具有高壓縮強(qiáng)度的樹(shù)脂涂覆的金屬蜂窩結(jié)構(gòu)及由其制成的制品的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及具有改善壓縮強(qiáng)度的金屬蜂窩結(jié)構(gòu)或折疊芯。所述芯包括涂覆有基體樹(shù)脂的金屬箔，其中所述樹(shù)脂占所述樹(shù)脂加箔的總重量的至少20重量％。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有高壓縮強(qiáng)度的樹(shù)脂涂覆的金屬蜂窩結(jié)構(gòu)及由其制成的 制品 【背景技術(shù)】 技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及由金屬箱制成的高壓縮強(qiáng)度結(jié)構(gòu)芯。
[0002] 相關(guān)領(lǐng)域描述
[0003] 由鋁箱或其它金屬箱制成的用于復(fù)合夾心板的芯結(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，但主要用于航空和地面運(yùn)輸中，其中強(qiáng)度與重量或者硬度與重量的比 率具有高的值。傳統(tǒng)上此類(lèi)金屬蜂窩結(jié)構(gòu)已經(jīng)通過(guò)擴(kuò)展或起皺方法進(jìn)行制備。樹(shù)脂在此類(lèi) 芯中僅有的用途是用于將薄片粘結(jié)在一起(節(jié)線(xiàn)粘合劑)或?yàn)榻饘俦∑峁┍《p的抗腐 蝕保護(hù)性涂層。金屬蜂窩結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能的改善多數(shù)情況下通過(guò)由減小單元尺寸來(lái)提高蜂 窩結(jié)構(gòu)的密度、或利用較厚的箱、或上述兩種方法的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，金屬蜂窩結(jié)構(gòu)的壓 縮強(qiáng)度仍低于相同單元尺寸和密度的非金屬蜂窩結(jié)構(gòu)的壓縮強(qiáng)度。
[0004] 需要進(jìn)一步改善金屬芯結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能、具體地講壓縮強(qiáng)度。
[0005] 還需要增強(qiáng)金屬芯結(jié)構(gòu)的電阻，尤其在它們與導(dǎo)電面板一起使用的情況下更是如 此。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明涉及包括多個(gè)互連壁的蜂窩結(jié)構(gòu)，所述壁具有限定多個(gè)蜂窩結(jié)構(gòu)單元的表 面，其中所述單元壁是涂覆有基體樹(shù)脂的金屬箱，其中樹(shù)脂占樹(shù)脂加箱的總重量的至少20 重量％。本發(fā)明還涉及復(fù)合夾心板，其包括涂覆有基體樹(shù)脂的樹(shù)脂涂覆的金屬芯和附接到 芯的至少一個(gè)外表面的至少一個(gè)面板。 【附圖說(shuō)明】
[0007] 圖la和圖lb為六邊形形狀的蜂窩結(jié)構(gòu)的視圖的示意圖。
[0008] 圖2表示出了六邊形單元形狀的蜂窩結(jié)構(gòu)的另一個(gè)視圖的示意圖。
[0009] 圖3為具有面板的蜂窩結(jié)構(gòu)的圖例。
[0010] 圖4為折疊芯結(jié)構(gòu)的透視圖。 【具體實(shí)施方式】
[0011]
[0012] 優(yōu)選地，本發(fā)明的芯是蜂窩結(jié)構(gòu)芯，但是其它芯結(jié)構(gòu)諸如折疊芯也可用于本發(fā)明。 芯的金屬箱可由鋁、不銹鋼、或者其它金屬或這些金屬的合金制成。合適的鋁箱類(lèi)型包括等 級(jí)3003、5052和5056。在施用涂覆樹(shù)脂之前，可清潔和/或蝕刻箱。也可施用底漆涂層。
[0013] 圖la為本發(fā)明的一個(gè)蜂窩結(jié)構(gòu)1的平面圖示意圖，其示出了由單元壁3形成的單元 2。圖lb為圖la中所示蜂窩結(jié)構(gòu)的正視圖，其示出了在單元壁的兩端形成的兩個(gè)外表面或面 4。芯也具有邊緣5。圖2是蜂窩結(jié)構(gòu)的三維視圖。示出了具有六邊形單元2和單元壁3的蜂窩 結(jié)構(gòu)1。圖2中示出了蜂窩結(jié)構(gòu)的"T"尺度或厚度。示出了六邊形單元;然而，其它幾何排列也 是可能的，其中正方形單元、過(guò)度擴(kuò)展單元和彎曲芯單元是最常見(jiàn)的可能排列。此類(lèi)單元類(lèi) 型在本領(lǐng)域中是熟知的，有關(guān)可能的幾何單元類(lèi)型的其它信息，可參考Honeycomb 丁6(：]111〇1〇87(1'.13;^261'著，〇1&卩1]1&11&]^11出版社，1997年） 。
