一種航空餐車用泡沫夾心復合材料的制作方法

本實用新型屬于航空餐車生產制造領域，具體涉及一種航空餐車用泡沫夾心復合材料及其制備方法。

背景技術：

在隨著民航業快速發展以及環境保護要求日趨嚴格的大背景下，各國對民航客機的節能減排極其重視。航空餐車作為民航客機服務中不可或缺的一部分，現已成為客艙減重的關鍵設備。一直以來，鋁制航空餐車占據絕對的市場，但由于金屬密度大、整車重，所以耗能較高，不利于客機的低碳排放。夾心結構復合材料具有輕質、抗彎剛度大、高比強度、高比模量、抗疲勞性好及靈活的設計自由度，且可有效吸收沖擊能量，能有效減輕航空餐車重量，在歐美國家的民航客機中已經獲得了一定的應用。

復合材料航空餐車主體框架材料由上、下高強度的蒙皮層和硬質泡沫夾心層所組成。目前，國外復合材料航空餐車主體框架材料主要采用手糊與真空導入相結合的成型工藝，其先將樹脂和兩層纖維交替鋪在模具上，再在第二層纖維上手工涂刷樹脂，鋪設硬質泡沫；然后在硬質泡沫另一面鋪設纖維、脫模布、導流網、真空袋等，并將體系抽真空，在模腔中形成負壓，通過預設管路將樹脂導入纖維層，使樹脂浸潤增強材料直至充滿整個模具。該工藝可較好解決樹脂對增強材料的浸潤和粘接，但仍然存在可揮發有機物(VOC)排放超標、產品質量不穩定、樹脂用量多且浪費大、部件厚度不可控等一系列問題。究其原因，在于復合材料的工藝處理不足，不能采用全程自動化處理，需要手工操作，比如采用手糊工藝，否則無法制得令人滿意的產品，也是限于工藝處理的缺陷，該工藝方法對樹脂體系要求苛刻，所用樹脂需同時滿足手糊工藝和真空導入工藝，或采用兩種樹脂，工序復雜，難以滿足高性能夾心結構復合材料的設計需求。

技術實現要素：

針對現有技術的缺陷或不足，本實用新型的目的之一在于提供一種航空餐車用泡沫夾心復合材料的制備方法，該方法對材料要求不苛刻，成型工藝簡單，省去手糊步驟，生產效率高且成本低。

本實用新型的目的之二在于提供一種航空餐車用泡沫夾心復合材料，該復合材料結構尺寸精確、表面平整，樹脂含量低，力學性能好，界面粘接佳，環境污染小，與傳統鋁制餐車相比，重量能減輕約50％。

本實用新型的上述目的是通過以下技術方案實現的：

一種航空餐車用泡沫夾心復合材料的制備方法，包括在航空餐車模具1的模腔內依次鋪設外纖維織物層2、泡沫芯3、內纖維織物層4和脫模布5，所述脫模布5上設有導流介質 6，在所述脫模布外層鋪設真空袋7進行密封形成密閉系統，其特征在于，將所述密閉系統抽真空后注入樹脂，待完全浸潤后，密封、固化、冷卻和脫模，即得航空餐車用泡沫夾心復合材料，其中，所述泡沫芯3設有連通的孔15和槽14，所述孔15、槽14和導流介質6促進所述樹脂的浸潤。

其中，外纖維織物層2、泡沫芯3、內纖維織物層4構成增強材料鋪層。

本實用新型所述的完全浸潤是指纖維表面全部被樹脂浸潤、滲透。根據本實用新型的一些實施例，注膠時間為30分鐘以上，可基本實現完全浸潤。

本實用新型所述泡沫芯3是增強材料鋪層成型的主要材料，選用硬質泡沫。在本實用新型的一些實施例中，所述泡沫芯3為1層，選自聚氯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、聚甲基丙烯酰亞胺泡沫和聚醚酰亞胺泡沫中的一種。作為優選，泡沫芯層密度為30-100kg/m³、厚度為6- 20mm。

本實用新型所述的泡沫芯3設有連通的孔15和槽14，有助于將模具與真空袋之間形成的密閉系統抽真空，和后續樹脂的注入，促進樹脂完全浸潤。根據本實用新型的一些實施例，所述孔15的孔徑為2-3mm、孔密度為300-500孔/m²，所述槽14的槽寬為2-3mm、槽深4-5mm、槽密度為60-100根/m²。

作為優選的技術方案，所述外纖維織物層2和內纖維織物層4獨立地是1～6層，優選 2～4層，選自玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維中的一種或多種的任意組合，所述織物獨立的選自經編織物、緯編織物、多軸向織物和二維編織織物中的一種。

