CN109177349B - 一种泡沫蜂窝夹芯板及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泡沫蜂窝夹芯板，为层状结构，从下至上，依次包括下面板层、第一蜂窝芯层、泡沫层、第二蜂窝芯层和上面板层。本发明还公开了该泡沫蜂窝夹芯板的两种不同的制备方法，以及该泡沫蜂窝夹芯板在高速动车组、城轨、地铁车辆中的应用。本发明的泡沫蜂窝夹芯板的中间层是由第一蜂窝芯层、泡沫层、第二蜂窝芯层复合成一体，泡沫层的存在阻断了蜂窝孔内空气对流，增强了夹芯板的隔音、隔热性能；与传统蜂窝夹芯板相比，本发明泡沫蜂窝夹芯板产品在受冲击时，冲击力通过面板及蜂窝芯层向泡沫层传播，从而降低面板和蜂窝芯层所承受的冲击力，提高了夹芯板抗冲击能力。

Description

一种泡沫蜂窝夹芯板及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于复合材料领域，尤其涉及一种泡沫蜂窝夹芯板及其制备方法和应用。

背景技术

随着高速列车对车辆轻量化更高的要求，各种适合于高速列车内装的新材料、新结构不断涌现出来。目前，具有轻质、高强、阻燃性好、耐腐蚀能力强、易成型等特点的蜂窝夹层板在国内外轨道车辆上得到了越来越广泛的应用。

但是传统的蜂窝夹芯板是上下两层面板间粘结纸蜂窝形成复合板，其缺点在于：(1)抗冲击能力不强，易受冲击破坏；(2)两面板间通过单层蜂窝连接，声音、热量可以从一块板直接传递到另一块板，大大削弱了夹芯板的隔音、隔热性能。

为改善传统蜂窝夹芯板的缺陷，研究者从多方面进行改善，如：中国专利CN101700701A公开了一种泡沫蜂窝芯制作方法，其是将蜂窝芯拉伸开，再将蜂窝芯与发泡材料叠放后放入平板压机而挤压结合，加强了泡沫蜂窝板的夹芯强度，同时又具有良好的隔音效果、耐火性能和保温性能。但是该方法容易将纸蜂窝芯压塌，工艺操作过程不易控制。中国专利CN 103203883A公开了一种蜂窝增强酚醛泡沫复合材料的制备方法，其是将酚醛树脂发泡组合料倒入模具中，将蜂窝垂直放入模具，置于酚醛树脂发泡组合料中，再将模具置于烘箱中进行发泡，得到蜂窝增强酚醛泡沫复合材料。但是该方法成型工艺较为复杂，且由于蜂窝孔的阻隔，使得该方法制得的蜂窝增强酚醛泡沫复合材料其填充一致性难以得到保证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种特定结构的泡沫蜂窝夹芯板及其制备方法，该泡沫蜂窝夹芯板在保证轻质高强的前提下，提高了夹芯板的抗冲击能力，同时增强了其隔音隔热性能。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种泡沫蜂窝夹芯板，为层状结构，从下至上，依次包括下面板层、第一蜂窝芯层、泡沫层、第二蜂窝芯层和上面板层。

本发明利用泡沫层将两层蜂窝芯层分隔开，具有多重作用：一、起抗震缓冲作用，当夹芯板受到冲击力时，冲击力通过面板、蜂窝芯层传递到泡沫层，泡沫层为高分子多孔发泡材料，具有吸能特性，利用缓冲作用将传递过来的冲击力吸收，减少冲击力对夹芯板的破坏；二、起隔声作用，泡沫层将蜂窝芯孔内的声桥打断，且泡沫层本身为高分子多孔发泡吸声材料，泡沫层的存在可大幅提高夹芯板的隔音效果；三、起隔热保温作用，泡沫材料本身传热性能低，且泡沫材料中的微孔阻止了空气流通所形成的对流热传导作用，从而增强了泡沫蜂窝夹芯板的隔热保温性能。

