一种结构与生物安全一体化轻质蜂窝夹层结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种结构与生物安全一体化轻质蜂窝夹层结构及其制备方法，该结构包括两功能层、两结构层和蜂窝层，其中，两结构层对称排布于蜂窝层两侧，结构层0°方向与蜂窝拉伸方向L向一致，两功能层对称排布于两结构层外侧；功能层为含无机抗菌母粒的树脂胶膜与增强材料复合的预浸料固化而成；结构层为树脂胶膜与增强材料复合的预浸料固化而成；蜂窝层为浸渍添加有抗菌剂和/或防霉剂的酚醛树脂的纸蜂窝结构。本发明专利技术中蜂窝夹层结构对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的抗细菌率≥99％，对白色念珠菌的抗细菌率≥80％，防霉等级为0级，且力学性能保持性好。

【技术实现步骤摘要】
一种结构与生物安全一体化轻质蜂窝夹层结构及其制备方法
本专利技术属于复合材料制造
，特别涉及一种结构与生物安全一体化轻质蜂窝夹层结构及其制备方法。
技术介绍
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，金属蜂窝比重较大，随着复合材料科学的飞速发展和愈来愈迫切的减重需求，在航空航天空间站，飞行器等结构零部件逐渐从金属更新至树脂基复合材料。然而，非金属的树脂基复合材料若长期在密闭或潮湿环境易出现霉菌繁殖问题，故须对工况下的非金属材料的抗菌防霉等指标进行控制。战略战术武器在制造与使用之间存在较长的储存运输期，在此过程中易出现霉菌繁殖等问题，带来潜在的结构性能下降问题。航空发动机声衬构件由于天气环境，长期处在潮湿环境中，尽管有排水槽的设计存在，蜂窝中难免会存在积水，也会带来潜在的性能下降问题。空间站的密封舱和非密封舱、舱内和舱外也使用了大量的树脂基复合材料。相对于金属材料，密封舱内的树脂基复合材料会出现成为霉菌繁殖场所等问题。为了进行密封舱微生物控制，需对舱内树脂基复合材料的抗菌防霉等生物安全指标进行控制。同时，空间站内饰系统的主要功能是为舱内提供硬质的支撑，便于航天员的借力支持，同时实现舱内的整体架构，因而对使用的树脂基复合材料的力学性能也有着严格的要求。基于上述问题，亟需对树脂基复合材料构件进行结构生物安全一体化复合设计与制备，实现结构的完备化材料设计基础与制备技术。专利
技术实现思路
为了克服现有技术中的不足，本专利技术人进行了锐意研究，提供了一种结构与生物安全一体化轻质蜂窝夹层结构及其制备方法，通过引入与工艺相适应的高浓度无机抗菌母粒RHA-TA，解决了面板生物安全性能问题；在蜂窝制备的浸胶过程中引入液体无机类抗菌剂CAG6000与防霉剂A02，实现了蜂窝的生物安全性能，将含量较高的面板铺层设计在表层，中间层则使用不含抗菌防霉剂的面板，能够实现生物安全性能的同时保证结构性能，从而完成本专利技术。本专利技术提供了的技术方案如下：第一方面，一种结构与生物安全一体化轻质蜂窝夹层结构，其中，该结构包括两功能层、两结构层和蜂窝层，其中，两结构层对称排布于蜂窝层两侧，结构层0°方向与蜂窝L向一致，两功能层对称排布于两结构层外侧；功能层为含无机抗菌母粒的树脂胶膜与增强材料复合的预浸料固化而成；结构层为树脂胶膜与增强材料复合的预浸料固化而成；蜂窝层为浸渍添加有抗菌剂和/或防霉剂的酚醛树脂的纸蜂窝结构。第二方面，一种结构与生物安全一体化轻质蜂窝夹层结构的制备方法，用于制备上述第一方面所述的结构与生物安全一体化轻质蜂窝夹层结构，包括以下步骤：步骤1，功能层原材料的制备：选取无机抗菌母粒作为添加剂，与树脂充分混合后，涂敷成膜，随后与增强材料一同制备成均匀的干法预浸料；步骤2，结构层原材料的制备：选取与功能层相同树脂体系与增强材料，复合成干法预浸料，结构层不含无机抗菌母粒；步骤3，蜂窝层原材料的制备：在纸蜂窝制备的浸胶过程中，向酚醛树脂中加入抗菌剂和/或防霉剂，浸胶，依据最终成型需求来制备半固化或固化的蜂窝；步骤4，成型：依据实际工况需求，设计功能层与结构层的比例，然后在面板模具上依次铺覆功能层与结构层，热压罐固化成型，形成一体化面板；随后在组装模具中依次放入功能层在外侧的面板、胶膜、蜂窝层、胶膜、功能层在外的面板，热压罐固化成型。根据本专利技术提供的一种结构与生物安全一体化轻质蜂窝夹层结构及其制备方法，具有以下有益效果：(1)本专利技术中蜂窝夹层结构，实现了面板(功能层+结构层)与芳纶纸蜂窝的材料级生物安全性能，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的抗细菌率≥99％,对白色念珠菌的抗细菌率≥80％，防霉等级为0级；(2)本专利技术中蜂窝夹层结构，通过将抗菌剂含量较高的功能层作为表层，将不含抗菌剂的结构层作为中间层，在实现生物安全性能的同时保证结构力学性能；相较于无机抗菌母粒在功能层和结构层中平均分布的体系，力学性能保持率比抗菌性能相当的体系高10％-20％，而对白色念珠菌的杀伤能力比平均含量相同的体系则高30％以上。附图说明图1示出本专利技术中蜂窝夹层结构的结构示意图；图2示出蜂窝层抗菌性能结果，每项下第一列为金黄色葡萄球菌抗菌率，第二列为大肠杆菌抗菌率，第三列为白色念珠菌抗菌率；图3示出蜂窝夹层结构抗菌性能结果，每项下第一列为金黄色葡萄球菌抗菌率，第二列为大肠杆菌抗菌率，第三列为白色念珠菌抗菌率。