专利名称：高阻燃三维立体夹芯承力复合板的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种具有高阻燃性能、高承力性能且为三维立体夹芯结构的复合板，该复合板采用立体编织工艺、真空辅助RTM成型工艺制备。
背景技术：
复合板一般由上面板、芯材(放置在上、下面板之间的位置)和下面板组成，其制备方法一般将上面板与芯材与下面板先胶粘在一起，然后采用热压成型技术压制成所需结构特征的复合板进行成品销售。采用胶粘、热压成型制备得到的复合板存在着上、下面板与芯材的结合处易产生分层缺陷。其复合板的分层结合处不牢固时不仅会使产品的整体强度差，还会由于存在缝隙会使产品吸水率增加之后造成芯材隔热效果的降低；同时，在环境温度较低的状况下芯材因冻胀使分层结合处脱开。上、下面板由于温度变化也会导致复合板变形等问题。
芯材一般采用酚醛泡沫，其具有耐热性能好，遇火难燃、低烟、低毒、环保，被国际上认为是绿色建材隔热保温的理想材料。
用复合板作为轨道车辆的地板或壁板，一旦结合处发生分层，在高速运行过程中发生摩擦易产生噪音，影响车厢内的视听环境；用于舰船的地板或壁板，结合处发生分层，海水浸入地板或壁板，加大了腐蚀，缩短了舰船的使用周期，同时也增加了舰船的重量。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种高阻燃三维立体夹芯承力复合板，该复合板采用立体编织工艺将与轻质芯材接合的两个内层编织在一起，解决了复合板易分层的缺陷；采用真空辅助RTM(树脂传递模塑Resin Transfer Moulding)成型工艺将酚醛树脂导入预成型复合板内，增强了支承结构的纤维束与纤维束之间的剪力，有效地提高了本实用新型复合板的承重力。
本实用新型是一种高阻燃三维立体夹芯承力复合板，由轻质芯材、承力柱、上面板内层、下面板内层、上面板外层和下面板外层构成；轻质芯材布置在上面板内层和下面板内层之间，且在上面板内层、轻质芯材和下面板内层的厚度方向上采用立体编织工艺织入有承力柱；上面板外层和下面板外层分别布置在上面板内层和下面板内层外部；在轻质芯材、承力柱、上面板内层、下面板内层、上面板外层和下面板外层内导入有酚醛树脂。
所述的高阻燃三维立体夹芯承力复合板，其轻质芯材为酚醛泡沫，厚度为8～40mm。所述上面板内层、下面板内层、上面板外层和下面板外层为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维或聚酯纤维制成的二维织物或三维织物，其厚度为0.1～5.0mm。所述承力柱为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维或聚酯纤维的纤维束，其直径为0.8～10mm，设有2000～20000个/m2。
所述的高阻燃三维立体夹芯承力复合板其平压强度为4.6～15.3MPa，弯曲强度16.8～45.8MPa，冲击强度大于100KJ/m2，氧指数65.0～71.0％。
本实用新型高阻燃三维立体夹芯承力复合板的优点在于(1)采用立体编织工艺成型的承力柱，形成了高抗分层性能及高承力性能的复合板夹芯材料体系的一部分，有效地阻止了与芯材接合处分层的问题；(2)采用真空辅助RTM工艺浸入酚醛树脂，使得树脂浸润均匀，树脂含量稳定，在密闭空间中完成树脂浸润，不会向大气散发有害气体污染环境；(3)本实用新型提出的制备方法能够节约原材料消耗，制备过程中可以根据施工要求选取轻质芯材的尺寸，该尺寸为本实用新型复合板的主参量，并根据该主参量分别选取面板内层和外层；制备结束后只需对复合板的外部进行常规的打磨、去边处理即为可供销售的成品；(4)对于轻质芯材选取酚醛泡沫材料，使本实用新型复合板有效地起到了高阻燃，低烟低毒的特性；(5)承力柱是采用编织工艺与芯材成为一整体结构，其具有了高抗分层特性；(6)酚醛树脂的浸入有效地提高了本实用新型复合板的防水防腐功能等特性。
