一种超轻耐高温蜂窝芯材及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种超轻耐高温蜂窝芯材及其制备方法，包括芯条胶印制：在料块上印制芯条胶，相邻两条芯条胶之间的宽度为印制的芯条胶宽度的三倍，铺叠料块，上下相邻两层料块中芯条胶间隔相等且等于芯条胶宽度，制得未固化蜂窝叠块；芯条胶固化；蜂窝拉伸：将经过加压固化处理的蜂窝叠块进行拉伸，直到蜂窝孔格拉伸至正六边形状态；浸渍胶液：将拉伸后的蜂窝块在浸胶槽中浸渍耐高温浸渍胶；浸渍胶的固化：在设定温度下固化耐高温浸渍胶，固化完成后得到蜂窝芯材。本发明专利技术可以适用于边长低至2.00～11.00mm，公称密度低至49～110Kg/m

【技术实现步骤摘要】
一种超轻耐高温蜂窝芯材及其制备方法
本专利技术属于蜂窝制备
，涉及一种超轻耐高温蜂窝芯材及其制备方法。
技术介绍
随着航天运载器技术的发展，尤其是以战略战术导弹为代表的高超飞行器领域，对各种高性能材料提出了新需求。由于飞行器飞行马赫数进一步提高，相应的部件如空气舵、阻力板等结构层的表面温度均达到300℃以上。蜂窝夹层结构材料是一种高效的轻质、高比强、高比刚度材料，既可用于结构件，也可用于隔热、降噪等功能件的制造，是未来先进飞行器制造的主要选材之一。现有的各类蜂窝中，仅有激光焊接钛合金蜂窝和高温合金钢蜂窝能满足耐温要求，但金属蜂窝容重较大；而低容重的聚合物基蜂窝如Nomex蜂窝存在基体和芯条胶在300℃下力学性能大幅度衰减的严重问题，急需提高蜂窝材料的耐温等级，填补我国轻质耐300℃高温蜂窝芯材技术空白。另外，现有玻璃布蜂窝耐温等级低于200℃，蜂窝的边长多为5mm以上，孔格的较大，缺乏高性能的小边长如2.75mm小孔格耐高温蜂窝，其抗压性能和剪切性能有待进一步提高。再者，蜂窝芯条胶的印制分为自动涂胶机印胶和普通手工印胶两种。自动涂胶机印胶得到的芯条胶效率高，印胶均匀，制得的蜂窝较为规整，但设备成本较高，适用于大批量单一品种蜂窝连续化生产需求。普通手工印胶法相对粗糙，印胶均匀性和规整性相对较差，但传统的普通手工法存在蜂窝叠层定位不准确，蜂窝规整性差，劳动强度大，制备效率低等缺点，均不能满足航空航天多品种、小批量、高质量和高性能的要求。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术人进行了锐意研究，提供了一种超轻耐高温蜂窝芯材及其制备方法，采用料块用材的预处理工艺，控制芯条胶的渗透性和扩散效应，改善了芯条胶向玻璃布背面的渗透和在宽度方向的扩展；采用具有双网版，自动定位功能的丝网印刷工艺印制芯条胶，解决了传统的手工印胶法节点胶厚度均匀差，目视法叠层定位不准确导致的蜂窝孔格规整度差的难题，又保证了蜂窝的高质量。采用0°/90°、±30°、±45°和±60°等织物组织结构，同时采用不同组织结构的料块按照设定规则的交替叠层，赋予了蜂窝抗压性能的同时提高其剪切强度。采用自制的耐高温芯条胶和聚酰亚胺浸渍胶，实现了蜂窝耐温等级提升至300℃以上的目的，本专利技术还具有成本低，适合多品种，小批量，高性能蜂窝的优点，可以满足航空航天等高科技领域的高要求，从而完成本专利技术。本专利技术的目的在于提供以下技术方案：第一方面，一种超轻耐高温蜂窝芯材的制备方法，包括如下步骤：步骤1，芯条胶印制：在料块上印制芯条胶，相邻两条芯条胶之间的宽度为印制的芯条胶宽度的三倍，铺叠料块，上下相邻两层料块中芯条胶间隔相等且等于芯条胶宽度，制得未固化蜂窝叠块；步骤2，芯条胶固化：对蜂窝叠块的芯条胶进行加热加压固化；步骤3，蜂窝拉伸：将经过加压固化处理的蜂窝叠块进行拉伸，直到蜂窝孔格拉伸至正六边形状态；步骤4，浸渍胶液：将拉伸后的蜂窝叠块在浸胶槽中浸渍耐高温浸渍胶；步骤5，浸渍胶的固化：在设定温度下固化耐高温浸渍胶，固化完成后得到蜂窝芯材。第二方面，一种超轻耐高温蜂窝芯材，通过第一方面所述的制备方法制备得到。本专利技术提供的一种超轻耐高温蜂窝芯材及其制备方法，带来了有益的技术效果：(1)本专利技术可以适用于边长低至2.00～11.00mm，公称密度低至49～110Kg/m3蜂窝芯材的制备，当采用超薄耐高温玻璃布时，可以制得边长低至2.00mm，公称密度低至49Kg/m3小孔格蜂窝芯材，实现了可长时耐300℃高温的同时大幅减重，且具有优异的抗压和抗剪性能，填补了国内轻质耐高温蜂窝芯材制备技术的空白。