仿生轻质隔热夹芯结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种仿生轻质隔热夹芯材料的夹芯结构及其制备方法，所述的夹芯结构，包括以不同振幅形式存在的正弦波纹状薄壁结构，薄壁结构之间以几乎等间距但方向不定的特殊方式均匀排布而成。夹芯结构由上下密封面板封住上下两端，其内部具有50

【技术实现步骤摘要】
仿生轻质隔热夹芯结构及其制备方法


[0001]本专利技术属于隔热材料
，具体涉及一种仿生轻质隔热夹芯结构及其 制备方法。

技术介绍

[0002]夹芯板具有高强度、良好的隔热性、结构轻量化等多种优良特性，因此在 航空航天、运输、船舶、建筑等领域都得到了广泛的应用。现有夹芯板结构主 要为蜂窝结构和波纹结构两种，蜂窝结构由于内部各个蜂窝单元相互密闭，因 此在其作为隔热材料时，难以将气凝胶、发泡材料等材料进行填充，因此其隔 热性能不足；而波纹结构虽然便于进行发泡材料填充，但其力学强度不足。
[0003]现有的热防护结构通常使用金属蜂窝夹芯板，不论是其夹芯结构本身还是 面板与夹芯结构之间的复合，均采用胶接的方式，这种胶接的方式导致了其整 体强度、使用寿命、实用工况受胶粘剂性能限制，在振动、高温等特殊工况下 难以充分发挥其主要性能，而此时金属材料的高密度则成为这种一体化热防护 结构中的弊端。相比于金属材料，非晶陶瓷具有更低的密度和更低的热导率， 同时具有较高的强度，因此更适合用于一体化热防护结构，但由于一般的陶瓷 难以切削加工，因此在之前的应用中十分受限。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术提供一种仿生轻质隔热夹芯结构及其制备方法，以克服相关 技术中隔热板夹芯结构与外部不连通不利于隔热材料的填充、结构强度低等的 不足。
[0005]为了解决上述问题，一方面，本专利技术提供一种仿生轻质隔热夹芯结构，包 括相对间隔设置的第一面板、第二面板，以及位于第一面板、第二面板之间的 仿生内部夹芯结构，所述仿生内部夹芯结构是基于Micro CT，对天然墨鱼骨材 料进行重构的多孔材料制得的多个薄壁体，所述薄壁体为在所述第一面板与所 述第二面板之间呈波浪形状延伸的侧立壁，所述薄壁体的内部孔隙与外部连 通，所述第一面板、薄壁体及第二面板为非晶陶瓷一体成型；优选地，夹芯结 构孔隙率为50
‑
95％。
[0006]优选地，所述薄壁体与所述第一面板的接触面呈具有第一振幅的正弦波 形，所述薄壁体与所述第二面板的接触面呈具有第二振幅的正弦波形，所述第 一振幅与第二振幅不相等。
[0007]优选地，所述第一振幅为600μm
‑
1000μm；和/或，所述第二振幅为200 μm
‑
600μm。
[0008]优选地，所述薄壁体为等壁厚壁体；和/或，所述薄壁体上的所述孔隙的布 设孔隙率为50
‑
95％；和/或，所述第一面板的板厚为0.1mm
‑
2.0mm；和/或， 所述第二面板的板厚为0.1mm
‑
2.0mm。
[0009]优选地，所述薄壁体的壁厚为200μm
‑
1000μm。
[0010]优选地，相邻的两个侧立壁之间的最小距离相等，且所述最小距离为 1mm
‑
5mm。
[0011]优选地，所述侧立壁上还具有多条凸出的肋条，其数量与天然墨鱼骨材料 中完全
对应，所述肋条沿所述薄壁体的波浪形状的延伸方向延伸；和/或，所述 仿生轻质隔热夹芯结构采用3D打印一体成型。
[0012]另一方面，本专利技术还提供一种仿生轻质隔热夹芯材料的制备工艺，包括如 下步骤；
[0013]A.材料组成及制备：
[0014]光敏陶瓷前驱体浆料的配制：取乙烯基陶瓷前驱体，随后加入自由基清除 剂消除乙烯基陶瓷前驱体内部因运输等状况产生的游离自由基。之后加入巯丙 基甲基硅氧烷，混匀后再加入0.5
‑
5.0wt％光引发剂继续混匀，得到光敏陶瓷前 驱体浆料，用于3D打印制备陶瓷部件；优选地，所述自由基清除剂为0.5
‑
5.0 wt％；优选地，所述光引发剂为0.5
‑
5.0wt％；
[0015]进一步地，所述光敏陶瓷前驱体浆料固化的方法是在对应于其光引发剂引 发波段的紫外光照射下进行完全固化，优选地，进行紫外光照射时使用设备为 DLP陶瓷3D打印设备；
[0016]进一步地，所述光引发剂为1
‑
羟基环己基苯乙酮、2，4，6
‑
三甲基苯甲酰 基
‑
二苯基氧化膦、2，4，6
‑
三甲基苯甲酰基磷酸乙酯、苯基双(2，4，6
‑
三甲 基苯甲酰基)氧化膦中的一种或几种的混合物；优选地，其含量为0.5
‑
5.0wt％； 优选地，所述光引发剂2，4，6
‑
三甲基苯甲酰基磷酸乙酯需要与加入巯丙基 甲基硅氧烷后的溶液一起经超声混匀，2，4，6
‑
三甲基苯甲酰基磷酸乙酯为液 态，可以轻易搅拌混匀；
[0017]进一步地，所述光敏陶瓷前驱体浆料可以由乙烯基
‑
