專利名稱：玄武巖纖維增強預織造多層蜂窩復合材料復合方法
技術領域：
本發明涉及預織造立體布復合材料，特別是涉及玄武巖纖維增強預織造多層蜂窩復合材 料結構及常溫常壓下樹脂固化復合方法。
背景技術：
蜂窩結構復合材料是根據仿生學發展出來的一種形狀與蜜蜂巢穴相似或相近的材料，具 有重量輕、比強度高、比剛度高、抗振、隔熱、隔音等優越性能，因此大量應用在航空、航 天等對材料重量有特殊要求的領域。近年來蜂窩結構材料在建筑、汽車、火車和電子電氣等 行業，也獲得了廣泛應用，比如火車地板就是鋁合金蜂窩結構加貼面板制成的蜂窩夾板。
目前，人們根據蜂窩的用途已經研制成功鋁合金蜂窩、紙蜂窩、玻璃鋼(即玻纖復合)蜂 窩、塑料蜂窩和陶瓷蜂窩等。但是真正被廣泛應用的，只有鋁合金蜂窩、紙蜂窩和分層復合 玻璃鋼蜂窩幾種材料。其中紙蜂窩只能用于包裝。鋁合金蜂窩的質量相對較重，且造價過高， 資源受限。相比其他蜂窩材料，分層復合玻璃鋼蜂窩具有比強度比模量高、耐疲勞性能好， 破損安全性高、阻尼減振性好、具有多種功能性、良好的加工工藝性及性能的可設計性等， 但成品的整體性差，層間粘接界面薄弱，在高溫高濕環境下或承受交變外力時，粘接處容易 開裂。
發明內容
根據現有技術的不足，本發明提出玄武巖纖維增強預織造多層蜂窩復合材料結構及常溫常 壓下樹脂固化復合方法。在玄武巖纖維增強預織造多層蜂窩復合材料制備過程中，采用了玄 武巖連續長絲作為織造原料，多層整體織造蜂窩立體布作為框架，設計了常溫常壓條件下固 化成型的工藝，成功制備出玄武巖纖維增強預織造多層蜂窩復合材料。本發明的技術如下-
本發明的玄武巖纖維增強預織造多層蜂窩復合材料復合方法，是在常溫常壓下樹脂固化 定型，采用了玄武巖連續長絲作為織造原料，多層整體織造蜂窩立體布作為框架，制備出玄 武巖纖維增強預織造多層蜂窩復合材料。
所述的樹脂固化定型是采用固化配方環氧樹脂酚醛胺環氧質量配比為100:1 25; 活性二氧化硅作為助劑，比例為環氧樹脂質量用量的1% 3%。
所述的玄武巖纖維增強預織造多層蜂窩復合材料是浸入樹脂膠液后，直接擠拉成制成的 實心平板；或是用蜂窩定型模具控制形狀固化定型而成的空心蜂窩復合板，或是空心蜂窩復 合板端面貼上貼面制成的蜂窩夾板。
碳纖、芳綸、高分子量聚乙烯、玄武巖纖維是當今四大高強纖維。玄武巖纖維高強、高產 量、低能耗、低價格、無污染、資源永不枯竭，各項性能均優越玻纖，強度和普通碳纖相似， 化學性能則遠優于其他高強纖維。本發明采用了性價比遠優于現有蜂窩結構材料的新型高強
材料玄武巖連續長絲作為原料，提高了產品力學性能；利用多層蜂窩立體布整體織造技術， 預織件整體復合，解決了分層玻璃鋼蜂窩整體性能不好、粘接界面易丌裂的缺陷；設計了常 溫常壓條件下固化成型的工藝，相對常用的高溫高壓固化工藝，產業化成本將人大降低。玄 武巖纖維增強蜂窩預織造復合材料，因為原料和結構的優越性能，可以取代鋁合金蜂窩和分 層玻璃鋼蜂窩，也可以取代其他金屬和復合材料，有著廣闊的應用前景，尤其是在航空、航 天、和國防領域。
圖1:玄武巖纖維增強預織造正六角形空心蜂窩復合板材實物圖。 圖2:多層玄武巖蜂窩布小樣實物圖。
