一种蜂窝内嵌耦合结构复合材料及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种蜂窝内嵌耦合结构复合材料及其制备方法，以蜂窝结构为框架，纤维材料或纤维与颗粒混合材料为原料，经原料配比、湿法打浆、负压沉积、烘干固化制备成蜂窝内嵌耦合结构复合材料，纤维材料或纤维与颗粒混合材料内嵌于蜂窝胞元内部，内嵌物具有稳定的形状并与蜂窝胞元壁紧密结合，内嵌物的结构可以根据需求设计成层状结构、梯度结构和三维杂乱结构。该产品结构在提高复合材料整体性能的同时可以有效地节约使用空间，具有优异的吸声隔热保温性能，可广泛用作大飞机、大运载、舰船、高铁等高尖端领域保温材料。其加工工艺简单，成品率高，成本低，原材料来源充沛，具有良好的经济效益和社会效益。

A composite material with honeycomb embedded coupling structure and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种蜂窝内嵌耦合结构复合材料及制备方法
本专利技术属于复合材料领域，特别涉及一种蜂窝内嵌耦合结构复合材料及制备方法。
技术介绍
蜂窝结构因其独特的轻质、吸能、减振、蓄能、电磁屏蔽、高比刚度、高比强度、性能可设计等优点而广泛应用于建筑、交通运输、航空航天等重要领域。随着航空航天飞行器等交通运输工具向大型化、高速化方向发展，其动力装置也越来越走向轻型化和强载化，由发动机激励和高速气流冲击造成的空气流体声音和结构振动而引起的噪声向舱室内传入问题日益突出。舱室噪声不但严重影响乘客的舒适度，而且会引起结构部件疲劳损坏降低使用寿命，制约了航空航天飞行器的发展。为实现轻质化的同时达到隔声性能不衰减或有效提高隔声量，蜂窝结构常与多孔吸声材料、微穿孔板等组合成为复合结构以提高结构的整体声学特性。专利技术专利“纸基蜂窝复合墙板”(专利号ZL200610144336.0)提出了一种纸基蜂窝复合墙体材料，采用粘结剂将纸基蜂窝芯和高密度硬质板(硅酸钙板、石膏板和金属板等)经涂胶复合压制成夹层构造板，主要用以墙体的保温隔音，并具有一定的防水、防潮、防火等功能。该复合材料通过结构的设计可以用以墙体中代替部分木材砖瓦达到节约资源的目的，但高密度硬质板的使用使得复合结构的容重偏高不符合高端领域用复合材料的需求。专利技术专利“实芯蜂窝板”(专利号ZL200910023464.3)提出一种新型的以蜂窝芯为骨架的泡沫复合板材，在蜂窝芯中填充泡沫塑料，并将面装材料嵌入蜂窝表面，形成多规格的成品板，主要用于家具以及内外装修等行业。该结构具有一定的优越性，将塑料与蜂窝填充复合，在提高产品性能的同时达到了节约空间的目的。但塑料具有一定的可燃性，虽然也具有一定的保温隔音性能，但整体隔声保温性能差于由纤维或纤维与颗粒组成的多孔材料，纤维或纤维与颗粒组成的多孔材料使得孔隙之间具有一定的连通性，声波在内部传播时由于粘滞作用以及纤维或颗粒的振动更易吸收声能提高绝缘性能。
技术实现思路
为了克服现有的复合材料如何保证成本低的情况下，尽可能提高隔声性能，实现材料轻质化的同时利用结构设计有效提高材料的隔声性能。本专利技术提供的一种蜂窝内嵌耦合结构复合材料，包括多组蜂窝单元复合而成，每个单元是由外层框架和内嵌耦合结构的组合，外层框架为多边型蜂窝型胞元结构，内嵌耦合结构为由纤维材料、或纤维与颗粒混合材料复合而成的结构；内嵌耦合结构与蜂窝型胞元结构内壁形状匹配；其中每个单元中外层框架和内嵌耦合结构之间的间隙占每个单元体积的0.01-0.1％。作为改进，所述纤维材料为玻璃纤维、陶瓷纤维、岩棉纤维、矿物纤维中任一种或多种的组合结构，其中纤维长度为10-200mm，作为改进，所述颗粒为直径100-500nm的微硅粉、5-50nm的气相二氧化硅、50-150nm的二氧化硅粉末中任一种或多种。作为改进，内嵌耦合结构为成层状结构、梯度结构或三维杂乱结构任一种，其中所述内嵌耦合结构为纤维与颗粒混合材料时，纤维含量为70-100wt％，颗粒含量为0-30wt％。作为改进，外层框架为芳纶纸蜂窝、铝箔蜂窝、玻璃纤维蜂窝中任一种，其中外层框架的重量比占整个复合材料的50-90wt％。同时，还提供了上述蜂窝内嵌耦合结构复合材料的制备方法，具体的步骤为(1)制备内嵌耦合结构依次按照称取一定配比称量纤维原料、或纤维和颗粒的混合原料，再将原料加入溶剂中进行湿法打浆，在打浆过程中形成悬浊液，便于颗粒均匀分布，设置打浆速度为500-5000r/min，使得纤维在溶液中发生脆断，形成长度为1.0-15.0mm的短纤维，使用酸碱调试液体调节浆料PH值为1.0-6.5，并使纤维、或纤维与颗粒混合材料均匀悬浮在溶液中；(2)负压沉积将步骤(1)中获得材料通过负压沉积的方法，内嵌在外层框架内，其中负压沉积用压力设置为0.1-0.6MPa；(3)裁切及烘干进行裁切、烘干，获得成品。作为改进，步骤(1)中湿法打浆时，纤维、或纤维与颗粒混合材料占悬浊液总质量的质量分数为0.1％-2％。有益效果：本专利技术提出了一种蜂窝内嵌耦合结构复合结构及其制备方法，采用湿法打浆工艺将纤维或纤维与颗粒的混合物均匀分布，在负压沉积的作用下，将纤维或纤维与颗粒沉积到蜂窝胞元内部，实现蜂窝内嵌耦合结构复合材料的制备。该复合结构有效地将纤维或纤维与颗粒混合物有效地内嵌到蜂窝胞元中，实现了内嵌复合，在提高材料隔声保温性能的同时达到节约空间、降低质量的目的，轻质的结构、优异的隔声性能使得该结构更易被广泛用作为大飞机、大运载、舰船、高铁等高尖端领域保温隔音材料。于此同时，其加工工艺简单，成品率高，成本低，原材料来源充沛，具有良好的经济效益和社会效益。附图说明图1为本专利技术结构示意图。图2为本专利技术实施例结构示意图。附图中：10为蜂窝结构材料，20为纤维材料，30为玻璃棉，40为微硅粉。具体实施方式下面对本专利技术附图结合实施例作出进一步说明。一种蜂窝内嵌耦合结构复合材料，包括多组蜂窝单元复合而成，每个单元是由外层框架和内嵌耦合结构的组合，外层框架为多边型蜂窝型胞元结构，内嵌耦合结构为由纤维材料、或纤维与颗粒混合材料复合而成的结构；内嵌耦合结构与蜂窝型胞元结构内壁形状匹配；其中每个单元中外层框架和内嵌耦合结构之间的间隙占每个单元体积的0.01-0.1％。本专利技术中采用内嵌耦合结构代替传统叠层复合结构，在减轻复合材料质量的同时提高使用空间。内嵌耦合结构是以纤维材料、或纤维与颗粒混合材料为原料，经原料配比、湿法打浆、负压沉积、烘干固化制备成蜂窝内嵌耦合结构复合材料，本专利技术中用湿法工艺将纤维或纤维与颗粒混合物内嵌到蜂窝胞元中，可以根据需求对内嵌结构进行设计，进而达到提高保温隔音性能的目的。同时，内嵌结构将纤维、或纤维与颗粒多孔材料分割成独立周期子空间，蜂窝胞元壁的存在使得声波极易反射进而有效地提高了复合材料的隔声性能。纤维材料为玻璃纤维、陶瓷纤维、岩棉纤维、矿物纤维中任一种或任两种的编织结构，其中纤维长度为为10-200mm。颗粒为100-500nm的微硅粉、5-50nm的气相二氧化硅、50-150nm的二氧化硅粉末中任一种或多种。内嵌耦合结构为成层状结构、梯度结构或三维杂乱结构任一种，其中所述内嵌耦合结构为纤维与颗粒混合材料时，纤维含量为70-100wt％，颗粒含量为0-30wt％。外层框架为芳纶纸蜂窝、铝箔蜂窝、玻璃纤维蜂窝中任一种，其中外层框架的重量比占整个复合材料的50-90wt％。同时，蜂窝内嵌耦合结构复合材料的制备方法，具体的步骤为(1)制备内嵌耦合结构依次按照称取一定配比称量纤维原料、或纤维和颗粒的混合原料，再将原料加入溶剂中进行湿法打浆，在打浆过程中形成悬浊液，便于颗粒均匀分布，设置打浆速度为500-5000r/min，使得纤维在溶液中发生脆断，形成长度为1.0-15.0mm短纤维，使用酸碱调试液体调节浆料PH值为1.0-6.5，并使纤维、或纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蜂窝内嵌耦合结构复合材料，其特征在于：包括多组蜂窝单元复合而成，每个单元是由外层框架和内嵌耦合结构的组合，外层框架为多边型蜂窝型胞元结构，内嵌耦合结构为由纤维材料、或纤维与颗粒混合材料复合而成的结构；内嵌耦合结构与蜂窝型胞元结构内壁形状匹配；其中每个单元中外层框架和内嵌耦合结构之间的间隙占每个单元体积的0.01-0.1％。/n

