純鋁蜂窩或鋁合金蜂窩，其孔隙率為98% ；3)其次，在波紋結(jié)構(gòu)芯體2的孔3內(nèi)表面或梯形鋁蜂窩芯材料4的外面表均勻涂覆一層0. 15mm厚的膠粘劑環(huán)氧樹脂類，然后將梯形鋁蜂窩芯材料4填充入波紋結(jié)構(gòu)點陣夾 層板5的孔3中，依次將空間孔3結(jié)構(gòu)全部填滿；4)最后，在兩塊金屬面板I內(nèi)側(cè)涂覆一層膠粘劑環(huán)氧樹脂類，再與波紋芯體2和梯形鋁蜂窩芯材料4復(fù)合，于40 60°C烘箱中固化，得到波紋-鋁蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)夾層材料。其中波紋芯體的相對密度為0. 124，鋁蜂窩密度0. 27g/cm3,相對密度為0. 02。實施例4 :1)首先，將平整過的厚度為I. 2mm的金屬板材鈦板采用模壓或者折疊技術(shù)制成具有平臺結(jié)構(gòu)6即梯形結(jié)構(gòu)的金屬波紋芯體2，然后對金屬波紋芯體2和厚度為2mm金屬面板(鈦板)I采用金屬清洗劑去除油污和銹跡后烘干；2)然后，采用線切割技術(shù)使絲線與蜂窩孔方向垂直將板狀鋁蜂窩芯切割成與金屬波紋芯體2的孔3相匹配的梯形鋁蜂窩芯材料4，板狀鋁蜂窩芯為純鋁蜂窩或鋁合金蜂窩，其孔隙率為95% ；3)其次，在波紋結(jié)構(gòu)芯體2的孔3內(nèi)表面或梯形鋁蜂窩芯材料4的外面表均勻涂覆一層0. 3mm厚的膠粘劑聚氨酯類樹脂，然后將梯形鋁蜂窩芯材料4填充入波紋結(jié)構(gòu)點陣夾層板5的孔3中，依次將空間孔3結(jié)構(gòu)全部填滿；4)最后，在兩塊金屬面板I內(nèi)側(cè)涂覆一層膠粘劑聚氨酯類樹脂，再與波紋芯體2和梯形鋁蜂窩芯材料4復(fù)合，于40 60°C烘箱中固化，得到波紋-鋁蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)夾層材料。其中波紋芯體的相對密度為0. 02-0. 15，鋁蜂窩相對密度為0. 05。實施例5 :1)首先，將平整過的厚度為I. 5mm的金屬板材鎳板采用模壓或者折疊技術(shù)制成具有平臺結(jié)構(gòu)6即梯形結(jié)構(gòu)的金屬波紋芯體2，然后對金屬波紋芯體2和厚度為3mm金屬面板(鎳板)I采用金屬清洗劑去除油污和銹跡后烘干；2)然后，采用線切割技術(shù)使絲線與蜂窩孔方向垂直將板狀鋁蜂窩芯切割成與金屬波紋芯體2的孔3相匹配的梯形鋁蜂窩芯材料4，板狀鋁蜂窩芯為純鋁蜂窩或鋁合金蜂窩，其孔隙率為95% ；3)其次，在波紋結(jié)構(gòu)芯體2的孔3內(nèi)表面或梯形鋁蜂窩芯材料4的外面表均勻涂覆一層0. 25_厚的膠粘劑環(huán)氧樹脂類，然后將梯形鋁蜂窩芯材料4填充入波紋結(jié)構(gòu)點陣夾層板5的孔3中，依次將空間孔3結(jié)構(gòu)全部填滿；4)最后，在兩塊金屬面板I內(nèi)側(cè)涂覆一層膠粘劑環(huán)氧樹脂類，再與波紋芯體2和梯形鋁蜂窩芯材料4復(fù)合，于40 60°C烘箱中固化，得到波紋-鋁蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)夾層材料。其中波紋芯體的相對密度為0. 02-0. 15，鋁蜂窩相對密度為0. 05。
權(quán)利要求
1.一種波紋-鋁蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)夾層材料，其特征在于包括兩板金屬面板(I)以及設(shè)置在兩塊金屬面板(I)之間的由金屬波紋芯體(2)構(gòu)成的波紋結(jié)構(gòu)點陣夾層板(5)，在波紋結(jié)構(gòu)點陣夾層板(5)的各個金屬波紋芯體(2)的孔(3)內(nèi)填充有與金屬波紋芯體(2)的孔(3)相匹配的鋁蜂窩芯材料(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的波紋-鋁蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)夾層材料，其特征在于其特征在于所述的金屬波紋芯體(2)為具有平臺結(jié)構(gòu)(6)的梯形結(jié)構(gòu)。
