一種玻璃纖維無規(guī)則架構(gòu)夾芯材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種玻璃纖維無規(guī)則架構(gòu)夾芯材料及其制備方法；由上面板(1)、下面板(3)和無規(guī)則架構(gòu)的短切玻璃纖維束芯材(2)構(gòu)成，無規(guī)則架構(gòu)的短切玻璃纖維束芯材(2)由短切玻璃纖維束(4)以不同角度相互搭接形成了無規(guī)則的多面體中空結(jié)構(gòu)，并與上面板(1)和下面板(3)固接；本發(fā)明的玻璃纖維無規(guī)則架構(gòu)夾芯材料在平壓受載過程中不再出現(xiàn)塑性屈服現(xiàn)象，無塑性屈服的玻璃纖維無規(guī)則架構(gòu)夾芯材料改變了以往夾芯材料的通性，并克服了以往芯材迅速坍塌破壞的弱點，且制備工藝更為簡單易行。
【專利說明】一種玻璃纖維無規(guī)則架構(gòu)夾芯材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于夾芯材料及其制備方法，具體涉及一種玻璃纖維無規(guī)則架構(gòu)夾芯材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]夾芯材料是由高強(qiáng)度蒙皮(面板)和輕質(zhì)芯材所構(gòu)成的一種結(jié)構(gòu)復(fù)合型材料。夾芯材料的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢在于其減輕材料重量的同時增加兩蒙皮的截面慣性矩，從而提高材料的抗彎性能。自20世紀(jì)40年代誕生以來，夾芯材料以其質(zhì)量輕、比強(qiáng)度和比剛度高、耐疲勞、抗震性能好等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、船體、建筑、體育器材等領(lǐng)域。目前的夾芯材料主要有蜂窩夾芯材料、泡沫夾芯材料和點陣夾芯材料，其中蜂窩夾芯材料和泡沫夾芯材料最為常見。蜂窩夾芯材料雖然具有較高的剪切剛度和強(qiáng)度，厚度方向壓縮模量高，相對密度較低，但是蜂窩夾芯材料制造工藝復(fù)雜，且使用過程中維護(hù)費用高昂。在某些情況下如果面板出現(xiàn)裂紋或孔隙，蜂窩芯材容易進(jìn)水且不易排出；在低溫情況下，進(jìn)水被冰凍后發(fā)生膨脹，破壞附近蜂窩孔格的膠接，使面板與芯材脫膠，這就降低了夾芯結(jié)構(gòu)的性能。泡沫夾芯材料表面平整、吸濕性低，但是泡沫夾芯材料存在壓縮和剪切性能低、面板和芯材容易發(fā)生脫粘和分層等缺點。蜂窩夾芯材料和硬泡沫夾芯材料還存在著由于蜂窩壁或者泡孔變形而迅速坍塌破壞的弱點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是針對上述已有的夾芯材料存在的不足，提供了一種玻璃纖維無規(guī)則架構(gòu)夾芯材料，本發(fā)明的另一目的是提供上述玻璃纖維無規(guī)則架構(gòu)夾芯材料的制備方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種玻璃纖維無規(guī)則架構(gòu)夾芯材料，其特征在于上面板1、下面板3和無規(guī)則架構(gòu)的短切玻璃纖維束芯材2構(gòu)成，其中無規(guī)則架構(gòu)的短切玻璃纖維束芯材2置于上面板I和下面板3之間；無規(guī)則架構(gòu)的短切玻璃纖維束芯材2由短切玻璃纖維束4以不同角度相互搭接形成了無規(guī)則的多面體中空結(jié)構(gòu)，并與上面板I和下面板3固接。
[0005]本發(fā)明還提供了一種制備上述玻璃纖維無規(guī)則架構(gòu)夾芯材料的方法，其具體步驟如下:
[0006](I)模具準(zhǔn)備:將成型模具充分清洗，烘干后涂上脫模劑，將預(yù)制的上面板(I)和下面板(3)分別鋪覆在上下模具上；
[0007](2)短切玻璃纖維束的制備:將玻璃纖維束通過浸膠工藝充分浸潰樹脂膠液并纏繞在框型鋼架上，玻璃纖維束固化后將固化玻璃纖維束從框型鋼架上取下，最后將固化玻璃纖維束通過切割機(jī)切割成短切玻璃纖維束；
