[发明专利]具有分级多孔结构的蜂窝芯体

说明书

分级夹心芯体描述为蜂窝形式，即，具有重复且周期性的格子材料。夹心芯体由具有带介观多孔芯体的夹心孔道壁的宏观蜂窝结构构成。介观蜂窝孔道的孔道纵轴可以垂直于宏观蜂窝结构的孔道纵轴。或者，如果使用具有介观孔道的泡沫芯体，可以在发泡过程期间制造介观孔道的形状，以使得它们能够在垂直于宏观蜂窝结构的孔道纵轴的方向上伸长。

本发明涉及夹心芯体材料以及制造包括蜂窝芯体或与蜂窝芯体类似的多孔结构的夹心芯体材料的方法。该芯体可以在用于许多不同应用的夹芯板材料中使用，以使(例如，在汽车、运输、建筑和包装应用或雨水管理或砾石稳定应用中)得能够以最轻的重量获得高弯曲刚度和强度。

背景：

通常使用夹在两个薄面板或表层之间的芯体来生产刚性且轻质的板。有时称为周期格子材料的泡沫芯体和蜂窝芯体是夹心结构中可以采用的两大类芯体。

泡沫可以是封闭或开放的孔道(cell)。泡沫在各方向上具有有限的比刚度和强度。不同的是，蜂窝材料在面外(out-of-plane)方向上具有更好的比刚度和强度。

六角形蜂窝由于其在面外压缩和面外剪切性能上的高比刚度和强度而广泛用于夹心结构中。然而，具有非常低密度的蜂窝芯体需要具有非常薄的孔道壁。这些薄的孔道壁趋向于在面外压缩和剪切载荷下弯曲，使得需要较小的孔道尺寸，但较小的孔道尺寸会导致更高的密度和重量。

此外，由于生产设备大小上的限制，蜂窝芯体可能受限于尺寸。已经研发出了连续生产过程能够成本经济地生产具有变化长度的蜂窝芯体。对于较大的宽度，必须考虑更高的成本或者必须将芯体板材结合在一起。

可膨胀蜂窝体是已知的，其通过横向牵拉塌缩结构来获得最终的蜂窝几何形状，例如，可膨胀铝蜂窝。可膨胀蜂窝结构的节点能够使得形成孔道壁的条带旋转，从而使得膨胀的蜂窝体可以变平。为了使得基于芳族聚酰胺纸的膨胀的蜂窝体稳定，将它们浸入树脂中，所述树脂在蜂窝保持膨胀形状的情况下固化。热塑性膨胀的蜂窝体必须进行热处理以使得通过膨胀过程施加的应力弛豫。

已知由薄固体孔道壁(例如，由纸材料)制成的有槽蜂窝芯体。其可以由材料的有槽条带制成，所述材料的有槽条带可以插在一起以形成节点，使得条带材料在膨胀期间旋转。节点不能防止孔道的变形。

如果孔道壁相当厚，那么通过膨胀或折皱的蜂窝芯体常规生产过程不能很好地起作用。

发明内容：

本发明的目的是提供能够使得多孔结构(例如，包含蜂窝孔道)具有较低密度和厚孔道壁的产品设计以及生产方法。本发明实施方式的优点是使用经济的工艺和有效的设备生产大尺寸蜂窝板材。

一方面中，本发明提供蜂窝形式的分级夹心芯体，即，具有重复且周期性的格子材料。夹心芯体可以由具有带介观多孔芯体的夹心孔道壁的宏观周期格子材料(例如宏观蜂窝结构)构成。例如，介观多孔芯体可以是泡沫，或者可以是由周期格子材料(例如，介观蜂窝结构)制成。在后一情况中，在本发明的实施方式中，介观蜂窝孔道的孔道纵轴可以垂直于宏观蜂窝结构的孔道纵轴。在该情况下，介观孔道和宏观孔道例如可以是六边形或矩形(例如，正方形)，但是本发明包括：在四个或六个节点处连接在一起的四边或六边的孔道。或者，如果使用具有介观孔道的泡沫芯体，可以在发泡过程期间制造介观孔道的形状，以使得它们能够在垂直于宏观蜂窝结构的孔道纵轴的方向上伸长。

可以对宏观蜂窝芯体结构的节点处的孔道壁的厚度进行选择，以使得节点被锁定，在节点处夹心孔道壁的没有局部压缩/变形的情况下，芯体结构不是平面内可塌缩的。在本发明实施方式中，通过在宏观蜂窝结构节点处互锁型配合部件提供锁定。通过能够分别胶粘至芯体一个或多个主表面上的芯体蜂窝体的一种或多种材料的覆盖表皮，可以实现进一步的锁定功能。本发明实施方式的优点在于刚性，例如，厚孔道壁提供了在压缩和剪切载荷下改进的孔道壁抗弯强度。当孔道壁足够厚以避免整体弯曲时，这将会更高。

切割和折叠条带的本发明实施方式的优点能够实现相当厚但仍然非常轻的孔道壁。