上述的泡沫蜂窝夹芯板，优选的，所述泡沫层的两表面设置有一体成型的筋条；所述筋条在泡沫层的表面的分布方式包括横向分布和纵向分布。横向纵向筋条的设置可以提高泡沫蜂窝夹芯板的L向和W向的抗剪切强度，在胶膜粘结层失效的情况下，陷入在凹槽内的筋条能起到加强筋的作用，从而提高夹芯板的抗剪切能力。

上述的泡沫蜂窝夹芯板，优选的，所述第一蜂窝芯层和第二蜂窝芯层上均设置有与所述泡沫层上筋条相匹配的凹槽。蜂窝芯层表面凹槽深度为3-8mm，泡沫层表面筋条的高度为3-8mm。

上述的泡沫蜂窝夹芯板，优选的，各层状结构之间设置有胶膜；所述胶膜选用中温固化环氧胶膜。各层之间通过胶膜粘结，在成型后可保证蜂窝芯层与泡沫层之间的层间结合力。由于胶膜与蜂窝层结合为线接触，且泡沫层属于刚性结构，在固化过程中可能会存在脱胶、气泡等缺陷，难以保证整个平面粘结牢靠，夹芯板受到横向载荷时，上下面板主要承担拉应力和压应力，中间芯层主要承担剪切应力，上下面板和芯层要有足够的剪切强度和韧性，若粘结层存在脱胶、气泡等缺陷，就会导致粘结层过早被破坏，从而影响整个夹芯板抗剪切强度。本发明在泡沫层上设置横向纵向筋条以及在蜂窝层上设有相对应的凹槽，泡沫层上的筋条相当于起到加强筋的作用，即使泡沫层和蜂窝层之间存在脱胶、气泡的缺陷，筋条和凹槽相匹配的结构也不会导致本发明夹芯板的横向和纵向的抗剪切强度过低；泡沫层采用模具发泡一体成型，根据实际产品要求，可以灵活设置筋条宽度和厚度。

上述的泡沫蜂窝夹芯板，优选的，所述下面板层和上面板层的材料为纤维材料预浸料，所述纤维材料为碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维中的一种编织或者多种混编而成；所述第一蜂窝芯层和第二蜂窝芯层的材料选用纸蜂窝或者铝蜂窝；所述泡沫层材料为酚醛泡沫、PVC泡沫、聚氨酯泡沫、聚酰亚胺泡沫中的任一种。

上述的泡沫蜂窝夹芯板，优选的，所述第一蜂窝芯层和第二蜂窝芯层厚度为5-20mm，所述泡沫层厚度为3-10mm。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的泡沫蜂窝夹芯板的制备方法，包括以下步骤：

(1)对蜂窝芯层材料进行开槽处理，在其表面形成与泡沫层上筋条相匹配的凹槽；

(2)按照泡沫蜂窝夹芯板的层状结构顺序，依次在模具上铺纤维材料预浸料、胶膜、开槽处理的蜂窝芯层、胶膜、泡沫层、胶膜、开槽处理后的蜂窝芯层、胶膜、纤维材料预浸料，铺装完成后进行热模压成型，成型完成后即得到泡沫蜂窝夹芯板。

上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，热模压成型工艺分为三段：第一段是从室温升至90～100℃，保温10～30min，单位面压(热压过程夹芯板受到的力/夹芯板面积)保持为0.1～0.2MPa；第二段是继续升温至130～150℃，保温1.0～2.0h，单位压力保持为0.3～0.8MPa；第三段是从130～150℃降温至30～60℃，最后泄压至大气压。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的泡沫蜂窝夹芯板的制备方法，包括以下步骤：

(1)对蜂窝芯层材料进行开槽处理，在其表面形成与泡沫层上筋条相匹配的凹槽；进一步优选，通过CNC进行开槽处理，CNC加工时主轴转速控制在12000r/min以上；

