本發(fā)明屬于復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種水溶性酚醛樹脂蜂窩芯材的制備方法，用于制備夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。

背景技術(shù)：

樹脂基夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料用蜂窩芯材主要有鋁蜂窩芯材、芳綸紙蜂窩芯材和玻璃布蜂窩芯材3大類，其中鋁蜂窩芯材可由鋁箔經(jīng)輥壓或者沖壓成波紋狀后，經(jīng)疊合膠接而成，也可先在鋁箔上涂印膠條，通過拉伸法制造。鋁蜂窩的成本較低，在早期的航空航天領(lǐng)域得到了大量的應(yīng)用，但在使用過程中發(fā)現(xiàn)，鋁蜂窩在與復(fù)合材料面板結(jié)合后極易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，透波性能差，先已逐漸被芳綸紙蜂窩取代。芳綸紙蜂窩因具有比強(qiáng)度高、比模量大、質(zhì)量輕、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天領(lǐng)域，尤其是飛機(jī)機(jī)體次承力件和內(nèi)飾件等方面得到了廣泛的應(yīng)用，芳綸紙蜂窩由芳綸紙、芯條膠和浸漬樹脂制作而成，但芳綸紙蜂窩的制造成本較高，很難在民用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的：提出一種綠色環(huán)保的水溶性酚醛樹脂蜂窩芯材的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：由植物纖維紙依次進(jìn)行涂膠壓制、拉伸定型、浸膠固化、阻燃處理和片切加工5步處理工藝，按以下方法制備而成：

(1)涂膠壓制：在植物纖維紙的表面涂上芯條膠，然后將多層涂膠后的對位芳綸紙錯(cuò)層疊合，最后按芯條膠的固化工藝?yán)脽釅簷C(jī)熱壓，制得蜂窩疊板，芯條膠為中溫固化環(huán)氧膠粘劑，涂膠粘度范圍是10s/50ml-50s/50ml，熱壓工藝為50-90℃下預(yù)熱20-60min，然后在100-180℃下固化3-8h，熱壓壓力為0.2-0.8mpa；

(2)拉伸定型：將蜂窩疊板在水中浸泡10-90min后進(jìn)行拉伸，當(dāng)蜂窩孔格達(dá)到工藝要求的尺寸后，將拉伸后的蜂窩放入烘箱中定型，定型處理過程中，首先在60-90℃下對拉伸后的蜂窩進(jìn)行除水20-90min，隨后控制溫度在100-180℃，保溫60min-240min，制得未浸膠蜂窩塊；

(3)浸膠固化：將水加入水溶性酚醛樹脂中，攪拌均勻后對未浸膠蜂窩塊進(jìn)行浸膠處理，所述浸漬樹脂包括水溶性酚醛樹脂和溶劑水，水溶性酚醛樹脂的質(zhì)量為浸漬膠液總質(zhì)量的10％-50％，浸膠時(shí)間為10min-60min，浸膠次數(shù)為1-8次，每次浸膠后，需要在50-80℃烘箱中預(yù)熱20-40min，然后在100-160℃下烘干10-60min，完成最后一次浸膠后，在130-180℃下固化90-240min；

(4)阻燃處理：阻燃劑為磷氮類阻燃劑，阻燃處理處理的方式為，將阻燃劑加入在拉伸定型過程中用于浸泡蜂窩疊板的水中，或在浸膠固化過程中將阻燃劑加入浸漬樹脂中，阻燃劑在水或浸漬樹脂中的質(zhì)量百分比為2％-10％；

(5)片切加工：將經(jīng)過阻燃處理并固化后的水溶性酚醛樹脂蜂窩塊在蜂窩專用片切機(jī)上加工成設(shè)計(jì)高度的蜂窩芯材，加工過程中用壓縮空氣對加工刀具進(jìn)行降溫處理。

在步驟1)中，所述植物纖維紙是由木纖維、麻纖維、竹纖維、聚酯纖維、芳綸纖維等材料中的一種或者幾種制備而成，植物纖維紙的面密度為30-80g/m2。

在步驟1)中，所述芯條膠為中溫固化環(huán)氧膠粘劑，涂膠粘度范圍是15s/50ml-40s/50ml。

在步驟1)中，壓制時(shí)，首先在60-80℃下預(yù)熱30-50min，然后在105-165℃下固化3-6h，熱壓壓力為0.3-0.6mpa。

在步驟2)中，在拉伸前，需要將蜂窩疊板放入水中進(jìn)行浸泡，以軟化蜂窩疊板，降低拉伸過程中的內(nèi)應(yīng)力，浸泡時(shí)間為20-60min。