3.一種波紋-鋁蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)夾層材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟 1)首先，將平整過的金屬板材制成具有平臺結(jié)構(gòu)(6)即梯形結(jié)構(gòu)的金屬波紋芯體(2)，然后對金屬波紋芯體(2)和金屬面板(I)清洗去除油污和銹跡后烘干； 2)然后，采用線切割技術(shù)將板狀鋁蜂窩芯切割成與金屬波紋芯體(2)的孔(3)相匹配的梯形鋁蜂窩芯材料(4); 3)其次，在波紋結(jié)構(gòu)芯體(2)的孔(3)內(nèi)表面或梯形鋁蜂窩芯材料(4)的外面表均勻涂覆一層0. 1-0. 3mm厚的膠粘劑，然后將梯形鋁蜂窩芯材料(4)填充入波紋結(jié)構(gòu)點陣夾層板(5)的孔(3)中，依次將空間孔(3)結(jié)構(gòu)全部填滿； 4)最后，在兩塊金屬面板(I)內(nèi)側(cè)涂覆一層膠粘劑，再與波紋芯體(2)和梯形鋁蜂窩芯材料(4)復(fù)合，于40 60°C烘箱中固化，得到波紋-鋁蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)夾層材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述波紋-鋁蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)夾層材料的制備方法，其特征在于所述的金屬板材、金屬面板采用碳鋼鋼板、不銹鋼板、鋁及其合金板、鈦板或鎳板。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述波紋-鋁蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)夾層材料的制備方法，其特征在于所述的金屬板材的厚度為0. 1-1. 5mm、金屬面板的厚度為0. 5_3mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述波紋-鋁蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)夾層材料的制備方法，其特征在于所述的梯形結(jié)構(gòu)的金屬波紋芯體(2)采用模壓或者折疊技術(shù)制備。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述波紋-鋁蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)夾層材料的制備方法，其特征在于所述的清洗采用金屬清洗劑清洗。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述波紋-鋁蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)夾層材料的制備方法，其特征在于所述的板狀鋁蜂窩芯為純鋁蜂窩或鋁合金蜂窩，其孔隙率大于等于95%。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述波紋-鋁蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)夾層材料的制備方法，其特征在于所述的膠粘劑為聚氨酯類或環(huán)氧樹脂類。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述波紋-鋁蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)夾層材料的制備方法，其特征在于所述的線切割使絲線與蜂窩孔方向垂直。
全文摘要
一種波紋-鋁蜂窩復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)材料的制備方法，將波紋夾層結(jié)構(gòu)與蜂窩鋁復(fù)合獲得新型輕質(zhì)多孔夾層復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。本發(fā)明實現(xiàn)波紋和蜂窩鋁復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)的制備。這種波紋-蜂窩鋁復(fù)合結(jié)構(gòu)夾層板，在交通運輸、機械制造、軍事領(lǐng)域具有應(yīng)用前景，它可以有效減輕結(jié)構(gòu)重量，發(fā)揮其高強度、高剛度和優(yōu)良的阻尼等性能。
文檔編號B32B37/06GK102765226SQ20121027140
公開日2012年11月7日 申請日期2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月1日
發(fā)明者盧天健, 張錢城, 沈承, 王博, 金峰 申請人:西安交通大學(xué)