[0014] 用于將金屬箱轉(zhuǎn)化成蜂窩結(jié)構(gòu)芯的方法是本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的并且包括擴(kuò) 展和起皺。擴(kuò)展方法尤其良好地適用于由薄箱制成的芯。在ASM International在1988年的 Engineered Materials Handbook的第721頁(yè)，第1卷的Composites中對(duì)此類(lèi)方法進(jìn)一步進(jìn) 行了詳細(xì)說(shuō)明。在形成蜂窩結(jié)構(gòu)之前或之后，可用基體樹(shù)脂涂覆箱。芯的最終機(jī)械強(qiáng)度是若 干因素組合的結(jié)果。主要促成因素是箱類(lèi)型和厚度、單元尺寸、以及最終芯密度，諸如用樹(shù) 脂涂覆后的芯密度。單元尺寸是蜂結(jié)構(gòu)芯的單元內(nèi)的內(nèi)切圓直徑。就金屬箱芯而言，典型的 單元尺寸在1/8" -1/4"（3.2mm-6.2mm)的范圍內(nèi)，但是其它尺寸也是可能的。典型的最終芯 密度在38-96kg/m3的范圍內(nèi)。
[0015] 折疊芯是由比較薄的平面片材料折疊而成的折疊幾何圖案的3-維結(jié)構(gòu)。此類(lèi)折疊 或棋盤(pán)格狀片結(jié)構(gòu)在美國(guó)專(zhuān)利6,935,997 B2和6,800,351 B1中有所論述。山形是用于三維 折疊芯結(jié)構(gòu)的常見(jiàn)圖案。折疊芯結(jié)構(gòu)不同于蜂窩結(jié)構(gòu)芯結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的折疊結(jié)構(gòu)是美國(guó)專(zhuān)利 申請(qǐng)?zhí)?，913，570 B2和美國(guó)專(zhuān)利公布號(hào)2010/0048078中所述的類(lèi)型。
[0016] 基體樹(shù)脂
[0017] 用于涂覆箱的基體樹(shù)脂可為任何合適的樹(shù)脂，包括但不限于酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、 丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂、聚苯并噁嗪樹(shù)脂、聚醚酰亞胺樹(shù)脂、以及它們的混合物。 United States Military Specification MIL-R-9299C規(guī)定了典型的樹(shù)脂特性。樹(shù)脂也可 包含增強(qiáng)成品芯性能或?yàn)槠涮峁└郊庸δ艿钠渌牧?。示例包括熱塑性增韌劑和纖維，諸 如具有小于1微米的主要尺寸的納米纖維。
[0018] 優(yōu)選地，樹(shù)脂涂層以使得樹(shù)脂占樹(shù)脂加箱的總重量的20重量％的量存在。在一些 實(shí)施方案中，樹(shù)脂涂層以樹(shù)脂加箱的總重量的20至70重量％的量存在。在一些實(shí)施方案中， 樹(shù)脂涂層以樹(shù)脂加箱的總重量的20至40重量％，或者甚至40至70重量％的量存在。
[0019] 復(fù)合板
[0020] 在一些實(shí)施方案中，復(fù)合夾心板包括如上所述涂覆有基體樹(shù)脂的金屬蜂窩結(jié)構(gòu)芯 和附接到芯的至少一個(gè)外表面的至少一個(gè)面板。優(yōu)選地，至少一個(gè)面板附接到芯的兩個(gè)外 表面。
[0021] 圖3示出由蜂窩結(jié)構(gòu)芯6與面板7和8裝配成的結(jié)構(gòu)用復(fù)合夾心板5,其中兩個(gè)面板 附接到芯的兩個(gè)外表面。雖然也可利用金屬或塑料面板，但優(yōu)選的面板材料是預(yù)浸料坯，即 用熱固性樹(shù)脂或熱塑性樹(shù)脂浸漬的纖維片。在具有金屬面板的情況下，并且在一些環(huán)境中 使用預(yù)浸料坯和塑料面板，還使用粘合劑膜9。通常在芯的兩側(cè)上均存在至少兩個(gè)預(yù)浸料坯 面板。
[0022] 預(yù)浸料坯的增強(qiáng)纖維通常為碳、玻璃、芳族聚酰胺或這些纖維的組合。增強(qiáng)纖維可 以織造織物、非織造織物或單向織物的形式提供。
[0023] 測(cè)試方法
[0024] 芯密度根據(jù)ASTM C 271進(jìn)行測(cè)量。
[0025] 芯的壓縮強(qiáng)度根據(jù)ASTM C 365進(jìn)行測(cè)量。
[0026] 通過(guò)制備7.6cmX 7.6cm的夾心結(jié)構(gòu)來(lái)測(cè)量電阻，夾心結(jié)構(gòu)中178gsm，0.02mm厚的 不銹鋼鋼板被粘結(jié)到1.5cm厚的芯片。穿過(guò)板的電阻通過(guò)將萬(wàn)用表的接觸式探頭置于每個(gè) 鋼板上進(jìn)行測(cè)量。