在步驟2)中，蜂窩塊的定型處理方法：首先在70-90℃下對未浸膠蜂窩塊進(jìn)行除水30-60min，隨后控制溫度在120-175℃，保溫90min-180min。

在步驟3)中，所述浸漬樹脂包括水溶性酚醛樹脂和溶劑水；其中，所述水溶性酚醛樹脂的質(zhì)量為浸漬膠液總質(zhì)量的15％-45％。

在步驟3)中，浸膠時(shí)間為15min-50min，浸膠次數(shù)為1-4次。

在步驟3)中，每次浸膠后，在65-75℃烘箱中預(yù)熱20-40min，然后在120-140℃下烘干10-40min，最后一次浸膠后，在130-160℃下固化90-180min。

所述的水溶性酚醛樹脂為中溫固化樹脂，溶劑為水，樹脂原膠液的固含量為35％-65％。

所述的阻燃劑為磷氮系列阻燃劑，該阻燃劑易溶于水，阻燃劑在溶液中的質(zhì)量百分比為3％-8％。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，

(1)本發(fā)明針對傳統(tǒng)芳綸紙蜂窩芯材材料成本高，制造過程中溶劑用量大，易污染環(huán)境并對人體存在一定危害等缺點(diǎn)，提出一種水溶性酚醛樹脂蜂窩芯材及其制備技術(shù)，所用增強(qiáng)材料為植物纖維紙，原材料可再生，浸漬樹脂以水為溶劑，對環(huán)境污染小。將植物纖維紙未浸膠蜂窩塊經(jīng)過阻燃處理和浸膠固化后，制備得到高性能水溶性酚醛樹脂蜂窩芯材。

(2)本發(fā)明針對傳統(tǒng)鋁蜂窩芯材制備過程中陽極化處理對環(huán)境污染大的缺點(diǎn)，提出一種水溶性酚醛樹脂蜂窩芯材及其制備技術(shù)，所用增強(qiáng)材料為植物纖維紙，原材料可再生，浸漬樹脂以水為溶劑，對環(huán)境污染小。將植物纖維紙未浸膠蜂窩塊經(jīng)過阻燃處理和浸膠固化后，制備得到高性價(jià)比的水溶性酚醛樹脂蜂窩芯材。

(3)拓展水溶性酚醛樹脂蜂窩的應(yīng)用領(lǐng)域，制備出綠色環(huán)保的蜂窩芯材及其夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。

(4)制備一種水溶性酚醛樹脂蜂窩芯材，相較于芳綸紙蜂窩芯材和鋁蜂窩芯材，制備過程中不需要有機(jī)溶劑，也不需要陽極化處理，且材料成本和制造成本較低，可拓寬蜂窩夾層結(jié)構(gòu)在飛機(jī)內(nèi)飾、高鐵、汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用，發(fā)展低碳環(huán)保的制造技術(shù)。

附圖說明

圖1六邊形蜂窩芯材示意圖(實(shí)施例1和2)。

圖2過拉伸型蜂窩芯材示意圖(實(shí)施例3)。

具體實(shí)施方式

水溶性酚醛樹脂蜂窩芯材是先將植物纖維紙依次進(jìn)行涂膠壓制、拉伸定型、浸膠固化、阻燃處理和片切加工5步處理工藝制備得到。

水溶性酚醛樹脂蜂窩芯材按以下方法制備而成：

(1)涂膠壓制：在植物纖維紙的表面涂上芯條膠，然后將多層涂膠后的對位芳綸紙錯(cuò)層疊合，最后按芯條膠的固化工藝?yán)脽釅簷C(jī)熱壓，制得蜂窩疊板，芯條膠為中溫固化環(huán)氧膠粘劑，涂膠粘度范圍是10s/50ml-50s/50ml，熱壓工藝為50-90℃下預(yù)熱20-60min，然后在100-180℃下固化3-8h，熱壓壓力為0.2-0.8mpa；