具体实施方式下面通过对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。根据本专利技术的第一方面，如图1所示，提供了一种结构与生物安全一体化轻质蜂窝夹层结构，该结构包括两功能层1、两结构层2和蜂窝层3，其中，两结构层2对称排布于蜂窝层3两侧，结构层0°方向与蜂窝L向一致，两功能层1对称排布于两结构层2外侧；功能层为含无机抗菌母粒的树脂胶膜与增强材料复合的预浸料固化而成；结构层为树脂胶膜与增强材料复合的预浸料固化而成；蜂窝层为浸渍添加有抗菌剂和/或防霉剂的酚醛树脂的纸蜂窝结构。其中，蜂窝L向是指蜂窝孔格拉伸方向。在本专利技术中，蜂窝层3选自芳纶纸蜂窝或玻璃钢蜂窝中的任意一种。蜂窝层3可以为开槽或不开槽多种规格的蜂窝。进一步地，蜂窝层3成型过程中浸渍的酚醛树脂中添加有抗菌剂和防霉剂，得到具备生物安全性的蜂窝结构，抗菌剂为液体无机类抗菌剂CAG6000，防霉剂为防霉剂A02。其中，CAG6000为纯无机纳米银抗菌剂，为纳米银溶液，含银量达到6000ppm以上；防霉剂A02为高效液体抗菌防霉剂，为非离子体系，采用有机无机复合抗霉剂，具有广谱的抗菌防霉性能。。抗菌剂的添加量为酚醛树脂干胶的5wt％～45wt％，防霉剂的添加量为酚醛树脂干胶的5wt％～10wt％。为了浸渍蜂窝或者涂敷成膜，树脂中会加入溶剂，其中，不含有溶剂的树脂本身称为干胶。上述添加范围的抗菌剂和防霉剂，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的抗细菌率≥99％，对白色念珠菌的抗细菌率≥80％，防霉等级为0级。在本专利技术中，功能层中，无机抗菌母粒为无机抗菌母粒RHA-TA，其为银、锌为活性组分的无机抗菌防霉剂，活性组分含量≥93％，耐温性达到500℃，适用于注塑等工艺。本专利技术人在功能层中采用母粒形态的抗菌剂而不选择液态抗菌剂，原因在于树脂制成胶膜阶段需要保证树脂的粘度，如若使用液态抗菌剂会降低体系粘度，影响预浸料制备工艺；选择RHA-TA的原因在于该无机抗菌防霉剂有良好的耐热性能，并且工艺适应性较好，缓释性抗菌，抗菌性能时效长。银系抗菌对细菌真菌细胞膜有接触反应，能够造成细菌固有成分被破坏或产生功能障碍从而导致细菌死亡。功能层中，无机抗菌母粒的添加量为树脂干胶的2wt％～20wt％。经过试验发现，当添加量大于2wt％时，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的抗细菌率≥99％，对白色念珠菌的抗细菌率≥80％，防霉等级为0级；当本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结构与生物安全一体化轻质蜂窝夹层结构，其特征在于，该结构包括两功能层、两结构层和蜂窝层，其中，两结构层对称排布于蜂窝层两侧，拉伸结构层0°方向与蜂窝L向一致，两功能层对称排布于两结构层外侧；功能层为含无机抗菌母粒的树脂胶膜与增强材料复合的预浸料固化而成；结构层为树脂胶膜与增强材料复合的预浸料固化而成；蜂窝层为浸渍添加有抗菌剂和/或防霉剂的酚醛树脂的纸蜂窝结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种结构与生物安全一体化轻质蜂窝夹层结构，其特征在于，该结构包括两功能层、两结构层和蜂窝层，其中，两结构层对称排布于蜂窝层两侧，拉伸结构层0°方向与蜂窝L向一致，两功能层对称排布于两结构层外侧；功能层为含无机抗菌母粒的树脂胶膜与增强材料复合的预浸料固化而成；结构层为树脂胶膜与增强材料复合的预浸料固化而成；蜂窝层为浸渍添加有抗菌剂和/或防霉剂的酚醛树脂的纸蜂窝结构。


2.根据权利要求1所述的蜂窝夹层结构，其特征在于，蜂窝层成型过程中浸渍的酚醛树脂中添加有抗菌剂和防霉剂，抗菌剂为液体无机类抗菌剂CAG6000，防霉剂为防霉剂A02。


3.根据权利要求2所述的蜂窝夹层结构，其特征在于，抗菌剂的添加量为酚醛树脂干胶的5wt％～45wt％，防霉剂的添加量为酚醛树脂干胶的5wt％～10wt％。


4.根据权利要求1所述的蜂窝夹层结构，其特征在于，功能层中，无机抗菌母粒为无机抗菌母粒RHA-TA。


5.根据权利要求4所述的蜂窝夹层结构，其特征在于，功能层中，无机抗菌母粒的添加量为树脂干胶的2wt％～20wt％。


6.根据权利要求1所述的蜂窝夹层结构，其特征在于，功能层中，增强材料可以选自T300、T700、T800、M40J高性能碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维单向带或其二维织物中的一种或组合；
树脂可以选自环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、氰酸脂树脂、聚酰亚胺树脂或邻苯二甲腈...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙建波，杨智勇，易凯，杨昆晓，孙宝岗，左小彪，
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