碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)，本發(fā)明同時(shí)還提供了該種碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以蜂窩芯材為主體的夾層材料廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、裝飾等領(lǐng)域中，用來提高強(qiáng)度、剛度，增強(qiáng)抗沖擊性，同時(shí)減輕重量，降低噪音。
[0003]在蜂窩芯材中，常見的有紙蜂窩芯、碳纖維紙蜂窩、金屬蜂窩芯等。在現(xiàn)有的蜂窩芯材中其性能都各具優(yōu)缺點(diǎn)，如紙蜂窩芯和碳纖維紙蜂窩重量輕，但是強(qiáng)度，硬度一般，比強(qiáng)度低，抗沖擊效果差；金屬蜂窩芯強(qiáng)度高，硬度高，但是重量較重，比強(qiáng)度一般。因此有必要提供一種綜合性能優(yōu)越的蜂窩芯材。
[0004]碳纖維蜂窩重量輕、吸能性能優(yōu)秀，在汽車吸能結(jié)構(gòu)中應(yīng)用前景廣泛。目前制備纖維蜂窩一般先拉擠成形單個(gè)六邊形管件，然后通過許多單獨(dú)管件粘接成為碳纖維，此方法工序過于復(fù)雜，單管成形和粘接工作量大。因此，有必要提供簡(jiǎn)單可行的碳纖維蜂窩芯材制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決目前現(xiàn)有的蜂窩芯材存在的各種常規(guī)問題而提供的一種碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)。
[0006]為達(dá)到上述功能，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:
[0007]一種碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括多個(gè)具有連續(xù)半六邊形形狀的蜂窩子件，多個(gè)所述蜂窩子件依次對(duì)應(yīng)排列并在重合的粘結(jié)面處涂布粘結(jié)劑固定粘接形成橫截面為六邊形的蜂窩結(jié)構(gòu)，其中:
[0008]所述蜂窩子件，采用含碳量90%以上的碳纖維預(yù)浸料通過熱壓罐工藝或模壓工藝制成；
[0009]所述粘結(jié)劑，采用環(huán)氧樹脂類粘接劑或膠膜。
[0010]本發(fā)明同時(shí)還提供了上述的碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟:
[0011]步驟S1、將計(jì)算好的碳纖維預(yù)浸料裁剪成要求的尺寸，備好所需層數(shù)；
[0012]步驟S2、對(duì)模具預(yù)熱，涂脫模劑，將備好的碳纖維預(yù)浸料一層層疊合壓實(shí)到模具中，根據(jù)工藝要求再鋪上輔料，完成模具前的準(zhǔn)備工作后，放入到成型設(shè)備中:
[0013]步驟S3、設(shè)置工藝參數(shù)后，啟動(dòng)成型設(shè)備進(jìn)行熱壓；
[0014]步驟S4、冷卻后脫模制得蜂窩子件，對(duì)模具吹洗；
[0015]步驟S5、重復(fù)步驟SI?S4，直到制得所需數(shù)量的蜂窩子件；
[0016]步驟S6、將所制得的半六邊形的所述蜂窩子件在夾具中依次兩兩對(duì)應(yīng)粘接形成六邊形形狀的碳纖維蜂窩芯結(jié)構(gòu)材料；
[0017]步驟S7、對(duì)所述碳纖維蜂窩芯結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行加工成型，片切即可得到碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)。
[0018]優(yōu)選地，所述碳纖維預(yù)浸料的含碳量為90%以上。
[0019]優(yōu)選地，所需層數(shù)η的計(jì)算公式為:
[0020]n = t/h，所述的t表示蜂窩子件的成型厚度，所述的h表示碳纖維預(yù)浸料的單層厚度。
[0021]優(yōu)選地，所述成型設(shè)備為熱壓罐，所述工藝參數(shù)為:
[0022]溫度參數(shù)為加熱升溫到140?160°C，恒溫時(shí)間為60?80min，降溫到60?80°C，時(shí)間為10?30min，壓力參數(shù)為0.5?1.0MPa0
[0023]優(yōu)選地，所述成型設(shè)備為模壓機(jī)，所述工藝參數(shù)為:
[0024]模壓溫度為120?180°C，時(shí)間為40?80min，壓強(qiáng)為0.5?0.7Mpa。
[0025]優(yōu)選地，所述模具的截面為連續(xù)半六邊形形狀。
[0026]優(yōu)選地，所述模具采用鋁合金或模具鋼制成。
[0027]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明的碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)同現(xiàn)有的蜂窩芯材相比具有重量輕，比強(qiáng)度高，抗沖擊性能好，緩沖吸能效果明顯，可廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、體育器材、宇航、消防等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0028]圖1為蜂窩子件的結(jié)構(gòu)示意圖