图1是本实用新型复合板的外部结构图。
图2是图1的A-A视图。
图3是无上下面板外层的复合板结构图。
图4是无轻质芯材的复合板结构图。
图中1.轻质芯材2.上面板内层3.上面板外层4.下面板内层5.下面板外层6.承力柱
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
请参见图1、图2所示，本实用新型是一种高阻燃三维立体夹芯承力复合板，由轻质芯材1、承力柱6、上面板内层2、下面板内层4、上面板外层3和下面板外层5构成；轻质芯材1布置在上面板内层2和下面板内层4之间，且在上面板内层2、轻质芯材1和下面板内层4的厚度方向上采用立体编织工艺织入有承力柱6；上面板外层3和下面板外层5分别布置在上面板内层2和下面板内层4外部；在轻质芯材1、承力柱6、上面板内层2、下面板内层4、上面板外层3和下面板外层5内导入有酚醛树脂。
在本实用新型的高阻燃三维立体夹芯承力复合板，其轻质芯材1为酚醛泡沫，选取厚度为8～40mm。所述上面板内层2、下面板内层4、上面板外层3和下面板外层5为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维或聚酯纤维制成的二维织物或三维织物，选取厚度为0.1～5.0mm。所述承力柱6为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维或聚酯纤维的纤维束，承力柱6的直径为0.8～10mm，设有2000～20000个/m2。承力柱6的设置根据所选用的纤维束粗细来确定单位面积条件下设有的个数，当承力柱6的直径大时所需要的纤维束则多，当承力柱6的直径小时所需要的纤维束则少。
本实用新型的高阻燃三维立体夹芯承力复合板是在上面板内层2、轻质芯材1(无粉化型酚醛泡沫)和下面板内层4叠加组成铺层结构的厚度方向上采用立体编织工艺织入承力柱6；然后在上面板内层2的外部铺上面板外层3，下面板内层4的外部铺下面板外层5叠层构成预成型体；最后将预成型体采用真空辅助RTM成型工艺将酚醛树脂导入其内，且保持0.05～0.09Mpa的真空度，在20℃～200℃温度条件下固化0.5～5h，然后经打磨、去边处理，即制得高阻燃三维立体夹芯承力复合板。根据产品使用环境温度的不同，会选取不同温度条件下的酚醛树脂，由于酚醛树脂的合成反应条件不同，所得树脂的固化温度也不同。制备得到的高阻燃三维立体夹芯承力复合板中其上面板内2和上面板外层3(或下面板内4和下面板外层5)中浸润树脂的含量占上面板内2和上面板外层3(或下面板内4和下面板外层5)整体重量的百分比，经测试树脂含量为30～50％。
在本实用新型中，立体编织工艺选用日本HASHIMA株式会社制造的型号为HSQ-100DC设备，是将上面板内层2、轻质芯材1和下面板内层4叠加成叠层结构后进行立体编织织入承力柱6(纤维束)。采用真空辅助RTM成型工艺选用美国格拉斯公司制造的型号为SPARTAN-RTM设备，是将酚醛树脂导入预成型体中，且保持0.05～0.09Mpa的真空度，并在20℃～200℃温度条件下固化0.5～5h。形成高阻燃三维立体夹芯承力复合板。
在本实用新型中，轻质芯材1选取酚醛泡沫。酚醛泡沫具有最低的导热系数，最优的阻燃性能，被广泛作为绝热材料。其氧指数(0I)＞60，烟密度等级(SDR)＜8，耐温性好，在-196～180℃范围内，导热系数为0.03w/(m.k)。酚醛树脂选取国营常熟塑料厂生产的型号为NR9430。
在本实用新型中，承力柱6(纤维束)是穿过叠加的上面板内层2、轻质芯材1和下面板内层4的，承力柱6可以是有规则的织入，也可以是无规则的织入，其织入的多个承力柱6可以是在产品厚度方向上均匀设置的构图，也可以根据使用要求进行不规则分布(请参见图3所示)。上面板内层2、下面板内层4、上面板外层3和下面板外层5是玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维制成的二维织物或三维织物，其大小与轻质芯材1适配。上面板内层2与上面板外层4，下面板内层3与下面板外层5之间的结合是通过采用真空辅助RTM成型工艺导入的酚醛树脂浸润后在一定温度条件下同时固化来连成一体的。
