[发明专利]一种玻璃纤维无规则架构夹芯材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于夹芯材料及其制备方法，具体涉及一种玻璃纤维无规则架构夹芯材料及其制备方法。

背景技术

夹芯材料是由高强度蒙皮(面板)和轻质芯材所构成的一种结构复合型材料。夹芯材料的结构优势在于其减轻材料重量的同时增加两蒙皮的截面惯性矩，从而提高材料的抗弯性能。自20世纪40年代诞生以来，夹芯材料以其质量轻、比强度和比刚度高、耐疲劳、抗震性能好等优势，被广泛应用于航空航天、汽车、船体、建筑、体育器材等领域。目前的夹芯材料主要有蜂窝夹芯材料、泡沫夹芯材料和点阵夹芯材料，其中蜂窝夹芯材料和泡沫夹芯材料最为常见。蜂窝夹芯材料虽然具有较高的剪切刚度和强度，厚度方向压缩模量高，相对密度较低，但是蜂窝夹芯材料制造工艺复杂，且使用过程中维护费用高昂。在某些情况下如果面板出现裂纹或孔隙，蜂窝芯材容易进水且不易排出；在低温情况下，进水被冰冻后发生膨胀，破坏附近蜂窝孔格的胶接，使面板与芯材脱胶，这就降低了夹芯结构的性能。泡沫夹芯材料表面平整、吸湿性低，但是泡沫夹芯材料存在压缩和剪切性能低、面板和芯材容易发生脱粘和分层等缺点。蜂窝夹芯材料和硬泡沫夹芯材料还存在着由于蜂窝壁或者泡孔变形而迅速坍塌破坏的弱点。

发明内容

本发明的目的就是针对上述已有的夹芯材料存在的不足，提供了一种玻璃纤维无规则架构夹芯材料，本发明的另一目的是提供上述玻璃纤维无规则架构夹芯材料的制备方法。

本发明的技术方案：一种玻璃纤维无规则架构夹芯材料，其特征在于上面板1、下面板3和无规则架构的短切玻璃纤维束芯材2构成，其中无规则架构的短切玻璃纤维束芯材2置于上面板1和下面板3之间；无规则架构的短切玻璃纤维束芯材2由短切玻璃纤维束4以不同角度相互搭接形成了无规则的多面体中空结构，并与上面板1和下面板3固接。

本发明还提供了一种制备上述玻璃纤维无规则架构夹芯材料的方法，其具体步骤如下：

(1)模具准备：将成型模具充分清洗，烘干后涂上脱模剂，将预制的上面板(1)和下面板(3)分别铺覆在上下模具上；

(2)短切玻璃纤维束的制备：将玻璃纤维束通过浸胶工艺充分浸渍树脂胶液并缠绕在框型钢架上，玻璃纤维束固化后将固化玻璃纤维束从框型钢架上取下，最后将固化玻璃纤维束通过切割机切割成短切玻璃纤维束；

(3)短切玻璃纤维束的架构：将切割后的短切玻璃纤维束与成型胶液体系混合，用叉式搅拌器搅拌，使得短切玻璃纤维束形成无规则的空间架构结构；

(4)夹芯材料的固化成型：将形成无规则空间架构的短切玻璃纤维束置于下模具中，最后将铺覆有上面板(1)的上模具盖在下模具上，放入烘箱中固化成型，冷却后脱去模具，制得玻璃纤维无规则架构夹芯材料。

优选步骤(2)中所使用的浸胶工艺包括直立式浸胶工艺、手工浸胶工艺或沉浸式浸胶工艺。

优选步骤(2)中所使用玻璃纤维束固化机制包括常温前固化和加热后固化，常温前固化温度控制在20～30℃，时间控制在1～2h，加热后固化温度控制在80～150℃，时间控制在1～3h。

优选步骤(2)中所使用的玻璃纤维束的线密度包括300tex、600tex或900tex或其他线密度的玻璃纤维束。优选切割成短切玻璃纤维束的长度为30～80mm，有利于芯材形成均匀的空间结构。

优选步骤(2)中所使用的树脂胶液和架构成型胶液均为环氧树脂(EP)、不饱和聚酯树脂(UPR)或其他高性能树脂。

优选步骤(3)中所使用的成型胶液占短切玻璃纤维束质量分数的10～20％，有利于短切玻璃纤维束粘接架构成型。

优选步骤(3)中所使用的叉式搅拌器，其支叉型式为四叉式、六叉式和八叉式，每个支叉长度相等，搅拌轴为支叉组成的多面体的中心轴，搅拌方式为单向间歇旋转式，即沿同一方向搅拌后间停再搅拌，叉式搅拌器的转速优选30～40r/min，搅拌时间为2～10min，避免因成型胶液粘度增大导致短切玻璃纤维束集束。

优选所述步骤(4)中所使用的上面板和下面板均为玻璃钢面板、金属面板、木质面板或其他材质的面板。

优选步骤(4)中夹芯材料固化成型的固化温度为80～150℃，固化压力为1～2MPa，固化时间为1～3h。

有益效果：