(2)在模具上依次铺设纤维材料预浸料、PET聚酯膜、纤维材料预浸料，然后热模压成型，制成上面板和下面板；

(3)依次在模具上铺步骤(2)制备的下面板、胶膜、开槽处理的蜂窝芯层、胶膜、泡沫层、胶膜、开槽处理后的蜂窝芯层、胶膜和步骤(2)制备的上面板，进行二次热模压成型，成型后，打开模具，取出泡沫蜂窝夹芯板。

上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，热模压成型工艺分为三段，第一段是从室温升至90～100℃，保温10～30min，单位面压保持为1～2MPa；第二段是继续升温至130～150℃，保温1.0～2.0h，单位压力保持为5～8MPa；第三段是从130～150℃降温至30～60℃，泄压至大气压；

所述步骤(3)中，二次热模压成型的工艺条件为：升温至130～150℃，保温1.0～2.0h，单位面压保持为0.3～0.8MPa。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的泡沫蜂窝夹芯板或由上述的制备方法获得的泡沫蜂窝夹芯板在高速动车组、城轨、地铁车辆中的应用，如地板、门板、隔墙、裙板等。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的泡沫蜂窝夹芯板的中间层是由第一蜂窝芯层、泡沫层、第二蜂窝芯层复合成一体，泡沫层的存在阻断了蜂窝孔内空气对流，增强了夹芯板的隔音、隔热性能。

(2)本发明在泡沫层上下表面设置筋条，并在第一蜂窝芯层和第二蜂窝芯层的表面开凹槽，使泡沫层上的筋条与窝芯层凹槽匹配，可以提高夹芯板中间层的抗剪切能力；并通过胶膜粘接，增大了蜂窝芯层和泡沫层之间的层间结合力。

(3)与传统蜂窝夹芯板相比，本发明泡沫蜂窝夹芯板产品在受冲击时，冲击力通过面板及蜂窝芯层向泡沫层传播，从而降低面板和蜂窝芯层所承受的冲击力，提高了夹芯板抗冲击能力。

(4)本发明的制备方法为热压成型，既可以成型平面类夹芯板，又可以成型曲面类夹芯板，对于平面类夹芯板可选用一次热压成型，对于曲面类夹芯板可选用多次热压成型，从而保证面板间、面板与蜂窝层、蜂窝层和泡沫层之间的粘结强度。

(5)本发明的制备方法过程中不需要将泡沫材料压入蜂窝芯孔内，不会压坏纸蜂窝，所制得的泡沫蜂窝板同样具有隔音、保温效果。

附图说明

图1是本发明实施例1中泡沫蜂窝夹芯板的结构示意图。

图2是本发明实施例1中泡沫蜂窝夹芯板的分解结构示意图。

图3是本发明实施例1中泡沫蜂窝夹芯板中的泡沫层结构图。

图4是本发明实施例1中泡沫蜂窝夹芯板中的窝芯层开槽后的示意图。

图例说明：

1、下面板层；2、第一蜂窝芯层；3、泡沫层；4、第二蜂窝芯层；5、上面板层；6、胶膜。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

一种本发明的泡沫蜂窝夹芯板(平面类夹芯板)，泡沫蜂窝夹芯板为层状结构，其结构示意图如图1所示，分解结构示意图如图2所示，从下至上，依次包括下面板层1、第一蜂窝芯层2、泡沫层3、第二蜂窝芯层4和上面板层5；泡沫层3(厚度为4mm)的两表面设置有一体成型的横向纵向筋条(高度为4mm)，如图3所示；第一蜂窝芯层2和第二蜂窝芯层4上均设置有与泡沫层3上筋条相匹配的凹槽(凹槽深度为4mm)，如图4所示；各层状结构之间设置有中温固化环氧胶膜6，每层中温固化环氧胶膜厚度为0.1mm；下面板层1和上面板层5的材料为玻璃纤维阻燃酚醛预浸料(克重350g/m²，树脂含量47％)；第一蜂窝芯层2和第二蜂窝芯层4为纸蜂窝；泡沫层3为酚醛泡沫；第一蜂窝芯层厚度和第二蜂窝芯层厚度为8mm。