在本實用新型未做特殊說明的情況下，所述多種包括兩種和兩種以上。

外纖維織物層2和內纖維織物層4的層數、纖維種類和織物方式都是獨立的選擇，具體而言，外纖維織物層2可以是1～6層，內纖維織物層4也可以是1～6層，每一層纖維織物是玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維中的一種，每一種纖維織物的織物方式是經編織物、緯編織物、多軸向織物和二維編織織物中的一種，所述多軸向織物包括雙軸向織物。

作為優選的技術方案，所述樹脂是環氧樹脂、酚醛樹脂和苯并惡嗪樹脂中的一種。

作為優選的技術方案，所述樹脂無溶劑稀釋，初始粘度為200-1000mpa·s，操作時間高于20min。樹脂的種類和處理影響可揮發性有機物的釋放，本實用新型的方法制得的產品環保、污染小。

本實用新型方法中所述的密封只要達到密封效果、使模具與真空袋之間形成密閉系統即可，并不限定密封的方式，在本實用新型的一些實施例中，所述密封是用膠帶粘合真空袋形成密封。

本實用新型所述固化包括本領域常規采用的加熱固化方法，作為優選，所述固化分為兩步：先加熱至40-75℃預固化1-4h，再加熱至80-110℃固化2-6h。

本實用新型所述導流介質6是促進樹脂分流注入到增強材料鋪層的輔助裝置，可實現分流注入功能即可，并不限定其具體方式。在本實用新型的一些實施例中，所述導流介質6是鋪設有纏繞管的導流網。纏繞管又叫導流管，固定在導流網邊緣，能將樹脂全面、均勻的分流至導流網上，再由導流網逐漸分流和進一步浸潤增強材料。

本實用新型所述的將所述密閉系統抽真空是指達到相對真空度不小于0.095Mpa，且保壓15min后，降低至不大于0.005Mpa。

本實用新型所述的抽真空和注入樹脂包括任何可達到目的的方法和手段，不限定所用設備和管路設置。根據本實用新型航空餐車用泡沫夾心復合材料的制備方法的一些具體實施例，所述抽真空，由連接真空系統11的抽氣管12與設置在真空袋7上的抽氣管路13實現，所述注入樹脂，由連接樹脂桶10的注膠管9和設置在真空袋7上的注膠管路8實現，所述注膠管路8與設置在導流介質6上的注膠口16相連，所述抽氣管路13與導流介質6上的抽氣口17相連。

開啟真空系統，真空袋7與模具1之間的密閉系統被抽真空，再由樹脂桶10向所述密閉系統注入樹脂，由于泡沫芯3設置有連通的孔15和槽14，樹脂可在短時間內迅速浸潤完全，在本實用新型的一些實施例中，所用時間約為30min，彌補了現有技術方法因為浸潤不完全不得不采用手工刷涂，并且選擇更容易浸潤的樹脂種類以及增加其他操作步驟的不足。

作為優選，所述的注膠口16的位置處于模具腔體面的中心點，所述抽氣口17處于模具腔體頂面兩邊緣線的中點。

本實用新型所述的脫模是指在固化、冷卻后除去脫模布5、導流介質6、真空袋7及各類管路等輔助材料，即獲得航空餐車用泡沫夾心復合材料。

本實用新型的方法可制備完整的航空餐車主體框架，也可以制備簡單的航空餐車用平板狀材料，只需選擇和設計相應形狀的模具，并在對應模具中采用本實用新型制備方法制備即可。在本實用新型的一些實施例中，提供的是一種完整的航空餐車主體框架用泡沫夾心復合材料的制備方法，所得產品為長方體結構，缺少前后兩個面，參考附圖1，只需在前后兩個面安裝上相應的門板即可使用以及塑料附件、萬向輪及噴漆等即可使用，工藝簡單、一次成型、節約成本。

本實用新型還提供了一種航空餐車用泡沫夾心復合材料，該泡沫夾心復合材料包括增強材料鋪層，所述增強材料鋪層包括外纖維織物層2、泡沫芯3和內纖維織物層4，所述泡沫芯3設有相互連通的孔15和槽14，在增強材料鋪層的各層縫隙內、孔15和槽14內均充滿浸潤其中并固化的樹脂。

本實用新型所述泡沫芯3是增強材料鋪層成型的主要材料，材質為泡沫塑料，在本實用新型的一些實施例中，所述泡沫芯3為1層，選自聚氯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、聚甲基丙烯酰亞胺泡沫和聚醚酰亞胺泡沫中的一種。作為優選，泡沫芯層密度為30-100kg/m³、厚度為 6-20mm。