[0029]圖2為兩個(gè)蜂窩子件粘接的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖4為熱壓罐工藝采用的模具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖5為模壓工藝采用的模具的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖1至附圖5對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述:
[0034]如圖1至圖3所示的一種碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)具有連續(xù)半六邊形形狀的蜂窩子件1，多個(gè)所述蜂窩子件I依次對(duì)應(yīng)排列并在重合的粘結(jié)面11處涂布環(huán)氧樹脂類粘接劑或膠膜，固定粘接形成橫截面為六邊形的蜂窩結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明中，蜂窩子件I，采用含碳量90%以上的碳纖維預(yù)浸料熱通過熱壓罐工藝或模壓工藝制成。
[0035]本發(fā)明的碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)通過以制備方法，制備而得:
[0036]制備方法一:
[0037]本制備方法采用的熱壓罐工藝，包括以下步驟:
[0038]步驟S1、將計(jì)算好的碳纖維預(yù)浸料裁剪成要求的尺寸，備好所需層數(shù)n，n = t/h,其中t表示成型后蜂窩子件I的成型厚度，h表示碳纖維預(yù)浸料的單層厚度；
[0039]步驟S2、將備好的碳纖維預(yù)浸料一層層疊合壓實(shí)到已經(jīng)預(yù)熱到70°C的具有凹凸槽的模具2，如圖4所示，模具2的截面為連續(xù)半六邊形形狀，由里到外的順序依次鋪隔離膜、透氣粘包裹，模具2裝入真空袋中，再將其放入熱壓罐內(nèi)，然后將真空袋抽真空；
[0040]S3、熱壓罐內(nèi)溫度參數(shù)設(shè)置為加熱升溫到150°C，保溫時(shí)間為60min，降溫到75°C，時(shí)間為30min，壓力參數(shù)設(shè)置為0.7MPa，啟動(dòng)熱壓罐；
[0041]S4、從熱壓罐中取出模具2后冷卻脫模制得成品，模具2吹洗，達(dá)到制備下一成品的要求。
[0042]S5、重復(fù)步驟SI?S4，制得一定數(shù)量的如圖1所示的半六邊形截面的蜂窩子件I ;
[0043]S6、將蜂窩子件I粘接面用砂紙打磨，再用丙酮清洗；
[0044]S7、將半六邊形的蜂窩子件I在常溫下用環(huán)氧樹脂類粘接劑兩兩粘接，固化后形成六邊形形狀的碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)，如圖2和圖3所示；
[0045]S8、對(duì)外形進(jìn)行加工成型，片切至所需高度的碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)材料，如圖3所示。
[0046]在本制備方法中，模具2可以選用鋁合金或模具鋼制成的模具。制備方法二:
[0047]改變制備方法一步驟S7，將半六邊形的蜂窩子件I在120°C溫度下用環(huán)氧樹脂類粘接劑兩兩粘接，固化后形成六邊形形狀的碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)。
[0048]制備方法三:
[0049]本制備方法采用的模壓機(jī)模壓的工藝，包括以下步驟:
[0050]S1、將計(jì)算好的碳纖維預(yù)浸料裁剪成要求的尺寸，備好所需層數(shù)；
[0051]S2、如圖5所示，將備好的碳纖維布5 —層層疊合壓實(shí)后鋪到陰模3中，將陰模3與陽模4合模，將整體放入模壓機(jī)中，設(shè)定模壓溫度為150°C，時(shí)間為60min，壓強(qiáng)為0.5mpa，進(jìn)行模壓；
[0052]S3、從模壓機(jī)中取出模具后冷卻脫模制得蜂窩子件1，模具吹洗，達(dá)到制備下一成品的要求。
[0053]S4、重復(fù)步驟SI?S3，制得一定數(shù)量的蜂窩子件1，制得一定數(shù)量的如圖1所示的半六邊形截面的蜂窩子件I ;
[0054]S5、對(duì)蜂窩子件I粘接面用砂紙打磨，再用丙酮清洗；
[0055]S6、在蜂窩于件I的粘接面貼上膠膜，將蜂窩子件I兩兩粘接，壓緊，用膠帶固定，放到熱壓罐中，溫度沒置為120°C，時(shí)間為20min，進(jìn)行固化；
[0056]S7、固化后對(duì)外形進(jìn)行加工成型，片切至所需高度的碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)材料。
[0057]如圖5所示，陰模3與陽模4具有相對(duì)應(yīng)的連續(xù)半六邊形形狀。
[0058]需要說明的是在上述制備方法一至制備方法三中，在生產(chǎn)時(shí)的工藝參數(shù)的選擇只是一個(gè)較優(yōu)的方案，生產(chǎn)者可以根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)需要選擇其它相應(yīng)的工藝參數(shù)，若未特別指出，實(shí)施案例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的一般手段，所有原材料均在市場(chǎng)上有售。
