用于复合材料夹心板的轻木芯材及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及制造如下的方法：用于复合材料夹心板的轻木（balsawood)芯材、特 别是包含纤维增强基质树脂复合材料外层的夹心板的轻木芯材。本发明还涉及包含纤维增 强基质树脂复合材料外层的夹心板的轻木芯材。
【背景技术】
[0002] 在结构复合材料领域已知的是，使用轻木作为包含纤维增强基质树脂复合材料外 层的夹心板的芯材材料。一般通过如下制造夹心板：在轻木的相对着的表面上分别设置纤 维层，随后在真空辅助的树脂传递模塑步骤期间，将可固化树脂浸入纤维层中并背对相对 着的表面。随后，将树脂固化以形成夹心板。
[0003] 需要在固化树脂层和芯材之间提供强力的粘附性结合，以使得在固化树脂层和芯 材间具有高的剥离强度。
[0004] 还需要尽量减少芯材对树脂的吸收。芯材对树脂的吸收使得夹心板增加不期望的 重量。在真空辅助的树脂传递模塑步骤中，当背对轻木芯材的相对着的表面浸渍树脂时，该 表面倾向于通过将可固化树脂吸附入该表面内来吸收树脂。
[0005] 轻木是天然材料，因此其结构和性能并非特别一致。为了提供具有高剪切强度的 芯材，将轻木切割成片材，其中该片材的主要的平整切割面实际上垂直于轻木树的高度方 向。因此，该切割面暴露出直径通常为0. 2-0. 4_的导管末端，该导管是形成轻木树水分运 输系统的主要部分的针状细胞。在用于制造芯材的切割片材中，导管部分在片材的主要的 平整切割面间延伸。直径通常为〇. 02-0. 04_的轴向薄壁细胞以及纤维也在片材的主要的 平整切割面间延伸。径向薄壁细胞则实际上沿着或平行于片材的主要的平整切割面延伸。
[0006] 芯材外表面需要与层压芯材的纤维增强基质树脂层的树脂形成显示出高的剥离 强度的强的结合。提供暴露出导管和轴向薄壁细胞的轻木的横向切割面可有助于在树脂基 质和芯材之间形成高剥离强度的结合。
[0007] 然而，此类横断面通过暴露出导管末端和轴向薄壁细胞末端而倾向于吸附大量树 月旨，该树脂在真空辅助的树脂传递模塑步骤期间浸渍入纤维增强材料中。芯材中所吸附的 树脂显著增加了夹心板的重量，而并未提高夹心板的机械性能，因此是不期望的。并且，轻 木芯材中吸附树脂还增加了生产期间的原材料成本。
[0008] 已知的是，在真空辅助的树脂传递模塑步骤之前，用厚的聚合物层涂覆轻木表面。 通常，使用液态热固性树脂（如环氧树脂）和触变添加剂来对混合物进行增厚。在轻木表 面对其进行手动刮平并使其固化，从而在树脂浸渍前对表面进行预处理。触变剂有助于阻 止液态树脂在等待树脂增厚和固化时填充细胞的趋势。触变混合物具有相对高的粘度，并 产生厚且重的涂层，通常在轻木的各面上超过400g/m 2。与对无任何涂层的轻木进行浸渍相 比，总重量得以节省，这是因为涂层在固化后阻塞了大多数细胞。然而，这一工序增加了制 造工艺的实际时间和成本，并且仍然导致高的树脂吸附。
[0009] 另外还已知的是，施用基于溶剂的涂层来涂覆至表面以保留较薄的阻挡涂层。然 而，已发现这一类型的层显著降低了轻木芯材表面上的树脂层的剥离强度。总的结果是，这 一已知的涂层并不提供高的综合机械性能，包括用于夹心板中的轻木芯材所需的高的剥离 强度以及低的树脂摄取。
[0010] 此外，当将聚合物树脂涂层施用至轻木时，涂层的固化和/或干燥时间可相当长 久，例如长久至使得溶剂从涂层中完全蒸发，从而使制造工艺效率低下。
[0011] 总的来说，需要如下的夹心板：该夹心板并入有轻木芯材，从而显现出高的综合机 械性能（包括高的剥离强度）以及低的树脂摄取，并且对于制造而言，高效、简单且不昂贵。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的在于满足上述需求。本发明的目的在于提供用于制造轻木芯材的方 法，该轻木芯材用于夹心板中，显示出通过轻木表面进行的低的树脂摄取，并同时提供芯材 的高的机械性能，以及通过树脂与芯材表面之间的粘合而在芯材表面与结合在其上的纤维 增强基质树脂复合材料的树脂之间提供高的剥离强度，并且对于制造而言，高效、简单且不 曰虫 印贝〇