圖3:切割整理后的玄武巖纖維預織造復合空心蜂窩樣品。
具體實施例方式
使用玄武巖纖維為織造原料，多層整體織造蜂窩立體布為框架，常溫常壓條件下樹脂固 化定型；將織物浸入樹脂膠液后，直接擠拉成制成的實心平板；也可以是用蜂窩定型模具控 制形狀固化定型而成的空心蜂窩復合板，還可以是空心蜂窩復合板端面貼上貼面制成的蜂窩 夾板。
多層玄武巖纖維蜂窩立體布織造完成后進行退漿處理，插入模具晾曬，利用織物縮水特 性緊固預定型。蜂窩定型模具可以是底面為六邊形、正六邊形、菱形、圓型、矩形和正弦曲 線等形狀的柱體。樹脂調配完成后靜置5 10分鐘，對樹脂膠液進行抽真空排氣泡處理。然后 將織物浸入樹脂膠液，這時膠液的粘度接近最小值，有利于膠液的滲透浸潤。等織物浸泡膠 液靜置一段時間后，在樹脂體系的凝膠點到來之前，對浸潤混合體進行定型處理，保證制品 滿足成品幾何尺寸的要求。脫模后打磨成品，整理成型。
固化工藝的固化劑配方為環氧樹脂酚醛胺環氧質量配比為100:1 25;活性二氧化
硅作為助劑，比例為環氧樹脂質量用量的1% 3%。
本發明采用聚乙烯醇PVA1799配成7%漿料，并添加適量潤滑劑和乳化劑，對直徑為9微 米的玄武巖連續長絲進行上漿處理。織造成的六層蜂窩平紋立體布小樣實物如圖1所示。
實施例l:玄武巖纖維增強預織造多層立體布復合實心平板制備
采用玄武巖纖維六層蜂窩立體平紋布作為框架，固化基質配方為環氧樹脂酚醛胺環氧 =100:10。樹脂調配完成后靜置5 10分鐘，對樹脂膠液進行抽真空排氣泡處理。然后將多層 蜂窩布浸透樹脂，利用擠拉方式排去多余的樹脂，定型為多層蜂窩立體布增強復合平板。多 層立體布復合實心平板所有蜂窩經擠拉后完全貼合封閉，外形和單層玄武巖纖維平紋布增強 復合平板相似，但由于有多個增強層其力學性能遠優于普通單層布增強復合平板。
實施例2:玄武巖纖維增強預織造矩形蜂窩空心復合板制備
采用玄武巖纖維六層蜂窩立體平紋布作為框架，織造完成后進行退漿處理，插入模具晾 曬，利用織物縮水特性緊固預定型，蜂窩定型模具為矩形底面的四棱柱鋁合金棒，矩形長短
邊比例為2:1。固化基質調配原料為環氧樹脂E-51，固化劑酚醛胺環氧(TZ —550)和助劑活 性二氧化硅。環氧樹脂和酚醛胺環氧配比為100:25，環氧樹脂和活性二氧化硅的比例為100:3。 樹脂調配完成后靜置5 10分鐘，對樹脂膠液進行抽真空排氣泡處理。然后將織物浸入樹脂膠 液，這時膠液的粘度也將要到達最小值處，有利于膠液的滲透浸潤。等織物浸泡膠液靜置一 段時間后，在樹脂體系的凝膠點到來之前，對浸潤混合體進行定型處理，保證制品滿足成品 幾何尺寸的要求。固化后打磨整理，成型為矩形蜂窩空心復合板材。 實施例3:玄武巖纖維增強預織造復合正六角形蜂窩夾層板制備
玄武巖纖維正六邊形蜂窩立體平紋布織造完成后進行退漿處理，插入正六棱柱鋁合金棒 模具晾曬預定型。調配固化基質原料為環氧樹脂E-51，固化劑酚醛胺環氧(TZ—550)和助劑 活性二氧化硅。環氧樹脂和酚醛胺環氧配比為100:20，環氧樹脂和活性二氧化硅的比例為 100:2。樹脂調配完成后靜置5 10分鐘，對樹脂膠液進行抽真空排氣泡處理，然后將織物浸入 樹脂膠液，最后對浸潤混合體進行定型處理。固化后脫模，打磨端面至平整如圖l，用強力膠 貼上地板貼面，制作成高度和火車地板相同的為20mm的塑膠面地板。