本实施例的泡沫蜂窝夹芯板的制备方法，包括以下步骤：

(1)将纸蜂窝(作为泡沫蜂窝夹芯板的第一蜂窝芯层3和第二蜂窝芯层7)通过CNC加工进行开槽处理，CNC加工时主轴转速控制在12000r/min以上；

(2)依次在模具上铺4层0.3mm厚玻璃纤维阻燃酚醛预浸料、中温固化环氧胶膜、开槽处理后的纸蜂窝、中温固化环氧胶膜、酚醛泡沫、中温固化环氧胶膜、开槽处理后的纸蜂窝、中温固化环氧胶膜、4层0.3mm厚玻璃纤维阻燃酚醛预浸料，铺装完成后，模具合模，将模具置于热压机上，热压成型，成型工艺共分为三段，第一段：以2℃/min从室温升至90℃，保温30min，单位面压保持为0.1MPa；第二段：以2℃/min升温至140℃，保温2.0h，单位压力保持为0.45MPa；第三段：以3℃/min从140℃降温至50℃，泄压至大气压；

(3)热压固化成型后，打开模具，取出泡沫蜂窝夹芯板。

实施例2：

一种本发明的泡沫蜂窝夹芯板(曲面类夹芯板)，泡沫蜂窝夹芯板为层状结构，从下至上，依次包括下面板层、第一蜂窝芯层、泡沫层、第二蜂窝芯层和上面板层；泡沫层(厚度为4mm)的两表面设置有一体成型的横向纵向筋条(筋条高度为4mm)；第一蜂窝芯层和第二蜂窝芯层上均设置有与泡沫层上筋条相匹配的凹槽(深度为4mm)；各层状结构之间设置有中温固化环氧胶膜，每层中温固化环氧胶膜厚度为0.1mm；下面板层和上面板层的材料为玻璃纤维阻燃酚醛预浸料(克重350g/m²，树脂含量47％)；第一蜂窝芯层和第二蜂窝芯层为纸蜂窝；泡沫层为酚醛泡沫；第一蜂窝芯层厚度和第二蜂窝芯层厚度为8mm。

本实施例的泡沫蜂窝夹芯板的制备方法，包括以下步骤：

(1)将纸蜂窝(作为泡沫蜂窝夹芯板的第一蜂窝芯层和第二蜂窝芯层)通过CNC加工进行开槽处理，CNC加工时主轴转速控制在12000r/min以上；

(2)在模具上依次铺设4层0.3mm玻璃纤维阻燃酚醛预浸料、PET聚酯膜(用来隔开上下面板)、4层0.3mm玻璃纤维阻燃酚醛预浸料，进行热压成型制备上、下面板，热压工艺共分为三段，第一段：以2℃/min从室温升至90℃，保温30min，单位面压保持为0.1MPa；第二段：以2℃/min升温至140℃，保温2.0h，单位压力保持为5MPa；第三段：以3℃/min从140℃降温至50℃，泄压至大气压，取出形成的上、下面板；

(3)依次在模具上铺步骤(2)制备的下面板、中温固化环氧胶膜、开槽处理的纸蜂窝、中温固化环氧胶膜、酚醛泡沫、中温固化环氧胶膜、开槽处理后的纸蜂窝、中温固化环氧胶膜和骤(2)制备的上面板，进行二次热模压成型，成型工艺参数为：从50℃以2℃/min升温至140℃，保温固化1h，单位面压保持为0.45MPa，固化成型后，打开模具，取出泡沫蜂窝夹芯板。