[0008](3)短切玻璃纖維束的架構(gòu):將切割后的短切玻璃纖維束與成型膠液體系混合，用叉式攪拌器攪拌，使得短切玻璃纖維束形成無規(guī)則的空間架構(gòu)結(jié)構(gòu)；
[0009](4)夾芯材料的固化成型:將形成無規(guī)則空間架構(gòu)的短切玻璃纖維束置于下模具中，最后將鋪覆有上面板(I)的上模具蓋在下模具上，放入烘箱中固化成型，冷卻后脫去模具，制得玻璃纖維無規(guī)則架構(gòu)夾芯材料。
[0010]優(yōu)選步驟(2)中所使用的浸膠工藝包括直立式浸膠工藝、手工浸膠工藝或沉浸式浸膠工藝。
[0011]優(yōu)選步驟(2)中所使用玻璃纖維束固化機(jī)制包括常溫前固化和加熱后固化，常溫前固化溫度控制在20?30°C，時間控制在I?2h，加熱后固化溫度控制在80?150°C，時間控制在I?3h。
[0012]優(yōu)選步驟(2)中所使用的玻璃纖維束的線密度包括300teX、600teX或900tex或其他線密度的玻璃纖維束。優(yōu)選切割成短切玻璃纖維束的長度為30?80mm，有利于芯材形成均勻的空間結(jié)構(gòu)。
[0013]優(yōu)選步驟(2)中所使用的樹脂膠液和架構(gòu)成型膠液均為環(huán)氧樹脂(EP)、不飽和聚酯樹脂(UPR)或其他高性能樹脂。
[0014]優(yōu)選步驟(3)中所使用的成型膠液占短切玻璃纖維束質(zhì)量分?jǐn)?shù)的10?20%，有利于短切玻璃纖維束粘接架構(gòu)成型。
[0015]優(yōu)選步驟(3)中所使用的叉式攪拌器，其支叉型式為四叉式、六叉式和八叉式，每個支叉長度相等，攪拌軸為支叉組成的多面體的中心軸，攪拌方式為單向間歇旋轉(zhuǎn)式，即沿同一方向攪拌后間停再攪拌，叉式攪拌器的轉(zhuǎn)速優(yōu)選30?40r/min,攪拌時間為2?lOmin，避免因成型膠液粘度增大導(dǎo)致短切玻璃纖維束集束。
[0016]優(yōu)選所述步驟(4)中所使用的上面板和下面板均為玻璃鋼面板、金屬面板、木質(zhì)面板或其他材質(zhì)的面板。
[0017]優(yōu)選步驟(4)中夾芯材料固化成型的固化溫度為80?150°C，固化壓力為I?2MPa，固化時間為I?3h。
[0018]有益效果:
[0019](I)玻璃纖維無規(guī)則架構(gòu)夾芯材料的制備工藝比蜂窩夾芯材料更為簡單易行，并且由于空間架構(gòu)結(jié)構(gòu)的存在，其平壓受載過程是一個結(jié)構(gòu)逐漸密實的過程，平壓受載過程中不再出現(xiàn)塑性屈服現(xiàn)象。無塑性屈服的玻璃纖維無規(guī)則架構(gòu)夾芯材料改變了以往夾芯材料的通性，玻璃纖維無規(guī)則架構(gòu)夾芯材料的外觀形貌即使發(fā)生大變形仍能保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而不會像硬質(zhì)泡沫和蜂窩夾芯材料出現(xiàn)芯材內(nèi)部破碎或褶皺的現(xiàn)象，避免了硬質(zhì)泡沫和蜂窩夾芯材料在受載過程中由于變形而迅速坍塌破壞的弱點。
[0020](2)短切玻璃纖維束的空間架構(gòu)結(jié)構(gòu)中形成了無規(guī)則的多面體中空結(jié)構(gòu)，避免了蜂窩芯材容易進(jìn)水且不易排出的問題；也避免了在低溫情況下由于進(jìn)水被冰凍后發(fā)生膨脹使面板與芯材發(fā)生脫膠情況。
[0021](3)由于槳式、框式和筒式攪拌器在架構(gòu)成型過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的短切玻璃纖維束集束現(xiàn)象或短切玻璃纖維束折斷的現(xiàn)象，無法形成均相的空間立體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明使用了叉式攪拌器對短切玻璃纖維束進(jìn)行架構(gòu)，避免常規(guī)攪拌器易導(dǎo)致短切玻璃纖維束集束的問題，實現(xiàn)短切玻璃纖維束的空間架構(gòu)。
