一種基于可降解蠶絲的車(chē)用輕質(zhì)點(diǎn)陣材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料及汽車(chē)輕量化領(lǐng)域，尤其涉及一種基于可降解蠶絲的車(chē)用輕質(zhì)點(diǎn)陣材料及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自然界中廣泛存在著低密度多孔材料及結(jié)構(gòu)，如珊瑚、蜂窩等。隨著材料制備工藝的逐漸發(fā)展以及人們對(duì)輕量化的需求，輕質(zhì)點(diǎn)陣材料迅速發(fā)展起來(lái)，并逐漸應(yīng)用于包括航空航天、汽車(chē)、航海等在內(nèi)的各個(gè)領(lǐng)域。輕質(zhì)點(diǎn)陣材料的高孔隙率及復(fù)雜多變的結(jié)構(gòu)使其具有許多優(yōu)異的性能:(1)密度低、比強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)性能好，可用于汽車(chē)車(chē)身、飛機(jī)機(jī)身等既需減輕質(zhì)量又要求高強(qiáng)度的部件；(2)散熱、隔熱性能優(yōu)良，可用于汽車(chē)油箱、發(fā)動(dòng)機(jī)罩等對(duì)散熱、隔熱性能要求高的部件；(3)吸聲效果好，可用于劇院、大樓外墻等對(duì)吸聲要求高的場(chǎng)所。
[0003]不同于泡沫材料，點(diǎn)陣材料為微結(jié)構(gòu)有序的多孔材料?，F(xiàn)有的點(diǎn)陣材料根據(jù)其結(jié)構(gòu)類(lèi)型的不同可以分為二維點(diǎn)陣材料和三維點(diǎn)陣材料，其中，二維點(diǎn)陣材料主要指不同形狀的多邊形在平面內(nèi)排布，在垂直平面的第三方向拉伸形成管狀棱柱，蜂窩材料即為常見(jiàn)的二維點(diǎn)陣材料；三維點(diǎn)陣材料則是大量的桿、板等在空間中按一定的重復(fù)規(guī)則構(gòu)成的桁架結(jié)構(gòu)。
[0004]對(duì)于點(diǎn)陣材料而言，所選用的材料和結(jié)構(gòu)不僅影響點(diǎn)陣材料的制備工藝和制造成本，而且還決定了最終點(diǎn)陣材料的性能和應(yīng)用范圍。目前比較常見(jiàn)的點(diǎn)陣材料有點(diǎn)陣金屬材料以及點(diǎn)陣復(fù)合材料等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于可降解蠶絲的車(chē)用輕質(zhì)點(diǎn)陣材料及制備方法，不僅可以實(shí)現(xiàn)低密度、高比強(qiáng)度、吸聲效果好的優(yōu)異性能，還能提高所制備材料的可降解性，從而符合當(dāng)今社會(huì)環(huán)保與生態(tài)的主題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
[0006]本發(fā)明基于現(xiàn)有三維點(diǎn)陣材料結(jié)構(gòu)及熱膨脹模塑成型的制備工藝，利用生物材料蠶絲纖維代替碳纖維，可降解樹(shù)脂代替橡膠，在發(fā)展點(diǎn)陣材料的優(yōu)良特性同時(shí)，利用蠶絲纖維的優(yōu)異力學(xué)性能和作為生物材料的可降解性能，實(shí)現(xiàn)可降解車(chē)用點(diǎn)陣材料的設(shè)計(jì)。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明主要由三部分組成:可降解樹(shù)脂內(nèi)芯、包裹在可降解樹(shù)脂內(nèi)芯外的結(jié)構(gòu)中混雜桿件的蠶絲纖維外殼，及位于結(jié)構(gòu)中混雜桿件的蠶絲纖維外殼兩端的蠶絲纖維板。
[0009]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中混雜桿件的蠶絲纖維外殼采用最常見(jiàn)的野蠶蠶繭殼，其厚度為0.4-0.6_，為多層結(jié)構(gòu)，每一層的蠶絲纖維排布在縱向、45°方向及橫向具有各向異性。實(shí)驗(yàn)表明，野蠶蠶繭材料本身便具有優(yōu)異沖擊防護(hù)性能，而烘干后的野蠶蠶繭殼比未烘干的野蠶蠶繭殼具有更優(yōu)異的力學(xué)性能，同時(shí)野蠶蠶繭殼來(lái)源廣泛，可降低該輕質(zhì)點(diǎn)陣材料的制造材料成本，除此之外，作為生物高分子材料，蠶絲纖維外殼具有可降解性，使得該輕質(zhì)點(diǎn)陣材料綠色環(huán)保，應(yīng)用前景廣泛。