(2)本专利技术利用涂胶机采用流延法实现了织物连续机械化预处理技术，利于解决芯条胶印制过程中的厚度方向渗透和边缘扩散难题。(3)本专利技术首次采用丝网印刷工艺实现芯条胶的印制，克服了牛皮纸印刷等传统手工印刷存在的印胶量难以控制、印胶均匀性差等工艺难题，采用丝网印刷工艺制得的蜂窝规整度高，蜂窝节点粘接均匀且强度高，操作简易方便，极大地减少了人工和设备成本。(4)本专利技术采用自制的高性能聚酰亚胺芯条胶，制得的蜂窝300℃高温下节点稳定，力学强度保持率可达70％以上。(5)本专利技术中耐高温蜂窝芯条胶，采用的玻璃化温度Tg＞300℃的聚酰亚胺树脂固化温度一般大于300℃，通过加入活性改性剂降低芯条胶的起始固化温度，使芯条胶在250℃以下实现部分固化，达到蜂窝节点强度的要求，然后随蜂窝浸渍胶固化时再进一步固化达到充分固化提高蜂窝节点强度目的。这种分步固化的特点可以获得良好工艺性，降低能耗、提高制备效率。(6)本专利技术利用热塑性树脂微粒在活性改性剂中常温不溶，高温可溶的特点，控制芯条胶流变特点。首先，常温下热塑性树脂不溶，可以显著增加热塑性树脂的添加量以解决热塑性树脂溶解后带来的拉丝现象，有利于芯条胶涂胶质量的提高。其次，加热固化过程中热塑性树脂溶解，芯条胶粘度大幅提高，解决了芯条胶在固化压力作用下向玻璃布基材背后的透胶现象，还可显著改善耐高温芯条胶的韧性，提高蜂窝节点强度。(7)本专利技术以无机纳米粒子和颗粒状热塑性树脂微粒为触变剂，改变芯条胶的流体特性，使其符合假塑性流体的特点，该状态的芯条胶在不受力时粘度较大，可改善节点涂胶时芯条胶向玻璃布背后的渗透现象，提高蜂窝的质量。(8)本专利技术选择预先以1/4-1/3份热塑性树脂在高温下溶解于活性改性剂中，这使制备的芯条胶具有一定的粘度，防止后续加入的剩余的热塑性树脂微粒和无机纳米粒子在芯条胶溶液中出现沉降。此外，本专利技术中热塑性树脂粒子和无机纳米粒子具有适宜的粒径，也提高了粒子在溶液中的稳定性，本专利技术制备的芯条胶无固体沉淀和析出。(9)本专利技术芯条胶中热塑性树脂微粒不需要溶解在溶剂中，因此不需要大量高沸点极性溶剂，在普通溶剂中可实现芯条胶的溶解，提高了溶剂的选择范围，利于满足环保要求。(10)本专利技术选择的主体树脂、活性改性剂、热塑性树脂和无机纳米粒子的耐温等级均高于300℃，保证了芯条胶整体的耐热性，300℃蜂窝节点强度≥3N/cm。此外，该芯条胶室温粘度高而且无拉丝现象，制备蜂窝叠块，节点处玻璃布无透胶现象，蜂窝规整质量良好，室温蜂窝节点强度≥5N/cm。该芯条胶及制备方法不但适用于超薄玻璃布蜂窝，对其他类型的玻璃布、纸蜂窝都有重要的推广价值。(11)本专利技术中蜂窝芯拉伸-浸渍-固化一体化装置，蜂窝拉伸机架与浸胶槽一体化设计，实现了蜂窝拉伸、浸胶同步进行，有效提高了工作效率；浸胶槽与拉伸机架分离后，拉伸机架可直接移至高温烘箱中进行蜂窝固化定型，本装置实现了蜂窝芯拉伸、蜂窝浸胶、以及浸渍胶固化多功能一体化。(12)本专利技术中蜂窝芯拉伸-浸渍-固化一体化装置，滚珠丝杠与导轨优选采用了高强度、高硬度、低膨胀系数和优异的耐腐蚀性的不锈钢材质，解决了高温固化时滚珠丝杠和导轨发生弯曲变形和腐蚀的难题。(13)本专利技术中蜂窝芯拉伸-浸渍-固化一体化装置，拉伸蜂窝时无需额外复杂准确度低的限位固定机构，而是借助滚珠丝杠与直线运动球本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超轻耐高温蜂窝芯材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，芯条胶印制：在料块上印制芯条胶，相邻两条芯条胶之间的宽度为印制的芯条胶宽度的三倍，铺叠料块，上下相邻两层料块中芯条胶间隔相等且等于芯条胶宽度，制得未固化蜂窝叠块；/n步骤2，芯条胶固化：对蜂窝叠块的芯条胶进行加热加压固化；/n步骤3，蜂窝拉伸：将经过加压固化处理的蜂窝叠块进行拉伸，直到蜂窝孔格拉伸至正六边形状态；/n步骤4，浸渍胶液：将拉伸后的蜂窝叠块在浸胶槽中浸渍耐高温浸渍胶；/n步骤5，浸渍胶的固化：在设定温度下固化耐高温浸渍胶，固化完成后得到蜂窝芯材。/n