[0022]玻璃纖維無規(guī)則架構(gòu)夾芯材料突出的力學(xué)特性以及更為簡單易行的制造工藝，可以廣泛地使用到托盤、包裝箱、包裝襯底、建筑隔板、廣告牌以及活動板房等方面?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0023]圖1為玻璃纖維無規(guī)則架構(gòu)夾芯材料的結(jié)構(gòu)簡圖；其中1-上面板、2-無規(guī)則架構(gòu)的短切玻璃纖維束芯材、3-下面板；
[0024]圖2為圖1中2-無規(guī)則架構(gòu)的短切玻璃纖維束芯材的局部放大圖；其中4-短切玻璃纖維束；
[0025]圖3為實施例所制備的玻璃纖維無規(guī)則架構(gòu)夾芯材料的平壓載荷-形變圖?！揪唧w實施方式】
[0026]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，但是本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實施例表述的范圍。
[0027]實施例1
[0028]玻璃纖維無規(guī)則架構(gòu)夾芯材料的結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，將成型模具充分清洗，烘干后涂上脫模劑，將預(yù)制的上面板(I)和下面板(3)分別鋪覆在上下模具上；將300tex玻璃纖維束通過手工浸膠工藝充分浸潰不飽和聚酯樹脂膠液并纏繞在框型鋼架上，20°C下前固化2h，80°C下后固化lh，固化成型后將固化玻璃纖維束從框型鋼架上取下，最后將固化玻璃纖維束通過切割機(jī)切割成30_的短切玻璃纖維束；將切割后的短切玻璃纖維束與占短切玻璃纖維束質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 %的不飽和聚酯樹脂成型膠液體系混合，用四叉式攪拌器攪拌2min，轉(zhuǎn)速優(yōu)選30r/min，使得短切玻璃纖維束形成無規(guī)則的空間架構(gòu)結(jié)構(gòu)(如圖2所示)；然后將形成無規(guī)則空間架構(gòu)的短切玻璃纖維束置于下模具中，最后將鋪覆有上面板
(I)的上模具蓋在下模具上，放入烘箱中固化成型，固化溫度為80°C，固化壓力為IMPa，固化時間為lh，冷卻后脫去模具，制得玻璃纖維無規(guī)則架構(gòu)夾芯材料。其性能如圖3所示，表現(xiàn)出平壓不再出現(xiàn)塑性屈服現(xiàn)象，平壓載荷達(dá)到1.SOMPa0
[0029]實施例2
[0030]將成型模具充分清洗，烘干后涂上脫模劑，將預(yù)制的上面板(I)和下面板(3)分別鋪覆在上下模具上；將600teX玻璃纖維束通過沉浸式浸膠工藝充分浸潰不飽和聚酯樹脂膠液并纏繞在框型鋼架上，30°C下前固化lh，130°C下后固化2h，固化成型后將固化玻璃纖維束從框型鋼架上取下，最后將固化玻璃纖維束通過切割機(jī)切割成40mm的短切玻璃纖維束；將切割后的短切玻璃纖維束與占短切玻璃纖維束質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的不飽和聚酯樹脂成型膠液體系混合，用六叉式攪拌器攪拌5min，轉(zhuǎn)速優(yōu)選40r/min，使得短切玻璃纖維束形成無規(guī)則的空間架構(gòu)結(jié)構(gòu)；然后將形成無規(guī)則空間架構(gòu)的短切玻璃纖維束置于下模具中，最后將鋪覆有上面板(I)的上模具蓋在下模具上，放入烘箱中固化成型，固化溫度為100°C，固化壓力為1.5MPa，固化時間為2h，冷卻后脫去模具，制得玻璃纖維無規(guī)則架構(gòu)夾芯材料。其性能同樣表現(xiàn)為平壓不再出現(xiàn)塑性屈服現(xiàn)象，平壓載荷達(dá)到2.52Mpa。
[0031]實施例3
