轻质耐高温纤维增强热塑性三明治板的整体化制备方法技术

本发明专利技术公开了一种轻质耐高温纤维增强热塑性三明治板的整体化制备方法，包括：步骤一、将铝合金粉或铝粉、SiC粉、Mg粉、TiH2粉作为芯层原材料，按照配比进行称重和混合；骤二、将第一层压板放入压制模具腔内底部位置，并将得到的芯层材料混合物均匀的涂覆在第一层压板的上表面上作为芯层，将第二层压板放置在芯层的表面，进行压制；步骤三、将三明治复合结构预制坯放进发泡成型模具中，并将其整体放入加热箱中进行加热，加热结束后进行保温；步骤四、保温结束后，对发泡成型模具整体进行降温，降温结束后进行再次保温，在保温的同时施加压力对在模具中的预制坯进行压制，得到三明治板成品。得到三明治板成品。得到三明治板成品。

【技术实现步骤摘要】
轻质耐高温纤维增强热塑性三明治板的整体化制备方法


[0001]本专利技术涉及一种轻质耐高温纤维增强热塑性三明治板的整体化制备方法，属于复合材料制备


技术介绍

[0002]近些年来，随着航天航空，车辆交通和传统机械等各个领域的快速发展，结构轻量化、结构功能一体化成为各个行业发展的必然趋势，其中，轻质夹层三明治复合结构是实现结构轻量化的有效手段之一。
[0003]三明治复合结构是通过在质量轻且有一定厚度的芯材上下两侧贴上两层坚固且薄的抗拉面板所组成。三明治复合结构在承受弯曲载荷时表现优异，其面板主要承受平面拉伸和压缩载荷，其芯材主要承受剪切载荷，结构的不同位置承受不同的载荷有利于对抗复杂性的应力状态。如果上下板面的距离设置加大时，结构会拥有更大比例的刚度，这样就提供了一个总体轻质又具有比刚度高的复合结构。
[0004]三明治结构的芯材一般采用泡沫芯材和蜂窝芯材，使用过程中具有蜂窝芯材的结构存在些缺陷，比如蜂窝和面板的粘接面积较小，导致长期工作环境下需求抗疲劳性能不能够满足。相比之下，具有泡沫芯的三明治结构能有很好的抗疲劳性外，还具有比强度高、比刚度高、减震吸能、吸声隔音、导热性优良的特点。常见的泡沫芯材有EPS、EPP、EPE、EPE、PS、PU、PVC、SAN、PMI、PET、PEI、PF泡沫、轻木泡沫、泡沫铝等。常见的三明治复合结构的面板有钢板、钛板、铝板、镍板、玻璃纤维增强热固性板、玻璃纤维增强热塑性板、碳纤维增强热固性板、碳纤维增强热塑性板、芳纶纤维增强热固性板，芳纶纤维增强热塑性板等。
[0005]对于航空航天、车辆交通和机械等领域的板材材料，除了轻量化要求，耐高温、阻燃性等性能也是非常重要的指标。对于常规的泡沫芯材中只有金属基泡沫铝芯材是同时具有轻质和耐高温两个特性的材料。然而一般以泡沫铝为芯材的三明治结构都是以致密金属板(如钢板、钛板、铝板、镍板等)为面板，虽然可以耐高温，但是由于面板的金属密度过大，导致整体结构重量过重，无法实现轻质的目标。
[0006]通常纤维材料(玻纤、碳纤、芳纶纤维和金属纤维等)对温度并不敏感，在高温下依然能保持基本的力学性能不变。而对于常用的大部分热固性复合材料的熔点温度较低，如环氧树脂玻璃态转化温度(Tg)为80℃、熔点(Tm)为120℃，另外一个缺点是热固性材料熔化后，其交联结构被破坏，则导致材料无法重塑。相比于热固性材料，热塑性材料有一个可以被重复加热的优点，即熔化后还可以重塑。但是常见的热塑性材料也不能在的温度太高的环境下长时间工作，如聚苯乙烯Tg＝63℃和Tm＝120℃，聚酰胺Tg＝59℃和Tm＝240℃，聚醚醚酮Tg＝143℃和Tm＝280℃。
[0007]目前，制备芯层材料为泡沫铝材料，面板材料为纤维增强热固/热塑性层合板材料的三明治复合结构的主要方法为胶接或焊接。然而该方法需要单独的接触界面粘接工艺环节，且存在最大的问题是界面胶层不耐高温，在高温下长时间工作容易老化。
[0008]有鉴于此，确有必要提出一种能够在高温环境下长时间工作的轻质耐高温的三明
治复合结构板，同时还要可以实现制备工艺流程的整体化，缩短其制备的流程，减少多余的工艺环节。