作為優選的技術方案，所述孔15的孔徑為2-3mm、孔密度為300-500孔/m²，所述槽14 的槽寬為2-3mm、槽深4-5mm、槽密度為60-100根/m²。

作為優選的技術方案，所述外纖維織物層2和內纖維織物層4獨立地是1～6層選自玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維中的一種或多種的任意組合，優選外纖維織物層2和內纖維織物層 4獨立地為2～4層。

所述織物選自經編織物、緯編織物、多軸向織物和二維編織織物中的一種。

作為優選的技術方法，所述樹脂是環氧樹脂、酚醛樹脂或苯并惡嗪樹脂。

作為優選，所述樹脂無溶劑稀釋，初始粘度為200-1000mpa·s，操作時間高于20min。

作為優選的技術方法，所述泡沫芯3為1層，選自聚氯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、聚甲基丙烯酰亞胺泡沫和聚醚酰亞胺泡沫中的一種。

作為優選，泡沫芯層密度為30-100kg/m³、厚度為6-20mm。

本實用新型的有益效果在于：

(1)本實用新型采用全真空導入工藝進行樹脂灌注，并且在泡沫芯上設置連通的孔和槽，在25℃環境溫度下，僅需要30min就可完成充模，不僅可顯著提高復合材料餐車的生產效率、降低成本，解決當前手糊、真空導入成型相結合的工藝繁瑣、效率低下等問題，而且還能夠減少有害氣體揮發，降低對操作人員身體的危害。

(2)本實用新型采用的真空導入工藝可以控制樹脂灌注量，且質量分布均勻，有效克服了手糊工藝樹脂含量差異大，重量分布不均勻的缺陷，確保了復合材料餐車質量的穩定性。

(3)本實用新型中對泡沫芯層進行了打孔、開槽設計，在樹脂灌注過程中有利于浸潤、滲透泡沫芯層，顯著增強了界面粘接，有效保障了復合材料餐車的結構強度。

附圖說明

圖1是本實用新型實施1和2制備航空餐車主體框架的整體結構示意圖；

圖2是本實用新型實施1和2的泡沫芯層打孔開槽的示意圖；

圖3是本實用新型實施1和2的注膠、抽氣位置示意圖；

其中：1-模具；2-外纖維織物層；3-泡沫芯層；4-內纖維織物層；5-脫模布；6-導流介質 (導流網和纏繞管)；7-真空袋；8-注膠管路；9-注膠管；10-樹脂桶；11-真空系統；12-抽氣管；13-抽氣管路；14-槽；15-孔；16-注膠口；17-抽氣口。

具體實施方式

以下通過具體實施方式，對本實用新型的上述內容做進一步的詳細說明。但不應該將此理解為本實用新型上述主題的范圍僅限于以下的實例。凡基于本實用新型上述內容所實現的技術，均屬于本實用新型的保護范圍。

實施例1

參見附圖1-3，設計航空餐車主體框架用泡沫夾心復合材料的外纖維織物層2為3層雙軸向玻璃纖維平紋織物，內纖維織物層4為2層雙軸向碳纖維平紋織物，夾心層泡沫芯3為硬質聚氨酯泡沫，所述泡沫設置連通的孔15和槽14，其中：泡沫芯密度49kg/m³，厚度為 12mm，孔徑2.5mm、孔密度330個/m²，槽寬2.5mm、槽深4mm、槽密度64根/m²，真空導入成型工藝選用環氧樹脂(初始粘度400mpa·s，操作時間45min)。其制備方法如下：

(1)鋪層前準備

在金屬模具1工作面上進行打磨、清理，涂覆脫模劑，組裝模具1并采用膠條將接合縫密封，備用。根據產品尺寸要求，分別準備好纖維織物、泡沫芯3、脫模布5、導流介質6、真空袋7、注膠管9、抽氣管12、樹脂桶10等。

(2)增強材料鋪層

在模腔表面鋪設三層雙軸向玻璃纖維平紋織物2，然后在玻璃纖維織物上鋪設聚氨酯硬質泡沫芯3，最后在泡沫芯表面鋪設兩層雙軸向碳纖維平紋織物4。

(3)設置注膠系統

在步驟(2)中的碳纖維織物4上鋪設脫模布5，脫模布5上鋪設導流網，導流網上鋪設纏繞管，(導流管和纏繞管構成導流介質6)，并在脫模布上設置注膠口16。注膠口16位置處于腔體四面的中心點，抽氣口17則處于腔體頂面兩邊緣線的中點。