[0032]將成型模具充分清洗，烘干后涂上脫模劑，將預(yù)制的上面板(I)和下面板(3)分別鋪覆在上下模具上；將900teX玻璃玻璃纖維束通過直立式浸膠工藝充分浸潰不飽和聚酯樹脂膠液并纏繞在框型鋼架上，30°C下前固化lh，80°C下后固化lh，固化成型后將固化玻璃纖維束從框型鋼架上取下，最后將固化玻璃纖維束通過切割機(jī)切割成50mm的短切玻璃纖維束；將切割后的短切玻璃纖維束與占短切玻璃纖維束質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的不飽和聚酯樹脂成型膠液體系混合，用八叉式攪拌器攪拌lOmin，轉(zhuǎn)速優(yōu)選30r/min，使得短切玻璃纖維束形成無規(guī)則的空間架構(gòu)結(jié)構(gòu)；然后將形成無規(guī)則空間架構(gòu)的短切玻璃纖維束置于下模具中，最后將鋪覆有上面板(I)的上模具蓋在下模具上，放入烘箱中固化成型，固化溫度為130°C，固化壓力為2MPa，固化時間為3h，冷卻后脫去模具，制得玻璃纖維無規(guī)則架構(gòu)夾芯材料。其性能同樣表現(xiàn)為平壓不再出現(xiàn)塑性屈服現(xiàn)象，平壓載荷達(dá)到3.74MPa。
[0033]實施例4
[0034]將成型模具充分清洗，烘干后涂上脫模劑，將預(yù)制的上面板(I)和下面板(3)分別鋪覆在上下模具上；將300teX玻璃纖維束通過手工式浸膠工藝充分浸潰環(huán)氧樹脂膠液并纏繞在框型鋼架上，20°C下前固化2h，100°C下后固化2h，固化成型后將固化玻璃纖維束從框型鋼架上取下，最后將固化玻璃纖維束通過切割機(jī)切割成60_的短切玻璃纖維束；將切割后的短切玻璃纖維束與占短切玻璃纖維束質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的環(huán)氧樹脂成型膠液體系混合，用四叉式攪拌器攪拌2min，轉(zhuǎn)速優(yōu)選30r/min，使得短切玻璃纖維束形成無規(guī)則的空間架構(gòu)結(jié)構(gòu)；然后將形成無規(guī)則空間架構(gòu)的短切玻璃纖維束置于下模具中，最后將鋪覆有上面板(I)的上模具蓋在下模具上，放入烘箱中固化成型，固化溫度為130°C，固化壓力為IMPa，固化時間為lh，冷卻后脫去模具，制得玻璃纖維無規(guī)則架構(gòu)夾芯材料。其性能同樣表現(xiàn)為平壓不再出現(xiàn)塑性屈服現(xiàn)象，平壓載荷達(dá)到4.96MPa。
[0035]實施例5
[0036]將成型模具充分清洗，烘干后涂上脫模劑，將預(yù)制的上面板(I)和下面板(3)分別鋪覆在上下模具上；將600teX玻璃纖維束通過沉浸式浸膠工藝充分浸潰環(huán)氧樹脂膠液并纏繞在框型鋼架上，30°C下前固化2h，130°C下后固化lh，固化成型后將固化玻璃纖維束從框型鋼架上取下，最后將固化玻璃纖維束通過切割機(jī)切割成70_的短切玻璃纖維束；將切割后的短切玻璃纖維束與占短切玻璃纖維束質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的環(huán)氧樹脂成型膠液體系混合，用六叉式攪拌器攪拌5min,轉(zhuǎn)速優(yōu)選30r/min,使得短切玻璃纖維束形成無規(guī)則的空間架構(gòu)結(jié)構(gòu)；然后將形成無規(guī)則空間架構(gòu)的短切玻璃纖維束置于下模具中，最后將鋪覆有上面板(I)的上模具蓋在下模具上，放入烘箱中固化成型，固化溫度為150°C，固化壓力為
1.5MPa，固化時間為2h，冷卻后脫去模具，制得玻璃纖維無規(guī)則架構(gòu)夾芯材料。其性能同樣表現(xiàn)為平壓不再出現(xiàn)塑性屈服現(xiàn)象，平壓載荷達(dá)到7.32MPa。
[0037]實施例6
[0038]將成型模具充分清洗，烘干后涂上脫模劑，將預(yù)制的上面板(I)和下面板(3)分別鋪覆在上下模具上；將900teX玻璃纖維束通過直立式浸膠工藝充分浸潰環(huán)氧樹脂膠液并纏繞在框型鋼架上，30°C下前固化2h，150°C下后固化lh，固化成型后將固化玻璃纖維束從框型鋼架上取下，最后將固化玻璃纖維束通過切割機(jī)切割成80mm的短切玻璃纖維束；將切割后的短切玻璃纖維束與占短切玻璃纖維束質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的環(huán)氧樹脂成型膠液體系混合，用八叉式攪拌器攪拌IOmin,轉(zhuǎn)速優(yōu)選40r/min,使得短切玻璃纖維束形成無規(guī)則的空間架構(gòu)結(jié)構(gòu)；然后將形成無規(guī)則空間架構(gòu)的短切玻璃纖維束置于下模具中，最后將鋪覆有上面板(I)的上模具蓋在下模具上，放入烘箱中固化成型，固化溫度為150°C，固化壓力為2MPa，固化時間為3h，冷卻后脫去模具，制得玻璃纖維無規(guī)則架構(gòu)夾芯材料。其性能同樣表現(xiàn)為平壓不再出現(xiàn)塑性屈服現(xiàn)象，平壓載荷達(dá)到9.64MPa。