[0010]本發(fā)明的可降解樹(shù)脂內(nèi)芯是在現(xiàn)有樹(shù)脂的合成過(guò)程中通過(guò)在基體中加入光敏劑所得到的光降解材料。加入光敏劑后，合成樹(shù)脂會(huì)在陽(yáng)光的照耀下誘發(fā)光降解反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)樹(shù)脂的可降解性。目前常用的光降解引發(fā)劑有鹵化物、羥基化合物以及酯等聚合物。將可降解樹(shù)脂內(nèi)芯制成均勻的棒狀，有利于混雜桿件的制備和熱膨脹模塑工藝的實(shí)現(xiàn)。
[0011]本發(fā)明的蠶絲纖維板根據(jù)厚度要求可由一層或多層蠶繭殼粘接制成，由于單個(gè)野蠶蠶繭殼的大小有限，因此考慮將多個(gè)野蠶蠶繭殼粘接在一起制成蠶絲纖維板，用于固化后粘接在脫模所得結(jié)構(gòu)頂層及底層。
[0012]本發(fā)明的原理:
[0013](I)可降解蠶絲纖維的應(yīng)用
[0014]利用蠶絲纖維代替現(xiàn)有碳纖維，發(fā)揮蠶絲纖維的低密度、高比強(qiáng)度及可降解的生物材料等優(yōu)異特性，同時(shí)，由于烘干后的野蠶蠶繭具有更加優(yōu)異的力學(xué)性能，而制備工藝中在烤箱中固化的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)蠶繭材料的烘干，從而進(jìn)一步優(yōu)化所制備車(chē)用輕質(zhì)點(diǎn)陣材料的性能。
[0015](2)可降解樹(shù)脂內(nèi)芯的合成
[0016]隨著環(huán)境的逐漸惡化，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注材料的可降解性，希望能夠?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，因此利用可降解樹(shù)脂內(nèi)芯替代不可降解樹(shù)脂具有重要的意義。本發(fā)明通過(guò)在合成樹(shù)脂過(guò)程中在基體中添加乙?；猁}等光降解引發(fā)劑實(shí)現(xiàn)其可降解性。在該車(chē)用輕質(zhì)點(diǎn)陣材料正常使用時(shí)，由于可降解樹(shù)脂內(nèi)芯外有蠶絲纖維表層嚴(yán)密地包裹，不會(huì)或極少誘發(fā)光降解反應(yīng)；而在材料報(bào)廢后，去除表層蠶絲纖維后在光照下即可誘發(fā)光降解反應(yīng)，從而在不影響材料使用的同時(shí)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
[0017](3)熱膨脹模塑成型的制備工藝
[0018]運(yùn)用現(xiàn)有熱膨脹模塑成型的制備工藝完成新型可降解車(chē)用點(diǎn)陣材料的制備:
[0019](31)在棒狀可降解樹(shù)脂材料外包裹蠶絲纖維表層制成混雜桿件并插入模具中，留出5-6_高于模具表面；
[0020](32)進(jìn)行面板的鋪放，并將上述混雜桿件各端的預(yù)浸料埋入到預(yù)先設(shè)有孔槽的面板中；
[0021](33)置于烤箱中在120_130°C條件下烘烤2_3h，完成固化；
[0022](34)完成脫模，并在頂層和底層粘接預(yù)先設(shè)計(jì)好的實(shí)體蠶絲纖維板。
[0023](4)蠶絲纖維板的制備
[0024]由于單個(gè)野蠶蠶繭繭殼的厚度和大小往往不滿(mǎn)足蠶絲纖維板的要求，因此本發(fā)明采用多個(gè)野蠶蠶繭繭殼粘接的原理，得到符合要求的蠶絲纖維板。由于制備時(shí)采用將芯層穿插在面板中整體成型固化，所以無(wú)需考慮面板和點(diǎn)陣混雜桿件的連接問(wèn)題。
[0025]本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)特征在于:
[0026](I)采用可降解的蠶絲纖維和可降解樹(shù)脂代替現(xiàn)有碳纖維及不可降解樹(shù)脂；
[0027](2)可降解樹(shù)脂內(nèi)芯采用在基體中添加乙?；猁}等光降解引發(fā)劑制成；
[0028](3)蠶絲纖維板由多個(gè)野蠶蠶繭粘接而成；
[0029](4)在現(xiàn)有熱膨脹模塑成型的制備工