【技术特征摘要】
1.一种超轻耐高温蜂窝芯材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，芯条胶印制：在料块上印制芯条胶，相邻两条芯条胶之间的宽度为印制的芯条胶宽度的三倍，铺叠料块，上下相邻两层料块中芯条胶间隔相等且等于芯条胶宽度，制得未固化蜂窝叠块；
步骤2，芯条胶固化：对蜂窝叠块的芯条胶进行加热加压固化；
步骤3，蜂窝拉伸：将经过加压固化处理的蜂窝叠块进行拉伸，直到蜂窝孔格拉伸至正六边形状态；
步骤4，浸渍胶液：将拉伸后的蜂窝叠块在浸胶槽中浸渍耐高温浸渍胶；
步骤5，浸渍胶的固化：在设定温度下固化耐高温浸渍胶，固化完成后得到蜂窝芯材。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在对料块印制芯条胶前，还包括对料块用材进行预处理，预处理方法包括如下步骤：
通过溶剂将聚酰亚胺酸树脂调至粘度50～200cP，在涂胶机上采用流延法按聚酰亚胺酸树脂与料块用材的质量百分比1wt％～6wt％，将该树脂均匀地涂覆于料块用材上，并于100℃～150℃烘干。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，料块用材选择无碱玻璃布、电子玻璃布、聚对苯基苯并二噁唑织物或无纺布、聚酰亚胺织物或无纺布、碳布、石英布中的任意一种或多种；和/或
料块用材的厚度≤0.2mm，耐温≥300℃。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，料块为纤维织物时，纤维织物的组织结构包括0°/90°、±30°、±45°或±60°中任意一种或多种。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，纤维织物的组织结构选自0°/90°和±45°组织结构。


6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，蜂窝叠块中相邻两层料块的叠层方式包括：(1)0°/90°与±45°的交替叠层；(2)两层0°/90°与一层±45°交替叠层；(3)一层0°/90°与两层±45°交替叠层。


7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，印制的芯条胶可以为实芯形，也可以为包括斜纹形、网纹形、圆孔形的非实芯形。

【专利技术属性】
技术研发人员：赵伟栋，赵培晔，张东霞，樊孟金，张云鹭，崔超，陈薇，潘玲英，王保林，赵云峰，王爽，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11