【技术特征摘要】
1.一种蜂窝内嵌耦合结构复合材料，其特征在于：包括多组蜂窝单元复合而成，每个单元是由外层框架和内嵌耦合结构的组合，外层框架为多边型蜂窝型胞元结构，内嵌耦合结构为由纤维材料、或纤维与颗粒混合材料复合而成的结构；内嵌耦合结构与蜂窝型胞元结构内壁形状匹配；其中每个单元中外层框架和内嵌耦合结构之间的间隙占每个单元体积的0.01-0.1％。


2.根据权利要求1所述的蜂窝内嵌耦合结构复合材料，其特征在于：所述纤维材料为玻璃纤维、陶瓷纤维、岩棉纤维、矿物纤维中任一种或多种的组合结构，其中纤维长度为10-200mm。


3.根据权利要求1所述的蜂窝内嵌耦合结构复合材料，其特征在于：所述颗粒为直径100-500nm的微硅粉、5-50nm的气相二氧化硅、50-150nm的二氧化硅粉末中任一种或多种。


4.根据权利要求1-3任一所述的蜂窝内嵌耦合结构复合材料，其特征在于：内嵌耦合结构为成层状结构、梯度结构或三维杂乱结构任一种，其中所述内嵌耦合结构为纤维与颗粒混合材料时，纤维含量为70-100wt％，颗粒含量为0-30wt％。


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【专利技术属性】
技术研发人员：杨勇，葛淑慧，韩若男，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32