織造完成之后，需要對織物進行退漿處理。如果制作預織造復合材料，在退漿清洗的時 候，最好先用模具將蜂窩孔格撐開；這樣便于晾曬，更重要的是織物在過水之后一般會縮水， 因此在這個時候提前將模具插入，可以起到預定型的作用。織造中的蜂窩織物如圖2所示，固 化后的空心蜂窩樣品形狀如圖3所示。
面積為40毫米x 40毫米，單層壁厚0. 5毫米，單個蜂窩周長36毫米的蜂窩板，如圖1 所示，可以承受約3噸的壓力。蜂窩壁平壓強度(平行于蜂窩正六棱柱軸線蜂窩壁所承受的 最大正壓縮應力)平均值約為155MPa。蜂窩壁平壓彈性模量平均值約為4GPa。以上數據說明 常溫常壓復合的玄武巖蜂窩夾板可以替代現有的鋁合金正六角形蜂窩夾層結構火車地板，節 約緊缺金屬材料降低地板造價，也可以用于制作飛機、艦艇、漁輪等高檔地板。
本發明并不局限于實例中所描述的技術，它的描述是說明性的，并非限制性的，本發明 的權限由權利要求所限定，基于本技術領域人員依據本發明所能夠變化、重組等方法得到的 與本發明相關的技術，都在本發明的保護范圍內。
權利要求
1. 一種玄武巖纖維增強預織造多層蜂窩復合材料復合方法，其特征是在常溫常壓下樹脂固化定型，采用了玄武巖連續長絲作為織造原料，多層整體織造蜂窩立體布作為框架，制備出的玄武巖纖維增強預織造多層蜂窩復合材料。
2. 如權利要求1所述玄武巖纖維增強預織造多層蜂窩復合材料復合方法，其特征是所述的樹 脂固化定型是采用固化配方為環氧樹脂酚醛胺環氧質量配比為100:1 25;活性二氧 化硅作為助劑，比例為環氧樹脂質量用量的1% 31
3. 如權利要求1或2所述的玄武巖纖維增強預織造多層蜂窩復合材料復合方法，其特征是所述的玄武巖纖維增強預織造多層蜂窩復合材料浸入樹脂膠液后，直接擠拉成制成的實心平 板；或是用蜂窩定型模具控制形狀固化定型而成的空心蜂窩復合板，或是空心蜂窩復合板 端面貼上貼面制成的蜂窩夾板。
全文摘要
本發明涉及玄武巖纖維增強預織造多層蜂窩復合材料結構及常溫常壓下樹脂固化復合方法。是在常溫常壓下樹脂固化定型，采用了玄武巖連續長絲作為織造原料，多層整體織造蜂窩立體布作為框架，制備出玄武巖纖維增強預織造多層蜂窩復合材料。所述的樹脂固化定型是采用固化配方環氧樹脂∶酚醛胺環氧質量配比為100∶1～25；活性二氧化硅作為助劑，比例為環氧樹脂質量用量的1％～3％。玄武巖纖維增強蜂窩預織造復合材料，因為原料和結構的優越性能，可以取代鋁合金蜂窩和分層玻璃鋼蜂窩，也可以取代其他金屬和復合材料，有著廣闊的應用前景，尤其是在航空、航天、和國防領域。
文檔編號B32B37/00GK101386210SQ2008101522
公開日2009年3月18日 申請日期2008年10月9日 優先權日2008年10月9日
發明者劉華武, 劉長雷, 鐘智麗 申請人:天津工業大學