[发明专利]一种泡沫填充蜂窝制备液态成型复合材料夹层结构的方法

说明书

本发明属于复合材料制备技术领域，涉及一种泡沫填充蜂窝制备液态成型复合材料的方法。本发明基于液态成型与使用蜂窝存在的困难，先采用可同时与蜂窝及液态成型树脂具有材料及工艺匹配性的酚醛发泡物料对蜂窝孔格进行预填充，再将完成预固化的泡沫填充蜂窝芯材应用至液态成型工艺，获得液态成型工艺制备的泡沫填充蜂窝夹层复合材料。使用本方法制备泡沫填充蜂窝夹层结构，可有效解决蜂窝无法应用于液态成型工艺的问题，解决制造面临的难题，使蜂窝芯材适用于各种液态成型工艺，具有较强的适应性。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，涉及一种泡沫填充蜂窝制备液态成型复合材料的方法。

背景技术

蜂窝夹层结构以其轻质高刚度的特点广泛应用于航空航天飞行器的结构中，目前，蜂窝夹层复合材料主要采用热压罐成型工艺制造，但热压罐成型工艺的制造灵活性有限，对于一些复杂外形的结构无法实现应用，且制造成本较高。近年来，以树脂传递模塑成型工艺(Resin Transfer Molding,RTM)与真空辅助树脂浸渗成型工艺(Vacuum AssistedResin Infusion,VARI)等为代表的复合材料低成本液态成型工艺(Liquid CompositeMolding,LCM)迅速兴起，现已逐渐成为整体化、复杂结构复合材料制件制造的重要手段，且能够极大地提高飞机的减重效率、降低制造成本。但对于液态成型复合材料而言，目前常用的蜂窝芯材无法实现工艺兼容。这是由于在液态成型工艺过程中存在低黏度树脂的大面积流动，树脂极易进入到蜂窝的孔格结构中，而造成复合材料结构重量的大幅增加，严重影响其减重效果。

为了将蜂窝芯材用于液态成型工艺，国内外都开展了相关研究工作，如EP0722825A2采用胶膜、预浸料、干态织物作为组合体用于RTM工艺，可制备相应的蜂窝夹芯结构，但该工艺必须采用胶膜，导致复合材料夹层结构重量增加，并且该封装方式使用了未固化的胶膜，在后续RTM工艺过程中在较高的注射压力下低黏度树脂可能出现流入蜂窝网格内部的情况；US20030082339改进了EP0722825A2对蜂窝的封装方法，首先利用胶膜对蜂窝进行封孔并固化，而后进行RTM工艺，该方法也使用了胶膜，增加了制件重量，而且分为两步工艺，虽然增加了工艺成本，但降低了RTM树脂进入蜂窝孔格的风险；CN201310717193采用预浸料对蜂窝进行封孔处理，并在热压罐中完成预浸料的预固化或固化，然后利用液态成型工艺制备蜂窝夹层复合材料，该工艺方法所采用的预浸料其基体树脂需与后续注入的液态成型树脂具有相容性，这在一定程度上限制了预浸料的选材，并且蜂窝封装固化时需要使用热压罐进行预成型，增加了工艺成本。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的问题提出一种泡沫填充蜂窝制备液态成型复合材料夹层结构的方法。本发明的技术解决方案是，将热固性酚醛泡沫原位发泡填充在蜂窝芯材孔格内中，其填充方法是，(一)将蜂窝芯材置于一个四周封闭的平板模具中；(二)将100份酚醛树脂、5～20份微胶囊发泡剂、1～5份表面活性剂、5～40份空心玻璃微珠混合并搅拌均匀，所配制的发泡物料黏度为1Pa·s～5Pa·s，pH值为7.0±0.5，发泡温度为80℃～150℃，将发泡物料浇铸到蜂窝孔格内，至发泡物料填满蜂窝孔格总体积的80％为止，将模具上盖合紧；(三)将模具整体置于100℃～150℃烘箱中固化2h～4h，至使微胶囊发泡剂膨胀及树脂基体预固化，得到预固化的泡沫填充蜂窝芯材；(四)按设计铺层将干态纤维织物铺放于预固化的填充蜂窝芯材表面，并将组合体转移至液态成型模具内，采用小于等于0.5MPa的注射压力将液态成型树脂注入至密封的液态成型模具内，获得液态成型工艺制备的泡沫填充蜂窝夹层结构复合材料。

所述的蜂窝芯材为对位或间位芳纶纸浸渍酚醛树脂、环氧树脂、氰酸酯树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂或及其改性树脂形成的蜂窝。

所述发泡物料黏度为1Pa·s～5Pa·s，pH值为7.0±0.5，发泡温度为80℃～150℃。

所述的纤维织物是指碳纤维织物、玻璃纤维织物、石英纤维织物、玄武岩纤维织物、植物纤维织物或以上纤维织物的混合体。