[0059]以上所述實(shí)施例，只是本發(fā)明的較佳實(shí)例，并非來限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，故凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均應(yīng)包括于本發(fā)明專利申請(qǐng)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括多個(gè)具有連續(xù)半六邊形形狀的蜂窩子件，多個(gè)所述蜂窩子件依次對(duì)應(yīng)排列并在重合的粘結(jié)面處涂布粘結(jié)劑固定粘接形成橫截面為六邊形的蜂窩結(jié)構(gòu)，其中: 所述蜂窩子件，采用含碳量90 %以上的碳纖維預(yù)浸料通過熱壓罐工藝或模壓工藝制成； 所述粘結(jié)劑，采用環(huán)氧樹脂類粘接劑或膠膜。
2.一種如權(quán)利要求1所述的碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟S1、將計(jì)算好的碳纖維預(yù)浸料裁剪成要求的尺寸，備好所需層數(shù)； 步驟S2、對(duì)模具預(yù)熱，涂脫模劑，將備好的碳纖維預(yù)浸料一層層疊合壓實(shí)到模具中，根據(jù)工藝要求再鋪上輔料，完成模具前的準(zhǔn)備工作后，放入到成型設(shè)備中； 步驟S3、設(shè)置工藝參數(shù)后，啟動(dòng)成型設(shè)備進(jìn)行熱壓； 步驟S4、冷卻后脫模制得蜂窩子件，對(duì)模具吹洗； 步驟S5、重復(fù)步驟SI?S4，直到制得所需數(shù)量的蜂窩子件； 步驟S6、將所制得的半六邊形的所述蜂窩子件在夾具中依次兩兩對(duì)應(yīng)粘接形成六邊形形狀的碳纖維蜂窩芯結(jié)構(gòu)材料； 步驟S7、對(duì)所述碳纖維蜂窩芯結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行加工成型，片切即可得到碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述碳纖維預(yù)浸料的含碳量為90%以上。
4.如權(quán)利要求2所述的碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所需層數(shù)η的計(jì)算公式為: n = t/h，所述的t表示成型厚度，所述的h表示碳纖維預(yù)浸料的單層厚度。
5.如權(quán)利要求2所述的碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述成型設(shè)備為熱壓罐，所述工藝參數(shù)為: 溫度參數(shù)為加熱升溫到140?160°C，恒溫時(shí)間為60?80min，降溫到60?80°C，時(shí)間為10?30min，壓力參數(shù)為0.5?1.0MPa0
6.如權(quán)利要求2所述的碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述成型設(shè)備為模壓機(jī)，所述工藝參數(shù)為: 模壓溫度為120?180°C，時(shí)間為40?80min，壓強(qiáng)為0.5?0.7Mpa。
7.如權(quán)利要求2?6任意一項(xiàng)所述的碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述模具的截面為連續(xù)半六邊形形狀。
8.如權(quán)利要求7所述的碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述模具采用鋁合金或模具鋼制成。
【專利摘要】本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)；包括多個(gè)具有連續(xù)半六邊形形狀的蜂窩子件，多個(gè)所述蜂窩子件依次對(duì)應(yīng)排列并在重合的粘結(jié)面處涂布粘結(jié)劑固定粘接形成橫截面為六邊形的蜂窩結(jié)構(gòu)，所述蜂窩子件，采用含碳量90％以上的碳纖維預(yù)浸料通過熱壓罐工藝或模壓工藝制成；所述粘結(jié)劑，采用環(huán)氧樹脂類粘接劑或膠膜；同現(xiàn)有的蜂窩芯材相比綜合性能突出，同時(shí)具有重量輕，比強(qiáng)度高，抗沖擊性能好，緩沖吸能效果明顯；本發(fā)明同時(shí)還提供了該碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)的制備方法，克服了以往碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)制備工序復(fù)雜的缺點(diǎn)。
【IPC分類】B32B3-12, B32B9-04, B32B37-06, B32B27-04, B32B37-10
【公開號(hào)】CN104842593
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510150581
【發(fā)明人】劉強(qiáng), 歐正言, 李煥平, 徐希宇
【申請(qǐng)人】中山大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年3月24日