(2)拉伸定型：將蜂窩疊板在水中浸泡10-90min后進(jìn)行拉伸，當(dāng)蜂窩孔格達(dá)到工藝要求的尺寸后，將拉伸后的蜂窩放入烘箱中定型，定型處理過程中，首先在60-90℃下對拉伸后的蜂窩進(jìn)行除水20-90min，隨后控制溫度在100-180℃，保溫60min-240min，制得未浸膠蜂窩塊；

(3)浸膠固化：將水加入水溶性酚醛樹脂中，攪拌均勻后對未浸膠蜂窩塊進(jìn)行浸膠處理，所述浸漬樹脂包括水溶性酚醛樹脂和溶劑水，水溶性酚醛樹脂的質(zhì)量為浸漬膠液總質(zhì)量的10％-50％，浸膠時(shí)間為10min-60min，浸膠次數(shù)為1-8次，每次浸膠后，需要在50-80℃烘箱中預(yù)熱20-40min，然后在100-160℃下烘干10-60min，完成最后一次浸膠后，在130-180℃下固化90-240min；

(4)阻燃處理：阻燃劑為磷氮類阻燃劑，阻燃處理處理的方式為，將阻燃劑加入在拉伸定型過程中用于浸泡蜂窩疊板的水中，或在浸膠固化過程中將阻燃劑加入浸漬樹脂中，阻燃劑在水或浸漬樹脂中的質(zhì)量百分比為2％-10％；

(5)片切加工：將經(jīng)過阻燃處理并固化后的水溶性酚醛樹脂蜂窩塊在蜂窩專用片切機(jī)上加工成設(shè)計(jì)高度的蜂窩芯材，加工過程中用壓縮空氣對加工刀具進(jìn)行降溫處理。

蜂窩的制備過程中需要對其進(jìn)行阻燃處理，阻燃劑為磷氮類阻燃劑，阻燃處理可以在步驟2的蜂窩疊板浸泡過程中進(jìn)行，也可在步驟3浸膠過程中進(jìn)行。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的方案，在步驟1)中，所述植物纖維紙是由木纖維、麻纖維、竹纖維、聚酯纖維、芳綸纖維等材料中的一種或者幾種制備而成，植物纖維紙的面密度為30-80g/m²。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的方案，在步驟1)中，所述芯條膠為中溫固化環(huán)氧膠粘劑，涂膠粘度范圍是15s/50ml-40s/50ml。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的方案，在步驟1)中，壓制時(shí)，首先在60-80℃下預(yù)熱30-50min，然后在105-165℃下固化3-6h，熱壓壓力為0.3-0.6mpa。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的方案，在步驟2)中，在拉伸前，需要將蜂窩疊板放入水中進(jìn)行浸泡，以軟化蜂窩疊板，降低拉伸過程中的內(nèi)應(yīng)力，浸泡時(shí)間為20-60min。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的方案，在步驟2)中，蜂窩塊的定型處理方法：首先在70-90℃下對未浸膠蜂窩塊進(jìn)行除水30-60min，隨后控制溫度在120-175℃，保溫90min-180min。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的方案，在步驟3)中，浸漬樹脂包括水溶性酚醛樹脂和溶劑水；其中，所述水溶性酚醛樹脂的質(zhì)量為浸漬膠液總質(zhì)量的15％-45％。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的方案，在步驟3)中，浸膠時(shí)間為15min-50min，浸膠次數(shù)為1-4次。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的方案，在步驟3)中，每次浸膠后，在65-75℃烘箱中預(yù)熱20-40min，然后在120-140℃下烘干10-40min，最后一次浸膠后，在130-160℃下固化90-180min。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的方案，在步驟3)中，所述的水溶性酚醛樹脂為中溫固化樹脂，溶劑為水，樹脂原膠液的固含量為35％-65％。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的方案，在步驟4)中，片切加工時(shí)需要用壓縮空氣對加工刀具進(jìn)行降溫處理，壓縮空氣壓力為0.5-0.8mpa。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的方案，所述的阻燃劑為磷氮系列阻燃劑，該阻燃劑易溶于水，阻燃劑在溶液中的質(zhì)量百分比為3％-8％。

