基于碳纤维纸的蜂窝芯以及由蜂窝芯制成的制品制造技术

本发明专利技术涉及蜂窝芯，所述蜂窝芯由包含20-85重量％的碳纤维絮状物的纸材制成。碳纤维具有至少1.5∶1的非圆形截面宽高比。纸材具有至少35％的纤维体积分数。碳纤维的算术平均长度为至少0.5mm，并且长度加权平均长度为至少0.9mm。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于碳纤维纸的蜂窝芯以及由蜂窝芯制成的制品专利技术背景专利
本专利技术涉及由碳纤维纸制成的结构性蜂窝芯。
技术介绍
由高性能纤维材料制成的用于夹心板的芯结构(大多数呈蜂窝结构形式)用于不同的应用中，但主要用于航空和航天工业中，其中強度与重量或硬度与重量的比率具有极高的值。作为用来制造蜂窝结构的纸基板的主要组分，芳族聚酰胺纤维已被使用了多年。也可得到由琉璃纤维和碳纤维制成的蜂窝结构，但它们仅呈织造织物基板的形式。用纸基板生产蜂窝结构的方法的成本要低于用织物基板生产芯的方法的成本，因此是人们所高度期 望的。纸基板的使用也允许制造出具有较小巢室尺寸和较高重量的芯。用碳纸基板来制造芯的制造商们所面临的难题是，碳纤维的脆性极大，因而在压延所述纸材的过程中易于破裂和断裂。这就带来了显著的问题，因为通过压延来増加纸材密度是所述方法的ー个必要且重要的部分。由压延所造成的高分数的断裂碳纤维将会显著地影响最终蜂窝结构的机械性能。因此需要ー种由高密度压延的纸基板制成的芯结构，所述纸基板包含碳纤维，所述碳纤维具有最小分数的极短的断裂碳纤维并且具有大多数的足够长度的碳纤维以在最终复合结构中提供所期望的特性。日本专利申请6-210777公开了ー种蜂窝芯，其使用芳族聚酰胺纤维和碳纤维的混合物作为巢室壁的基片。专利技术概沭本专利技术涉及包括多个互连的壁的蜂窝结构，所述壁具有限定多个蜂窝巢室的表面，其中(i)巢室壁由纸材形成，所述纸材包含20-85重量％的碳纤維，(ii)纸材具有至少35%的纤维体积分数，(iii)碳纤维具有至少O. 5mm的算木平均长度，并且(iv)碳纤维具有至少O. 9mm的长度加权平均长度。术语“纤维体积分数”、“算木平均长度”和“长度加权平均长度”具有如“测试方法”所示的定义。本专利技术还涉及包括树脂浸溃的蜂窝芯的结构夹心板，所述芯具有至少ー个连接到所述芯的两个外表面的表面板，其中所述芯的巢室壁由纸材形成，所述纸材包含(i) 20-85重量％的碳纤维、(ii)7. 5-50重量％的对位芳族聚酰胺纤维、和(iii) 7. 5-30重量％的聚合物粘合剂，其中(iv)纸材具有至少35%的纤维体积分数，(V)碳纤维具有至少O. 5mm的算木平均长度，并且(vi)碳纤维具有至少O. 9mm的长度加权平均长度。附图简沭图Ia和图Ib为六边形形状的蜂窝结构的图示。图2为六边形単元形状的蜂窝结构的另ー图示。图3为具有表面板的蜂窝结构的例证。专利技术详沭本专利技术涉及包括多个互连的壁的蜂窝芯，所述壁具有限定多个蜂窝巢室的表面，其中巢室壁由纸材形成，所述纸材包含20-85重量％的具有非圆形截面的碳纤维，所述纸材在用树脂浸溃之前具有至少35%的纤维体积分数。碳纤维的算木平均长度为至少O. 5mm,并且长度加权平均长度为至少O. 9mm。优选地，碳纤维具有O. 1-3. O旦尼尔/长丝(dpf)范围内的线密度和至少1.5:1 的纤维截面宽高比(宽度对高度比)。非圆形碳纤维截面连同相对较小的纤维线密度提供了如下的纸材，所述纸材在压延井随后转化为蜂窝结构之后具有低百分比的短碳纤维或断裂碳纤維。优选地，碳纤维的算木平均长度为至少O. 7mm。优选地，碳纤维的长度加权平均长度为至少1.2_。例如，纤维截面可为狗骨形、菜豆形、椭圆形、带形或条形。图Ia为本专利技术的ー个蜂窝结构I的平面图，其示出了由巢室壁3形成的巢室2。图Ib为图I所示蜂窝结构的正视图，其示出了在巢室壁的两端形成的所述两个外表面或面4。芯也具有边缘5。图2为蜂窝结构的三维视图。