[发明专利]一种大尺寸薄壁泡沫夹层结构的制备方法及该结构的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种大尺寸薄壁泡沫夹层结构的制备方法及该结构的应用，属于非金属/复合材料成型工艺技术领域。

背景技术

近年来，泡沫夹层复合材料结构在运载火箭、航空、风力发电机叶片、体育运动器材、医用设备配件、船舶制造、列车机车等领域大量应用，尤其在美日等发达国家，广泛应用于高技术领域，主要有：美国的Delta运载火箭的整流罩，日本三菱的HII-A运载火箭的整流罩，日本新干线的火车头，通用、西门子等公司的医疗床板、Vestas的风力发电机叶片等。我国使用泡沫夹层复合材料在高端领域应用较晚，并且在航空航天应用的泡沫芯材大部分依赖进口，国内虽然在研制，但整体性能与国外同类产品仍存在一定差距。除了在航空航天等高端领域，在其它民用领域如高速列车机头、大型风力发电机叶片等，国外也应用较早，并大量使用。而国内相关领域，应用较晚，并且大部分项目为国外转包或仿造，因此所用的材料也大部分为国外材料，尤其是芯材主要为进口。目前，国内泡沫芯材复合材料结构主要应用在房屋隔板、冷藏车隔板等，起隔热保温作用；应用的泡沫芯材以聚氨酯(PU)泡沫为主。虽然我国泡沫夹层复合材料应用及研究与国外相比存在较大差距，但近年来，国内航空航天领域，如直升机桨叶、火箭整流罩、导弹易碎盖、发射筒筒盖、风洞用叶片也已应用该结构，发展迅速。

泡沫夹层结构复合材料一般是投入一侧蒙皮的模具，在模具上成型蒙皮，然后将泡沫芯材粘接在蒙皮上，再在泡沫芯材的表面成型另一侧蒙皮；或者将两侧蒙皮各自单独成型，然后依靠胶粘剂将泡沫芯材与蒙皮粘接在一起。风道与目前国内、外成型的夹层结构复合材料相比：风道长度较长，截面尺寸相等且较小，而非通常所见的呈圆锥状、球冠状；风道内、外蒙皮沿周向是闭合的，而非通常采用的分瓣成型后再组装的结构形式。目前技术制备风道存在成型内蒙皮用模具加工困难、投入成本高，而且2mm厚的内蒙皮存在脱模困难、甚至无法脱模的危险；风道用夹芯材料选择何种泡沫既能阻燃、耐外蒙皮的固化温度，同时在固化过程中也不会出现局部塌陷；外蒙皮整体成型时存在泡沫塌陷、风道外观变形及局部存在褶皱等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种大尺寸薄壁泡沫夹层结构的制备方法，该方法制备的大尺寸薄壁泡沫夹层结构不但隔热性能好、密封性能好、产品刚度优异，重量轻，而且生产周期短、成本低，效率高，简便可行。

本发明的另外一个目的在于提供一种大尺寸薄壁泡沫夹层结构的应用。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种大尺寸薄壁泡沫夹层结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤(一)、采用预浸料在模具外表面进行铺层，并固化成型内蒙皮单元，所述内蒙皮单元为截面闭合的空腔结构；

步骤(二)、将多个内蒙皮单元沿空腔轴线方向依次采用边缘搭接并粘接的方式连接在一起，形成内蒙皮；

步骤(三)、将泡沫板粘接在内蒙皮外表面；

步骤(四)、将内蒙皮外表面需要预埋加强块位置的泡沫剔除，将加强块粘接在所述位置；

步骤(五)、在泡沫板外表面采用预浸料进行铺层，再铺设辅助材料，并抽真空、固化，得到整体的外蒙皮。

在上述大尺寸薄壁泡沫夹层结构的制备方法中，步骤(二)中对内蒙皮单元的边缘搭接处进行局部补强，即在搭接位置采用宽度大于搭接边的预浸料进行补强。

在上述大尺寸薄壁泡沫夹层结构的制备方法中，进行补强的预浸料中的树脂与形成内蒙皮的预浸料中的树脂相同，增强纤维为碳纤维或玻璃纤维二维织物。

在上述大尺寸薄壁泡沫夹层结构的制备方法中，内蒙皮单元的截面为多边形或圆形。

在上述大尺寸薄壁泡沫夹层结构的制备方法中，内蒙皮单元沿空腔轴线方向的长度≤3米。

在上述大尺寸薄壁泡沫夹层结构的制备方法中，步骤(一)、(五)中的预浸料包括树脂和增强纤维，其中树脂选用环氧树脂体系、不饱和聚酯树脂或酚醛树脂；增强纤维选用碳纤维及其碳布，或玻璃纤维及其玻璃布。

在上述大尺寸薄壁泡沫夹层结构的制备方法中，步骤(一)、(五)中预浸料的铺层方式为铺层角度(90°/0°)n，其中n为正整数，n≥4。

在上述大尺寸薄壁泡沫夹层结构的制备方法中，步骤(二)、I(三)、(四)中粘接采用的粘接剂为J-135或J-22胶粘剂。

在上述大尺寸薄壁泡沫夹层结构的制备方法中，步骤(三)中的泡沫为酚醛树脂泡沫、聚酰胺树脂泡沫或PMI泡沫。