實(shí)施例1

制備孔格邊長b為1.83mm的正六邊形水溶性酚醛樹脂蜂窩芯材。具體步驟如下：

(1)以厚度為0.05mm的植物纖維紙為原材料，首先在涂膠機(jī)上對植物纖維紙涂膠，涂膠后按照工藝計(jì)算后所需尺寸將植物纖維紙切斷，將多層涂膠后的植物纖維紙錯(cuò)位疊合，疊合完成后在熱壓機(jī)上對蜂窩疊板進(jìn)行熱壓，按照芯條膠的固化工藝將其固化后制成蜂窩疊板。芯條膠為中溫固化環(huán)氧樹脂，其增韌材料為特種丁腈橡膠，固化劑為混合芳胺，溶劑為乙酸乙酯或丙酮，膠液粘度為18s-24s/50ml。熱壓固化時(shí)，首先在70℃下預(yù)熱30min，然后在135℃下固化6h，熱壓壓力為0.4±0.1mpa。

(2)將蜂窩疊板放入浸泡槽中，浸泡槽中為水和阻燃劑的混合溶液，阻燃劑的重量百分比為7％，在浸泡槽中浸泡30分鐘后，將浸泡后蜂窩疊板安裝在拉伸機(jī)上，以15-30mm/min的拉伸速度進(jìn)行拉伸，當(dāng)孔格的內(nèi)切圓直徑d拉伸到2.85-3.49mm范圍內(nèi)后，將拉伸后疊板放入烘箱中定型，定型時(shí)首先在100℃下除水30min，然后在135℃下定型180min，制得未浸膠蜂窩塊。

(3)將未浸膠蜂窩塊放入浸膠槽中進(jìn)行浸膠，浸膠完成后進(jìn)行蜂窩固化；所述浸漬樹脂包括水溶性酚醛樹脂和水；其中，所述酚醛樹脂的質(zhì)量占浸漬樹脂總質(zhì)量的30％-35％。本案例中對未浸膠蜂窩塊進(jìn)行1次浸膠，浸膠時(shí)的提升速度為80-150mm/min，浸膠時(shí)間為15min，浸膠后首先在60℃的烘箱中除水30min，然后在130℃烘箱中固化2h，制得植物纖維紙蜂窩塊。

(4)對固化后的植物纖維紙蜂窩進(jìn)行片切，片切過程中用0.5-0.8mpa的壓縮空氣對片切機(jī)帶鋸進(jìn)行降溫，片切后得到密度為48kg/m³的植物纖維紙蜂窩芯材。

經(jīng)過測量，該密度的植物纖維紙蜂窩芯材的穩(wěn)定型壓縮強(qiáng)度為1.75mpa，約為同規(guī)格間位芳綸紙蜂窩穩(wěn)定型壓縮強(qiáng)度的0.9倍。90s垂直燃燒性能結(jié)果顯示，該蜂窩試驗(yàn)過程中無滴落物，焦燒長度小于76.2mm。

實(shí)施例2

制備孔格邊長b為2.75mm的正六邊形植物纖維紙蜂窩芯。具體步驟如下：

(1)以厚度為0.05mm的植物纖維紙為原材料，首先在涂膠機(jī)上對植物纖維紙進(jìn)行涂膠，涂膠后按照要求的尺寸將植物纖維紙切斷，將多層涂膠后的植物纖維紙錯(cuò)位疊合，疊合完成后利用熱壓機(jī)對蜂窩疊板進(jìn)行熱壓，按照芯條膠的固化工藝將其固化后制成蜂窩疊板。芯條膠為中溫固化環(huán)氧樹脂，其增韌材料為特種丁腈橡膠，固化劑為混合芳胺，溶劑為乙酸乙酯或丙酮，膠液粘度為22s/50ml。熱壓固化時(shí)，首先在70℃下預(yù)熱30min，然后在135℃下固化5h，熱壓壓力位0.4mpa。

(2)將蜂窩疊板放入浸泡槽中，浸泡槽中為水溶液，在浸泡槽中浸泡30分鐘后，將浸泡后蜂窩疊板安裝在拉伸機(jī)上，以20-60mm/min的拉伸速度進(jìn)行拉伸，當(dāng)孔格的內(nèi)切圓直徑d拉伸到4.29-5.24mm范圍內(nèi)后，將拉伸后疊板放入烘箱中定型，定型時(shí)首先在100℃下除水30min，然后在135℃下定型180min，制得未浸膠蜂窩塊。