其示出了具有六边形巢室2和巢室壁3的蜂窝结构I。图2在“ 10”处示出了蜂窝结构的“ T”尺度或厚度。示出了六方形巢室；然而，其它几何排列也是可能的，其中正方形巢室、过度扩展巢室和弯曲形巢室是最常见的可能排列。此类巢室类型在本领域中为人们所熟知并且可參考T. Bitzer (Chapman & Hall,publishers, 1997)的《Honeycomb Technology))中关于可能的几何巢室类型的附加信息。在另ー个实施方案中，本专利技术涉及包括多个互连的壁的蜂窝芯，所述壁具有限定多个蜂窝巢室的表面，其中巢室壁由纸材形成，所述纸材包含20-85重量％的具有非圆形截面的碳纤維、7. 5-50重量％的芳族聚酰胺纤維和7. 5-30重量％的聚合物粘合剂，所述纸材在用树脂浸溃之前具有至少35%的纤维体积分数。碳纤维的算木平均长度为至少O. 5mm,并且长度加权平均长度为至少O. 9mm。在另ー个优选的实施方案中，纸材在用树脂浸溃之前具有不大于2. 2的纵向与横向拉伸强度比以便最大化成品蜂窝芯的特性。用于本专利技术的碳纤维可呈短的切割纤维或短切纤维的形式，这种形式也称为絮状物。絮状物是通过将连续长丝纤维切割成短长度制成的，不产生显著的原纤化。合适的长度范围的ー个实例为I. 5mm至20mm。适用于本专利技术的碳纤维可使用例如如下所述的已知的技术方法由聚丙烯腈(PAN)或浙青前体制成J. B. Donnet和R. C. Bansal. Carbon Fibers,Marcel Dekker, 1984年。非圆形碳纤维截面在对所述前体进行纺丝的过程中形成。优选地，碳纤维具有至少1667克/分特(1500克/旦尼尔)的模量和至少28克/分特(25克/旦尼尔)的韧度，所述模量和韧度通过测试树脂浸溃的且固结的由连续长丝纱线或丝束制成的测试样品来限定。如果碳纤维絮状物长度小于I. 5毫米，则其一般来讲太短而不能够被加工成可浸透的纸材结构并提供具有足够模量和強度的最终复合材料；如果絮状物长度大于20毫米，则极难形成均匀的湿法成网的纤维网。线密度小于0. 2dpf且尤其小于0. Idpf的絮状物难以被制备得具有足够的截面均匀性和再现性；如果絮状物线密度大于3. Odpf，则极难形成低基重至中等基重的均匀的纸材。可任选地氧化碳纤维的表面以改善对用来涂覆所述纸材的基质树脂的粘附性。氧化方法比如湿式氧化、干式氧化、阳极氧化等均是本行业已知的，并且更详细地描述于“Fibre Reiniorcements for しomposite Materials”，しomposite Materials beries,Volume 2, Editor :Α· R. Bunsell, Elsevier, 1988” 中。本专利技术中所用的芳族聚酰胺纤维可为絮状物形式、纸浆形式、或它们的组合。本文所用术语“芳族聚酰胺”是指聚酰胺，其中至少85%的酰胺(-C0NH-)连接基直接连接到两个芳族环。添加剂可与所述芳族聚酰胺一起使用。实际上已发现，可将多达10重量％的其它聚合材料与芳族聚酰胺共混，或者可使用共聚物，所述共聚物具有多达10 %的替代芳族聚酰胺的ニ胺的其它ニ胺，或多达10%的替代芳族聚酰胺的ニ酰氯的其它ニ酰氯。如本文所用，术语“纸浆”是指具有杆和一般从其中延伸的纤丝的纤维材料的颗粒，其中杆一般为柱形并且直径为约10至50微米，并且纤丝为一般连接到杆上的细小的、毛发样的构件，所述构件测量的直径仅为ー微米的若干分之几或者几微米并且长度为约10至100微米。芳族聚酰胺纤维絮状物具有与碳纤维絮状物类似的长度。间位芳族聚酰胺和对位芳族聚酰胺纤 维均是合适的，并且以商品名K本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·R·勒维，D·W·考卡，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：