[0013] 因此，本发明提供制造用于复合材料夹心板的芯材的方法，该方法包括以下步 骤：
[0014] (a)提供具有相对着的主表面的轻木片材，轻木的导管和轴向薄壁细胞沿片材的 厚度方向在相对着的主表面之间延伸；
[0015] (b)将可固化树脂组合物的层涂覆在轻木片材的相对着的各主表面上；并且
[0016] (C)通过辐射使可固化树脂组合物发生固化；
[0017] 其中，步骤（b)中施涂的可固化树脂组合物在施涂至轻木表面时的粘度为1-50 泊，并且经涂覆的各轻木表面的涂层重量为50_300g/m 2。
[0018] 在本申请文件中，流变学测量（例如测量可固化树脂组合物的粘度）使用TA Instruments AR2000流变仪以及直径200mm的钢板进行。实验以流动模式用受控的剪切应 力（32. 59dyne/Cm2)和1000 μπι的间隙进行。以2°C /min的升温斜率使温度由KTC增长 至 60。。。
[0019] 本发明进一步提供制造用于复合材料夹心板的芯材的方法，该方法包括以下步 骤：
[0020] (a)提供具有相对着的主表面的轻木片材，轻木的导管和轴向薄壁细胞沿片材的 厚度方向在相对着的主表面之间延伸；
[0021] (b)将可固化树脂组合物的层涂覆在轻木片材的相对着的各主表面上；并且
[0022] (C)通过辐射使可固化树脂组合物发生固化，从而限制未固化的树脂渗入轻木导 管中；
[0023] 其中，施涂并固化树脂组合物，从而使固化后的树脂组合物的涂层不均匀地填充 或仅部分填充轻木中的至少部分导管的最末端，由此在相对着的主表面上至少在至少部分 导管附近提供固化后的树脂组合物的涂层的非平整外表面。
[0024] 通常而言，通过紫外辐射、电子束辐射或热辐射、或者其它电磁辐射进行固化。
[0025] 在一些实施方式中，除轻木中的导管的最末端处之外，固化后的树脂组合物的涂 层实质上是连续且平整的，在该最末端处的表面包括导管上方的空穴或凹陷。
[0026] 在一些实施方式中，当施涂至轻木表面时，在步骤（b)中施涂的可固化树脂组合 物的粘度为1-50泊、任选2-20泊、进一步任选2-8泊。在一些实施方式中，对于经涂覆的 各轻木表面而言，在步骤（b)中施涂的可固化树脂组合物的涂层重量为50-300g/m 2、任选 75-160g/m2、进一步任选 90-120g/m2。
[0027] 在一些实施方式中，在步骤（b)中施涂的可固化树脂组合物形成的涂层的平均厚 度为20-600微米、任选40-400微米。
[0028] 在一些实施方式中，在步骤（b)中施涂的可固化树脂组合物包含至少一种可聚合 单体和用于使至少一种可聚合单体发生聚合的固化剂。当固化通过光辐射（例如紫外辐 射）进行时，固化剂包含由辐射引发的光引发剂。
[0029] 在一些实施方式中，在步骤（b)中施涂的可固化树脂组合物包含至少一种丙烯酸 盐/酯或甲基丙烯酸盐/酯单体。优选的是，在步骤（b)中施涂的可固化树脂组合物进一 步包含至少一种尿烧丙稀酸盐/酯（urethane acrylate)单体。
[0030] 在一些实施方式中，在步骤（b)中施涂的可固化树脂组合物不含溶剂，或者对于 可固化树脂组合物中存在的任何可聚合单体而言，基于可固化树脂组合物的重量包含至多 lwt%的不可聚合的溶剂。在一些实施方式中，在步骤（b)中施涂的可固化树脂组合物实质 上不含粒状填料。
[0031] 在一些实施方式中，当施涂至轻木表面时，在步骤（b)中施涂的可固化树脂组合 物被加热至高于环境温度，从而产生1-50泊、任选2-20泊、进一步任选2-8泊的施涂粘度。
[0032] 在一些实施方式中，施涂并固化树脂组合物，从而使固化后的树脂组合物向下延 伸至轻木的导管内的平均深度为250-2500微米、任选500-1500微米、进一步任选750-1250 微米。
[0033] 在一些实施方式中，涂覆的步骤（b)使用乳辊进行。
[0034] 在一些实施方式中，在步骤（b)中对涂层的指定区域进行涂覆后，将固化的步骤 (c)在