[发明专利]一种具有PMI泡沫芯材的夹芯材料及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种夹芯材料，具体涉及一种芯材为PMI泡沫的夹芯材料及其制备方法。

背景技术

夹芯材料由面板材料和芯材组成，是一种结构复合型材料。夹芯材料将具有密度小、吸能缓冲能力强、吸声性能好等优点的芯材与强度较高的板材复合发挥二者功能和结构上的优势，使得夹芯结构材料具有不同于传统结构材料的优异性能。该种材料具有轻质比强度高比刚度高的特点并且具有良好的减震吸能性能因而在航空航天汽车制造工程减震和爆炸防护等方面具有广阔的应用前景，随着夹芯材料在工程领域不断受到重视，夹芯材料也有了许多新的发展。

聚甲基丙烯酸亚胺（PMI）泡沫塑料是目前为止所知的比模量与比强度最高的泡沫塑料，有“泡沫之王”之称。但是如果单独使用PMI泡沫仍不可作为承力部件使用，需用碳纤维或玻璃纤维作为增强材料与之复合形成夹层结构材料才可作为承力部件使用。

发明内容

本发明的目的是为了充分利用PMI泡沫塑料的高强度质轻的特点，结合增强材料制成夹芯复合材料。

为了达到上述目的，本发明提供了一种具有PMI泡沫芯材的夹芯材料，该夹芯材料由上下面板和中间的芯材组成；芯材为PMI泡沫；上下面板为碳纤维或玻璃纤维预浸料。

1.        其中，碳纤维、玻璃纤维预浸料的含胶量为40-60%；PMI泡沫的密度为70-90kg/m³，厚度为10±2mm。

本发明还提供了上述夹芯材料的其制备方法，包含以下步骤：

（1）将芯材切割成型，备用；

（2）取碳纤维或玻璃纤维预浸料，在60-80℃下铺设两层，制成上、下蒙皮，并在蒙皮上铺设胶膜；

（3）在步骤（1）切割成型的芯材上、下两侧分别铺设步骤（2）中制备的含有胶膜的上、下蒙皮，然后共固化成型，即得夹芯材料。

其中步骤（3）中固化采用真空袋/热压罐或烘箱共固化成型；固化压力为0.2-0.4MPa；固化温度为180-200℃；固化时间为1.5-2h。

本发明相比现有技术具有以下优点：充分利用聚甲基丙烯酸亚胺泡沫塑料的高强度、质轻的特点，同时用碳纤维或玻璃纤维作为增强材料对其进行增强制成泡沫夹芯复合材料。该泡沫夹芯结构复合材料具有质量轻、高抗剥离性能和板面法向强度高等特性，可应用于对刚度和重量要求高的飞行器构件，如壁板、翼面、尾梁及其它主承力结构等。

具体实施方式

    下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

玻璃纤维选用含胶量为40%左右的SW280/LWR-3型环氧预浸料，在60-80℃的条件下铺设好两层，同时在其表面铺设J-271胶膜作为上下蒙皮待用；泡沫芯材选用密度为70kg/m³厚度为10mm的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，再将准备好粘有胶膜的蒙皮铺设在聚甲基丙烯酸亚胺表面，放入烘箱中采用固化条件为180℃/0.35 MPa/2h的固化工艺进行固化，固化降温后得PMI夹芯结构复合材料。

将制得的夹芯复合材料制样进行表征：压缩式样75 mm×75 mm，四点弯曲试验的试样尺寸是210 mm×75mm。同时也对相同厚度的相同尺寸的PMI材料自身进行了表征以作比较，测试温度为70℃。

经测试PMI材料本身的压缩强度为1.4MPa，弯曲强度为2.5Mpa；经复合后PMI夹层结构的压缩强度为1.7MPa，弯曲强度为40Mpa。

实施例2

碳纤维预浸料选用含胶量为44%的T300碳纤维/AG-80环氧树脂预浸料，按90°/0°在60-80℃的条件下铺设好两层，同时在其表面铺设J-271胶膜作为上下蒙皮待用；泡沫芯材选用密度为90kg/m³厚度为12mm的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，再将准备好粘有胶膜的蒙皮铺设在聚甲基丙烯酸亚胺表面，放入烘箱中采用真空袋固化，按照200℃/0.2 MPa/2h的固化工艺进行固化，固化降温后得PMI夹芯结构复合材料。

将制得的夹芯复合材料制样进行表征：压缩式样75 mm×75 mm，四点弯曲试验的试样尺寸是210 mm×75mm。同时也对相同厚度的相同尺寸的PMI材料自身进行了表征以作比较，测试温度为70℃。

经测试PMI材料本身的压缩强度为2.2MPa，弯曲强度为2.8Mpa；经复合后PMI夹层结构的压缩强度为2.4MPa，弯曲强度为50 Mpa。

从以上数据可以看出PMI泡沫经与玻璃纤维、碳纤维复合后其压缩强度特别是弯曲强度有很大的提高。可应用于对刚度和重量要求高的飞行器构件，如壁板、翼面、尾梁及其它主承力结构等。