对实施例1和实施例2制备的对泡沫蜂窝夹芯板的相关性能进行了测试，结果如表1所示。

表1泡沫蜂窝夹芯板性能测试结果

Claims (9)

1.一种泡沫蜂窝夹芯板，其特征在于，所述泡沫蜂窝夹芯板为层状结构，从下至上，依次包括下面板层(1)、第一蜂窝芯层(2)、泡沫层(3)、第二蜂窝芯层(4)和上面板层(5)；各层状结构之间设置有胶膜；所述泡沫层(3)厚度为3-10mm；所述泡沫层(3)材料为酚醛泡沫、PVC泡沫、聚氨酯泡沫、聚酰亚胺泡沫中的任一种；所述下面板层(1)和上面板层(5)的材料为纤维材料预浸料，所述纤维材料为碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维中的一种编织或者多种混编而成。

2.如权利要求1所述的泡沫蜂窝夹芯板，其特征在于，所述泡沫层(3)的两表面设置有一体成型的筋条；所述筋条在泡沫层(3)表面的分布方式包括横向分布和纵向分布；所述第一蜂窝芯层(2)和第二蜂窝芯层(4)上均设置有与所述泡沫层(3)上筋条相匹配的凹槽。

3.如权利要求1～2任一项所述的泡沫蜂窝夹芯板，其特征在于，所述第一蜂窝芯层(2)和第二蜂窝芯层(4)的材料选用纸蜂窝或者铝蜂窝。

4.如权利要求1～2任一项所述的泡沫蜂窝夹芯板，其特征在于，所述第一蜂窝芯层(2)和第二蜂窝芯层(4)厚度为5-20mm。

5.一种如权利要求1～4任一项所述的泡沫蜂窝夹芯板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对蜂窝芯层材料进行开槽处理，在其表面形成与泡沫层(3)上筋条相匹配的凹槽；

(2)按照泡沫蜂窝夹芯板的层状结构顺序，依次在模具上铺纤维材料预浸料、胶膜、开槽处理的蜂窝芯层、胶膜、泡沫层、胶膜、开槽处理后的蜂窝芯层、胶膜、纤维材料预浸料，铺装完成后进行热模压成型，成型完成后即得到泡沫蜂窝夹芯板。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，热模压成型工艺分为三段：第一段是从室温升至90～100℃，保温10～30min，单位面压保持为0.1～0.2MPa；第二段是继续升温至130～150℃，保温1.0～2.0h，单位压力保持为0.3～0.8MPa；第三段是从130～150℃降温至30～60℃，最后泄压至大气压。

7.一种如权利要求1～4任一项所述的泡沫蜂窝夹芯板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对蜂窝芯层材料进行开槽处理，在其表面形成与泡沫层(3)上筋条相匹配的凹槽；

(2)在模具上依次铺设纤维材料预浸料、PET聚酯膜、纤维材料预浸料，然后热模压成型，制成上面板和下面板；

(3)依次在模具上铺步骤(2)制备的下面板、胶膜、开槽处理的蜂窝芯层、胶膜、泡沫层、胶膜、开槽处理后的蜂窝芯层、胶膜和步骤(2)制备的上面板，进行二次热模压成型，成型后，打开模具，取出泡沫蜂窝夹芯板。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，热模压成型工艺分为三段，第一段是从室温升至90～100℃，保温10～30min，单位面压保持为1～2MPa；第二段是继续升温至130～150℃，保温1.0～2.0h，单位压力保持为5～8MPa；第三段是从130～150℃降温至30～60℃，泄压至大气压；

所述步骤(3)中，二次热模压成型的工艺条件为：升温至130～150℃，保温1.0～2.0h，单位面压保持为0.3～0.8MPa。

9.一种如权利要求1～4任一项所述的泡沫蜂窝夹芯板或由权利要求5～8任一项所述的制备方法获得的泡沫蜂窝夹芯板在高速动车组、城轨、地铁车辆中的应用。

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