巯基点击反应聚合， 具体方式为：首先称取乙烯基陶瓷前驱体，随后加入自由基清除剂并混匀，再 加入巯基陶瓷前驱体后混匀，再加入光引发剂后混匀得到。此时所述含乙烯基 陶瓷前驱体与巯丙基陶瓷前驱体各自都需要有2个以上的活性基团，以保证热 解后形成稳定的陶瓷块体，优选地，以乙烯基与巯基比例为9：1
‑
1：9进行配 比；优选地，所述乙烯基陶瓷前驱体为乙烯基甲基硅氧烷；优选地，所述巯基 陶瓷前驱体为巯丙基甲基硅氧烷；
[0018]进一步地，所述光敏陶瓷前驱体浆料也可以由丙烯酸酯基反应聚合，此时 所述含丙烯酸酯基陶瓷前驱体需要有2个以上的丙烯酸酯基团，以保证热解后 形成稳定的陶瓷块体；优选地，所述含丙烯酸酯基陶瓷前驱体为盈创RC
‑
711 及其更新产品、Starfire SMP
‑
10及其更新产品；
[0019]进一步地，所述自由基清除剂为对羟基苯甲醚或2，6
‑
二叔丁基对甲酚； 优选地，对羟基苯甲醚在加入到浆料中后，需要超声10分钟以获得完全混匀 为透明澄清浆料；
[0020]B.仿生轻质隔热夹芯材料的3D打印
[0021]将步骤A配制所得光敏陶瓷前驱体浆料按照前述特征模型进行3D打印；
[0022]优选地，所述仿生轻质隔热夹芯材料的3D打印步骤中所用设备为荷兰 ADMATEC公司ADMATEC A130设备；
[0023]进一步地，所述仿生轻质隔热夹芯材料的3D打印步骤，将光敏陶瓷前驱 体浆料均匀的铺展在离型膜上，进行DLP 3D打印；优选地，每层曝光强度为 5
‑
30mW/cm2，每层曝光时间为1
‑
30s；
[0024]进一步地，所述仿生轻质隔热夹芯材料的3D打印步骤，在完成光敏陶瓷 前驱体3D打印得到胚体后，需要对其表面黏附浆料进行后处理；优选地，后 处理工艺包括压缩气枪
清理、浆料超声清洗或吸油纸清理其中的一种或几种； 优选地，超声清洗所用浆料为乙醇、异丙醇、正戊醇中的一种或几种的混合物；
[0025]C.仿生轻质隔热夹芯材料胚体的热解成瓷；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生轻质隔热夹芯结构，其特征在于，包括相对间隔设置的第一面板(1)、第二面板(2)，以及位于第一面板(1)、第二面板(2)之间的仿生内部夹芯结构，所述仿生内部夹芯结构是基于Micro CT，对天然墨鱼骨材料进行重构的多孔材料制得的多个薄壁体，所述薄壁体(3)为在所述第一面板(1)与所述第二面板(2)之间呈波浪形状延伸的侧立壁，所述薄壁体(3)的内部孔隙与外部连通，所述第一面板(1)、薄壁体(3)及第二面板(2)为非晶陶瓷一体成型；优选地，夹芯结构孔隙率为50
‑
95％。2.根据权利要求1所述的仿生轻质隔热夹芯结构，其特征在于，所述薄壁体(3)与所述第一面板(1)的接触面呈具有第一振幅的正弦波形，所述薄壁体(3)与所述第二面板(2)的接触面呈具有第二振幅的正弦波形，所述第一振幅与第二振幅不相等。3.根据权利要求2所述的仿生轻质隔热夹芯结构，其特征在于，所述第一振幅为600μm
‑
1000μm；和/或，所述第二振幅为200μm
‑
600μm。4.根据权利要求1至3中任一项所述的仿生轻质隔热夹芯结构，其特征在于，所述薄壁体(3)为等壁厚壁体；和/或，所述薄壁体(3)上的所述孔隙的布设孔隙率为50
‑
95％；和/或，所述第一面板(1)的板厚为0.1mm
‑
2.0mm；和/或，所述第二面板(2)的板厚为0.1mm
‑
2.0mm。5.根据权利要求1至4中任一项所述的仿生轻质隔热夹芯结构，其特征在于，所述薄壁体(3)的壁厚为200μm
‑
1000μm。6.根据权利要求1至5中任一项所述的仿生轻质隔热夹芯结构，其特征在于，相邻的两个侧立壁之间的最小距离相等，且所述最小距离为1mm
‑
5mm。7.根据权利要求1至6中任一项所述的仿生轻质隔热夹芯结构，其特征在于，所述侧立壁上还具有多条凸出的肋条(4)，其数量与天然墨鱼骨材料中完全对应，所述肋条(4)沿所述薄壁体(3)的波浪形状的延伸方向延伸；和/或，所述仿生轻质隔热夹芯结构采用3D打印一体成型。8.一种仿生轻质隔热夹芯结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：A.材料组成及制备：光敏陶瓷前驱体浆料的配制：所述光敏陶瓷前驱体浆料由乙烯基
‑
巯基点击反应聚合，取乙烯基陶瓷前驱体，随后加入自由基清除剂消除乙烯基陶瓷前驱体内部的游离自由基，之后加入巯基陶瓷前驱体后，混匀后再加入光引发剂继续混匀，得到光敏陶瓷前驱体浆料，用于3D打印；优选地，所述乙烯基陶瓷前驱体为乙烯基甲基硅氧烷；优选地，所述巯基陶瓷前驱体为巯丙基甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴，张卓卿，李靖晗，曹磊，杨锐，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：