(4)設置真空系統

在步驟(3)的導流介質6上鋪設真空袋7，將纖維織物、脫模布5、導流網及纏繞管包住，并用膠帶密封。真空袋7上設置注膠管路8和抽氣管路13，其中注膠管路8連接注膠管9，注膠管9連接樹脂桶10，抽氣管路13連接抽氣管12，抽氣管12連接真空系統11。

(5)氣密性檢查

堵塞注膠管后，啟動真空泵，檢查整個模腔的密封性，檢查漏氣點并封堵。確保系統相對真空度不小于0.095Mpa，且保壓15min后，降低值不大于0.005Mpa時即可進入下一個步驟。

(6)灌注樹脂

按比例配置環氧樹脂和固化劑，倒入桶內，充分攪拌2-4min，啟動真空泵灌注樹脂，待完全浸潤纖維織物后，取出注膠管9并進行密封。

(7)固化脫模

將整個模具1送入烘箱，加熱至50℃預固化4h，然后升溫至85℃固化6h，自然冷卻至室溫后，除去脫模布5、導流網、真空袋7及管路等輔助材料，即獲得泡沫夾心復合材料的航空餐車主體框架，該泡沫夾心復合材料結構包括增強材料鋪層，所述增強材料鋪層包括外纖維織物層2、泡沫芯3和內纖維織物層4，所述泡沫芯3設有相互連通的孔15和槽14，在增強材料鋪層的各層縫隙內、孔15和槽14內均充滿浸潤其中并固化的樹脂。

實施例2

設計航空餐車主體框架用泡沫夾心復合材料的外纖維層為1層雙軸向玻璃纖維平紋織物、2層經編芳綸纖維平紋織物，內纖維層為3層雙軸向玻璃纖維平紋織物，夾心層為聚甲基丙烯酰亞胺泡沫，所述泡沫設置連通的孔和槽，其中：泡沫密度54kg/m³，厚度10mm，孔徑2.8mm、孔密度360個/m²,槽寬2.2mm、槽深4.2mm、槽密度72根/m²，真空導入成型工藝選用酚醛樹脂(初始粘度360mpa·s，操作時間52min)。其制備方法如下：

本實施例所述各結構可參見附圖1-3。

(1)鋪層前準備

在金屬模具1工作面上進行打磨、清理，涂覆脫模劑，組裝模具1并采用膠條將接合縫密封，備用。根據產品尺寸要求，分別準備好纖維織物、泡沫芯3、脫模布5、導流介質6、真空袋7、注膠管9、抽氣管12、樹脂桶10等。

(2)增強材料鋪層

在模腔表面先鋪設一層雙軸向玻璃纖維平紋織物2，后鋪設兩層經編芳綸纖維平紋織物 2，再在芳綸纖維織物上鋪設聚甲基丙烯酰亞胺泡沫芯3，最后在泡沫芯表面鋪設三層雙軸向玻璃纖維平紋織物4。

(3)設置注膠系統

在步驟(2)中的玻璃纖維織物上鋪設脫模布5，脫模布上鋪設導流網，導流網上鋪設纏繞管，并設置注膠口16。注膠口16位置處于腔體四面的中心點，抽氣口則處于腔體頂面兩邊緣線的中點。

(4)設置真空系統

在步驟(3)的導流介質上鋪設真空袋7，將纖維織物、脫模布5、導流網及纏繞管包住，并用膠帶密封。真空袋7上設置注膠管路8和抽氣管路13，其中注膠管路8連接注膠管9，注膠管9連接樹脂桶10，抽氣管路13連接抽氣管12，抽氣管12連接真空系統11。

(5)氣密性檢查

堵塞注膠管后，啟動真空泵，檢查整個模腔的密封性，檢查漏氣點并封堵。確保系統相對真空度不小于0.095Mpa，且保壓15min后，降低值不大于0.005Mpa時即可進入下一個步驟。

(6)灌注樹脂

按比例配置酚醛樹脂和固化劑，倒入桶內，充分攪拌2-4min，啟動真空泵灌注樹脂，待完全浸潤纖維織物后，取出注膠管并進行密封。

(7)固化脫模

將整個模具1送入烘箱，加熱至60℃預固化1h，然后升溫至95℃固化2h，自然冷卻至室溫后，除去脫模布5、導流網、真空袋7及管路等輔助材料，即獲得泡沫夾心復合材料的航空餐車主體框架，該泡沫夾心復合材料結構包括增強材料鋪層，所述增強材料鋪層包括外纖維織物層2、泡沫芯3和內纖維織物層4，所述泡沫芯3設有相互連通的孔15和槽14，在增強材料鋪層的各層縫隙內、孔15和槽14內均充滿浸潤其中并固化的樹脂。