[0027] 實(shí)施例
[0028] 比較例A
[0029] ECM 4，8-77型錯(cuò)芯片可購(gòu)自Euro-Composites，Echternach，Luxembourg。該芯片 為155mm厚，具有4.8mm的單元尺寸和9 lkg/m3的密度。接收時(shí)測(cè)試該芯的壓縮強(qiáng)度，結(jié)果如 表1所示。
[0030] 實(shí)施例1
[0031]比較例A的芯用丙酮處理、干燥、然后浸沒(méi)在70°C的鉻酸溶液中10分鐘進(jìn)行處理， 用水徹底沖洗并干燥。然后將干燥的芯浸入〇?'<4450051^8丨-8已丁^酚醛樹(shù)脂溶液中，該 樹(shù)脂由Georgia-Pacific Resins，Inc.，Decatur，GA供應(yīng)。在浸入樹(shù)脂后，將芯進(jìn)行加熱處 理以固化樹(shù)脂，該處理利用一個(gè)82 °C下15分鐘，121°C下15分鐘，和182 °C下60分鐘的分步固 化循環(huán)。在第二次浸入過(guò)程中翻轉(zhuǎn)芯片再次重復(fù)該浸入及固化步驟。在最終蜂窩結(jié)構(gòu)芯中 的樹(shù)脂含量為芯加樹(shù)脂總重量的21重量％。重復(fù)進(jìn)行壓縮測(cè)試并且結(jié)果如表1所示。
[0032] ^1；
[0034] 從表中可看出加入21重量％的酚醛樹(shù)脂作為鋁蜂窩結(jié)構(gòu)芯的涂層將芯的比壓縮 強(qiáng)度(壓縮強(qiáng)度對(duì)芯密度的比率)提高了 16%-從48.6提高至56.21^&/(1^/1113)。令人驚訝地 是，就增強(qiáng)芯的壓縮強(qiáng)度而言，加入基體樹(shù)脂涂層是比僅通過(guò)優(yōu)化金屬箱來(lái)開(kāi)發(fā)這一特性 更有效的工具。
[0035] 測(cè)試夾心板的電阻對(duì)于未涂覆的芯為0.2歐姆，并且對(duì)于樹(shù)脂涂覆的芯為0.6歐 姆，從而展示了由樹(shù)脂涂覆的金屬芯提供的降低電導(dǎo)率(提高電阻）的附加有益效果。就減 少夾心板中不期望的電偶腐蝕而言，這是一個(gè)有吸引力的特性，該夾心板包括金屬芯和導(dǎo) 電面板諸如金屬面板或碳面板。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種包括多個(gè)互連壁的蜂窩結(jié)構(gòu)，所述互連壁具有限定多個(gè)蜂窩結(jié)構(gòu)單元的表面， 其中所述單元壁為涂覆有基體樹(shù)脂的金屬箱，其中所述樹(shù)脂占所述樹(shù)脂加箱的總重量的至 少20重量％。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蜂窩結(jié)構(gòu)，其中所述金屬箱為鋁或鋁合金。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蜂窩結(jié)構(gòu)，其中基體樹(shù)脂涂層為酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸 類(lèi)樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂、聚苯并噁嗪樹(shù)脂、聚醚酰亞胺樹(shù)脂或它們的混合物。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蜂窩結(jié)構(gòu)，其中基體樹(shù)脂涂層還包含添加劑，所述添加劑具有 小于1微米的主要尺寸。5. -種復(fù)合夾心板，其包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬蜂窩結(jié)構(gòu)芯和附接至所述芯的 至少一個(gè)外表面的至少一個(gè)面板。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的板，其中所述面板包括經(jīng)樹(shù)脂浸漬的纖維、塑料或金屬。7. -種包括由基材制成的多個(gè)折疊配置的折疊芯，其中所述基材還包括涂覆有基體樹(shù) 脂的金屬箱，所述樹(shù)脂占所述樹(shù)脂加箱的總重量的至少20重量％。8. -種復(fù)合夾心板，其包括根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬折疊芯和附接至所述芯的至少 一個(gè)外表面的至少一個(gè)面板。
【文檔編號(hào)】E04C2/36GK105899624SQ201580003766
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2015年1月7日
【發(fā)明人】M.R.勒維特, 王健
【申請(qǐng)人】納幕爾杜邦公司