为了对本实用新型复合板进行抗压力测试，选用万能实验机CMT5504(深圳新三思公司制造)，冲击试验机CJ-25(深圳新三思公司制造)，氧指数试验仪JF-3(南京江宁分析仪器厂制造)，马弗炉SX-8-10(天津中簧制造)。制作复合板加工尺寸以轻质芯材1的长、宽为一参照量，截取酚醛泡沫轻质芯材1的尺寸1200×2400×20mm，上面板外层3和下面板外层5的厚度分别为2.5mm，下面板内层4和上面板内层2的厚度分别为0.5mm。在相同尺寸条件下，选择不同内层、外层材料、不同承力柱6的直径和纤维束的粗细，其测试结果平压强度为4.6～15.3MPa，弯曲强度16.8～45.8MPa，冲击强度大于100KJ/m2，氧指数65.0～71.0％。本实用新型的复合板，有效地解决了普通复合板易分层、承力差、金属复合板易腐蚀、树脂基复合板阻燃性差等问题。使夹芯复合板可以用于高剪切和高压缩应用的场合，扩大了应用的领域和范围。
权利要求1.一种高阻燃三维立体夹芯承力复合板，其特征在于由轻质芯材(1)、承力柱(6)、上面板内层(2)、下面板内层(4)、上面板外层(3)和下面板外层(5)构成；轻质芯材(1)布置在上面板内层(2)和下面板内层(4)之间，且在上面板内层(2)、轻质芯材(1)和下面板内层(4)的厚度方向上采用立体编织工艺织入有承力柱(6)；上面板外层(3)和下面板外层(5)分别布置在上面板内层(2)和下面板内层(4)外部；在轻质芯材(1)、承力柱(6)、上面板内层(2)、下面板内层(4)、上面板外层(3)和下面板外层(5)内导入有酚醛树脂。
2.根据权利要求1所述的高阻燃三维立体夹芯承力复合板，其特征在于所述轻质芯材(1)为酚醛泡沫，其厚度为8～40mm。
3.根据权利要求1所述的高阻燃三维立体夹芯承力复合板，其特征在于所述上面板内层(2)和所述下面板内层(4)为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维或聚酯纤维制成的二维织物或三维织物，其厚度为0.1～5.0mm。
4.根据权利要求1所述的高阻燃三维立体夹芯承力复合板，其特征在于所述上面板外层(3)和所述下面板外层(5)为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维或聚酯纤维制成的二维织物或三维织物，其厚度为0.1～5.0mm。
5.根据权利要求1所述的高阻燃三维立体夹芯承力复合板，其特征在于所述承力柱(4)为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维或聚酯纤维的纤维束，其直径为0.8～10mm，承力柱(4)设有2000～20000个/m2。
专利摘要本实用新型公开了一种高阻燃三维立体夹芯承力复合板，由轻质芯材、承力柱、上面板内层、下面板内层、上面板外层和下面板外层构成；轻质芯材布置在上面板内层和下面板内层之间，且在上面板内层、轻质芯材和下面板内层的厚度方向上采用立体编织工艺织入有承力柱；上面板外层和下面板外层分别布置在上面板内层和下面板内层外部；在轻质芯材、承力柱、上面板内层、下面板内层、上面板外层和下面板外层内导入有酚醛树脂。采用本实用新型的高阻燃三维立体夹芯承力复合板，有效地解决了普通复合板易分层、承力差、金属复合板易腐蚀、树脂基复合板阻燃性差等问题。使夹芯复合板可以用于高剪切和高压缩应用的场合，扩大了应用的领域和范围。
文档编号B32B3/12GK2918595SQ20062001908
公开日2007年7月4日 申请日期2006年4月12日 优先权日2006年4月12日
发明者陈跃, 张佐光, 李敏, 赵彤, 王大勇, 吕建梅 申请人:北京中铁长龙新型复合材料有限公司