技术实现思路

[0009]本专利技术设计开发了一种轻质耐高温纤维增强热塑性三明治板的整体化制备方法，将泡沫芯层和上下层压板之间的界面通过热压实现粘流态下的聚酰亚胺树脂作为高温结构胶水粘接在一起，得到的三明治板，质量轻、力学性能好。
[0010]本专利技术提供的技术方案为：
[0011]轻质耐高温纤维增强热塑性三明治板的整体化制备方法，包括：
[0012]步骤一、将铝合金粉或铝粉、SiC粉、Mg粉、TiH2粉作为芯层原材料，并对SiC粉、Mg粉和Ti H2粉表面进行氧化处理后按照配比进行称重和混合，得到芯层材料混合物；
[0013]步骤二、将第一层压板放入压制模具腔内底部位置，并将得到的芯层材料混合物均匀的涂覆在第一层压板的上表面上作为芯层，并将第二层压板放置在芯层的表面，进行压制，得到三明治复合结构预制坯；
[0014]步骤三、将三明治复合结构预制坯放进发泡成型模具中，并将其整体放入加热箱中进行加热，加热结束后进行保温；
[0015]步骤四、保温结束后，对发泡成型模具整体进行降温，降温结束后进行再次保温，在保温的同时施加压力对在模具中的预制坯进行压制，压制结束后，冷却至室温，移除成型模具，得到三明治板成品。
[0016]优选的是，所述步骤一包括：
[0017]所述SiC粉、所述Mg粉、所述TiH2粉的质量分别为铝合金粉或铝粉质量的2～8％，0.5～1.0％和1.0～1.8％。
[0018]优选的是，所述铝合金粉或铝粉、所述SiC粉、所述Mg粉、所述TiH2粉的粒度分别为40～75μm，15～85μm，23～54μm和40～84μm。
[0019]优选的是，所述步骤一中，
[0020]对SiC粉的氧化处理温度为850～980℃，保温时间为2.5～5.5h；
[0021]对Mg粉的氧化处理温度为500～600℃，保温时间为4～6h；
[0022]对TiH2粉的氧化处理温度为380～500℃，保温时间为4～10h。
[0023]优选的是，
[0024]所述混合可采用手动混合或球磨机混合；
[0025]手动混合的时间25～35min；
[0026]球磨机混合时间为1.5～2.5h，料球比例为2:1～3:1，转速为80～100r/min。
[0027]优选的是，所述第一层压板和所述第二层压板为纤维增强聚酰亚胺热塑性层合板，纤维质量占层合板总质量的60～80％，所述第一层压板和所述第二层压板的厚度为0.5～2mm。
[0028]优选的是，所述步骤二中，所述压制过程包括：
[0029]冷压，温度为室温，压制工艺为单轴压制或双轴压制，压力为350～450MPa，保压时间8～15min；
[0030]热压，温度为200～300℃，压制工艺为单轴压制或双轴压制，压力为200～300MPa，
保压时间20～28min。
[0031]优选的是，所述步骤三中，加热温度为580～610℃，保温发泡时间为10～15min，所述步骤四中，降温的温度为350～420℃，施加压力为1～5MPa，保温保压定型时间为10～20min。
[0032]优选的是，
[0033]所述发泡成型模具的腔内高度可调节，在放入预制坯前，在所述发泡成型模具的上下表面刷上脱胶剂。
[0034]优选的是，
[0035]所述步骤二中，芯层材料混合物采用冲压头或震动方式进行涂覆；
[0036]所述步骤四中，所述降温方法为自然冷却、水雾冷却或风冷中的一种。
[0037]本专利技术所述的有益效果
[0038]1、本专利技术所述的整体化制备方法不需要单独的胶接或焊接工艺步骤，工艺流程简化容易实现规模化生产。
[0039]2、本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.轻质耐高温纤维增强热塑性三明治板的整体化制备方法，其特征在于，包括：步骤一、将铝合金粉或铝粉、SiC粉、Mg粉、TiH2粉作为芯层原材料，并对SiC粉、Mg粉和Ti H2粉表面进行氧化处理后按照配比进行称重和混合，得到芯层材料混合物；步骤二、将第一层压板放入压制模具腔内底部位置，并将得到的芯层材料混合物均匀的涂覆在第一层压板的上表面上作为芯层，并将第二层压板放置在芯层的表面，进行压制，得到三明治复合结构预制坯；步骤三、将三明治复合结构预制坯放进发泡成型模具中，并将其整体放入加热箱中进行加热，加热结束后进行保温；步骤四、保温结束后，对发泡成型模具整体进行降温，降温结束后进行再次保温，在保温的同时施加压力对在模具中的预制坯进行压制，压制结束后，冷却至室温，移除成型模具，得到三明治板成品。2.根据权利要求1所述的轻质耐高温纤维增强热塑性三明治板的整体化制备方法，其特征在于，所述步骤一包括：所述SiC粉、所述Mg粉、所述TiH2粉的质量分别为铝合金粉或铝粉质量的2～8％，0.5～1.0％和1.0～1.8％。3.根据权利要求2所述的轻质耐高温纤维增强热塑性三明治板的整体化制备方法，其特征在于，所述铝合金粉或铝粉、所述SiC粉、所述Mg粉、所述TiH2粉的粒度分别为40～75μm，15～85μm，23～54μm和40～84μm。4.根据权利要求1或3所述的轻质耐高温纤维增强热塑性三明治板的整体化制备方法，其特征在于，所述步骤一中，对SiC粉的氧化处理温度为850～980℃，保温时间为2.5～5.5h；对Mg粉的氧化处理温度为500～600℃，保温时间为4～6h；对TiH2粉的氧化处理温度为380～500℃，保温时间为4～10h。5.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄蔚敏，张海伦，王恩铭，王祺源，张帆，祖潇涵，强成国，陈沈，张迪彤，李卓儒，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：