[发明专利]复合蜂窝夹层结构及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合蜂窝夹层结构及制造方法，尤其是受树脂浸渍的织物片层，它所形成的外表层粘结在具有中间阻挡层的蜂窝芯的相对表面上，以此不让树脂从表层流到蜂窝芯。

背景技术

当今航天蜂窝芯夹层面板(具有复合叠层表层，通过压热处理(autoclaveprocessing)用胶粘剂固化至芯)得到广泛使用，因为这种面板提供高韧度-重量比(即，比韧性)和强度-重量比(即，比强度)。典型的蜂窝芯夹层面板已在美国专利第5,284,702，4,622,091和4,353,947号中作出描述。在Alteneder等人的“蜂窝状复合结构的加工和特性研究”一文中(第38届国际SAMPE研讨会，1993年5月10-13日(PCL Internal No.200-1/93-AWA))对这些面板的共同问题进行了讨论，这些问题包括窝芯损坏(即芯的破坏)，表面叠层孔隙度以及差的机械表面光洁度。

美国专利第5,455,861号描述用于声吸收(声隔离)和其它用途的复合叠层结构。这种叠层结构有七层，它们如下：

(1)一层外表层；

(2)一个小蜂室的蜂窝或多孔芯；

(3)一层前侧的内中隔层；

(4)一个大蜂室中等的蜂窝芯；

(5)一层后侧的内中隔层；

(6)一个后侧，小蜂室蜂窝或多孔芯；

(7)一层内表层。

中间蜂窝芯内的调谐腔吸收体吸声。这种结构的性能，基于已讨论过的理由，其在加工时受到树脂流至蜂窝芯的蜂室的影响，因为这种流动将改变结构的共振特性。

发明概述

用一种高流动的树脂系统，在压热处理期间大量的树脂可能流入芯内。这种流动使树脂从叠层中失去，使树脂在面板中导致重量的损失，从而不能取得所需的性能，并且对整个叠层层片的设计均需要考虑到这种流动损失。树脂从叠层层片的流失也会降低固化层片的厚度，这种降低对机械性能有影响。为了取得所需的性能和相应的叠层厚度，就需要附加层片，导致成本和重量的增加。因为在现代飞机中重量的增加直接危及飞行器的性能和成本。由于这种流动是一种相对来说不可预见的和不可控的过程。所以航天设计和制造要求消除这种流入芯内的流动或者非常地少。除了树脂流入芯的重量损失外，我们发现由流动的树脂引起的微观裂纹有可能传播到粘结的轮廓线，有损其机械性能。这种微观裂纹的势能对面板的完整性具有灾难性的威胁。因此，要求消除这种流动或者至少能予以控制。

从叠层到芯的流动，其出现是由于在提高的处理温度时，树脂的粘度下降(即变稀)所致。所以现有技术解决流动问题的努力通常集中于使固化温度时树脂保持在环境温度时的粘度。例如，一种办法是改变处理周期，在慢升温的低压步骤过程中使树脂固化，在高温高压完成之前使树脂链增长，在该阶段的固化期间，有可能通过低温的条件增长分子量来保持树脂的粘度。较高分子量的树脂也具有较高的粘度，所以使他们保持更粘稠，可以阻止树脂至芯的有害流动。采用分阶段的固化周期，仍会出现较多的流动，而且潜在的微观裂纹问题仍然存在。同样，面层片的孔隙可能会增加，超出可接受的限度。还有，一种变动的固化周期会增加压热处理的时间，使加工成本明显增加，并具有在完全不受控制和不充分了解具体情况下加工高价值部件的危险。

我们利用高流动树脂消除树脂(基质)流入叠层结构的蜂窝芯内，并在夹层面板加工中取得再现性和可预示性，从而对最终面板的结构性能具有信心。我们采用交织物支撑的阻挡层，它设置在加强纤维树脂复合叠层和蜂窝芯之间，这种夹层结构相比于已有的面板在相同特性下是比较轻的。因为树脂保持在提供结构强度的叠层(表层)内，而不是流到对结构强度无意义的芯内，同时不会使面板过重和失效。通常，我们也使用位于阻挡层和叠层之间的一层未支撑的胶粘层，以把叠层粘结到阻挡层上，采用上述这些层(它们可以结合形成一种产品)，可以取得改进的性能，使树脂保留在叠层内，由此减少过量的树脂，设计者也不需设计面板时考虑树脂流入芯内，并可靠地加工具有满意结构的面板。

在固化具有交织物支撑的阻挡层(scrim-supported barrier film)的面板时，尤其在试用较轻重量芯材料时，在蜂窝芯的斜棱面区经常会出现芯破碎。对此，我们可以利用与位于阻挡层(和胶粘层)下面的芯相接触的系紧胶合层(tiedown ply)来减少芯的破碎。因为，在固化时系紧胶合层可减少阻挡层相对于芯的滑动。