(3)將未浸膠蜂窩塊放入浸膠槽中進(jìn)行浸膠，浸膠完成后進(jìn)行蜂窩固化；所述浸漬樹脂包括酚醛樹脂、水和阻燃劑；其中，所述酚醛樹脂的質(zhì)量占浸漬樹脂總質(zhì)量的25-30％，阻燃劑的質(zhì)量占浸漬樹脂總質(zhì)量的3-5％。本案例中對未浸膠蜂窩塊進(jìn)行2次浸膠，浸膠時(shí)間為30min，第1次浸膠后，需要在烘箱中對蜂窩進(jìn)行除水和預(yù)固化處理，工藝為60℃烘箱中保溫30min，隨后升溫至105℃保溫30min；第2次浸膠后，在60℃烘箱中保溫30min，然后在130℃下固化2h，制得植物纖維紙蜂窩塊。

(4)對固化后的植物纖維紙蜂窩塊進(jìn)行片切，片切過程中用0.5-0.8mpa的壓縮空氣對片切機(jī)帶鋸進(jìn)行降溫，片切后得到密度為48kg/m³的植物纖維紙蜂窩芯材。

經(jīng)過測量，該密度植物纖維紙蜂窩芯材的穩(wěn)定型壓縮強(qiáng)度為1.8mpa，與同規(guī)格間位芳綸紙蜂窩的穩(wěn)定型壓縮強(qiáng)度基本相當(dāng)，90s垂直燃燒性能結(jié)果顯示，該蜂窩試驗(yàn)過程中無滴落物，焦燒長度小于76.2mm。

實(shí)施例3

制備孔格邊長b為2.75mm的過拉伸型植物纖維紙蜂窩芯。具體步驟如下：

(1)以厚度為0.05mm的植物纖維紙為原材料，首先在涂膠機(jī)上對植物纖維紙進(jìn)行涂膠，涂膠后按照要求的尺寸將植物纖維紙切斷，將多層涂膠后的植物纖維紙錯(cuò)位疊合，疊合完成后利用熱壓機(jī)對疊板進(jìn)行熱壓，按照芯條膠的固化工藝將其固化后制成蜂窩疊板。芯條膠為中溫固化環(huán)氧樹脂，其增韌材料為特種丁腈橡膠，固化劑為混合芳胺，溶劑為乙酸乙酯或丙酮，膠液粘度為22s/50ml。熱壓固化時(shí)，首先在70℃下預(yù)熱30min，然后在135℃下固化5h，熱壓壓力位0.5mpa。

(2)將蜂窩疊板放入浸泡槽中，浸泡槽中為水和阻燃劑的混合溶液，阻燃劑的重量百分比為7％，在浸泡槽中浸泡30分鐘后，將浸泡后蜂窩疊板安裝在拉伸機(jī)上，以20-60mm/min的拉伸速度進(jìn)行拉伸，當(dāng)孔格的內(nèi)切圓直徑d小于4.76mm時(shí)，拉伸速度為20mm/min；內(nèi)切圓直徑d≥4.76mm后，降低拉伸速度至10-15mm/min，直到未浸膠蜂窩塊w方向305mm長的孔格數(shù)目在38-52范圍內(nèi)時(shí)，將拉伸后疊板放入烘箱中定型，定型時(shí)首先在100℃下除水30min，然后在130℃下定型240min，制得未浸膠蜂窩塊。

(3)將未浸膠蜂窩塊放入浸膠槽中進(jìn)行浸膠，浸膠完成后進(jìn)行蜂窩固化；所述浸漬樹脂包括酚醛樹脂和水；其中，所述酚醛樹脂的質(zhì)量為浸漬樹脂總質(zhì)量的30-35％。本案例中對未浸膠蜂窩塊進(jìn)行1次浸膠，浸膠時(shí)間為30min，浸膠后在60℃烘箱中烘干30min，然后在130℃下固化2h。

(4)對浸膠后的植物纖維紙蜂窩進(jìn)行片切，片切過程中用0.5-0.8mpa的壓縮空氣對片切機(jī)帶鋸進(jìn)行降溫，片切后得到密度為32kg/m³的植物纖維紙蜂窩芯材。

經(jīng)過測量，該密度水溶性酚醛樹脂蜂窩芯材的穩(wěn)定型壓縮強(qiáng)度為0.7mpa，約為同規(guī)格間位芳綸紙蜂窩穩(wěn)定型壓縮強(qiáng)度的0.9倍，90s垂直燃燒性能結(jié)果顯示，該蜂窩試驗(yàn)過程中無滴落物，焦燒長度小于76.2mm，且該蜂窩的l方向(縱向)可進(jìn)行大曲率成型。