[0039]上述僅為本發(fā)明的優(yōu)選具體實施例，但本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對本發(fā)明進(jìn)行非實質(zhì)性的改動，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護(hù)的范圍的行為。但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何形式的簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種玻璃纖維無規(guī)則架構(gòu)夾芯材料，其特征在于上面板(I)、下面板(3)和無規(guī)則架構(gòu)的短切玻璃纖維束芯材(2)構(gòu)成，其中無規(guī)則架構(gòu)的短切玻璃纖維束芯材(2)置于上面板(I)、下面板(3)之間；無規(guī)則架構(gòu)的短切玻璃纖維束芯材(2)由短切玻璃纖維束(4)以不同角度相互搭接形成了無規(guī)則的多面體中空結(jié)構(gòu)，并與上面板(I)和下面板(3)固接。
2.一種制備如權(quán)利要求1所述的玻璃纖維無規(guī)則架構(gòu)夾芯材料的方法，其具體步驟如下: (1)模具準(zhǔn)備:將成型模具充分清洗，烘干后涂上脫模劑，將預(yù)制的上面板(I)和下面板(3)分別鋪覆在上下模具上； (2)短切玻璃纖維束的制備:將玻璃纖維束通過浸膠工藝充分浸潰樹脂膠液并纏繞在框型鋼架上，玻璃纖維束固化后將固化玻璃纖維束從框型鋼架上取下，最后將固化玻璃纖維束通過切割機(jī)切割成短切玻璃纖維束； (3)短切玻璃纖維束的架構(gòu):將切割后的短切玻璃纖維束與成型膠液體系混合，用叉式攪拌器攪拌，使得短切玻璃纖維束形成無規(guī)則的空間架構(gòu)結(jié)構(gòu)； (4)夾芯材料的固化成型:將形成無規(guī)則空間架構(gòu)的短切玻璃纖維束置于下模具中，最后將鋪覆有上面板(I)的上模具蓋在下模具上，放入烘箱中固化成型，冷卻后脫去模具，制得玻璃纖維無規(guī)則架構(gòu)夾芯材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟(2)中玻璃纖維束固化機(jī)制包括常溫前固化和加熱后固化；其中常溫前固化溫度控制在20?30°C，時間控制在I?2h ;加熱后固化溫度控制在80?150°C，時間控制在I?3h。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述步驟(2)中割成短切玻璃纖維束的長度為30?80mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述步驟(3)中所使用的成型膠液質(zhì)量占短切玻璃纖維束質(zhì)量的10?20%。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述步驟(3)中所使用的叉式攪拌器，攪拌方式為單向間歇旋轉(zhuǎn)式，叉式攪拌器的轉(zhuǎn)速為30?40r/min,攪拌時間為2?lOmin。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述步驟(4)中固化成型的固化溫度為80?150°C，固化壓力為I?2MPa，固化時間為I?3h。
【文檔編號】B32B38/16GK103978749SQ201410214796
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】王曉鈞, 沈亞祺, 代寶瑩 申請人:南京工業(yè)大學(xué)