一种双螺旋纤维增强泡沫层合板的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种双螺旋纤维增强泡沫层合板，主要由表层金属板和纤维增强泡沫芯层组成，纤维增强泡沫芯层设置在两层金属板之间；纤维增强泡沫芯层由双螺旋纤维和泡沫基质复合组成；泡沫基质为空心玻璃微球填充的多孔树脂材料；所述的双螺旋纤维为天然植物纤维、尼龙或铜纤维通过纤维编织或纤维缠绕得到；双螺旋纤维填充量占纤维增强泡沫芯层总体积的10％‐40％，所述双螺旋纤维的长度为0.5‐10mm；纤维增强泡沫芯层由泡沫基质的原料搅拌混合后倒入预先排列好双螺旋纤维的模具中固化后得到。本发明双螺旋纤维由于相互缠绕而具有的空间结构能有效地阻止纤维和基体之间界面破坏，提高纤维和基体之间的结合能力。
【专利说明】一种双螺旋纤维增强泡沬层合板
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种层合板，特别是涉及了一种具有双螺旋纤维增强特征的泡沫层合板。
【背景技术】
[0002]多孔材料，包括金属泡沫和聚合物泡沫等材料，具有比强度高、比刚度高，压缩强度大和吸收能量性能好等优点，广泛应用于建筑，船舶，风力能源和航空航天领域。多孔材料由于内部具有大量孔胞结构，相对于实心材料能大大减少固体传热面积、增大传热距离，因此特别适合做隔热材料。相对于实心结构，多孔材料的孔胞结构在受冲击时容易产生塑性变形，有利于冲击时能量的吸收，因此多孔材料也经常用于减振结构。然而，拉伸强度低、脆性大使得多孔材料应用受到限制。单一的多孔材料，尤其是硬发泡多孔材料的加工性能较差。纤维增强复合材料的出现很好解决了这个问题。少量的纤维增强就可以使多孔材料拉伸强度和韧性得到大幅度的提高。然而泡沫材料特别是高孔隙率的泡沫材料由于存在大量空腔结构使得基体与纤维间的结合比较弱，外界荷载作用下容易发生界面脱结合现象，使得纤维增强泡沫复合材料出现失效，影响板的正常使用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于为了避免泡沫层合板在使用过程中基质与纤维过早地出现界面脱结合，影响纤维增强泡沫层合板力学性能，提出了一种由双螺旋纤维增强泡沫材料芯层和金属保护表层组成的层合板，以提高纤维增强泡沫层合板的力学性能和稳定性。
[0004]本发明通过以下技术方案来实现:
[0005]一种双螺旋纤维增强泡沫层合板，主要由表层金属板和纤维增强泡沫芯层组成，纤维增强泡沫芯层设置在两层金属板之间；所述表层金属板的厚度为(0.2 - 1)_，纤维增强泡沫芯层的厚度为(0.5-5)mm ;所述纤维增强泡沫芯层由双螺旋纤维和泡沫基质复合组成；泡沫基质为空心玻璃微球填充的多孔树脂材料；所述的双螺旋纤维为天然植物纤维、尼龙或铜纤维通过纤维编织或纤维缠绕得到；双螺旋纤维填充量占纤维增强泡沫芯层总体积的10% -40%，所述双螺旋纤维的长度为0.5 -1Omm ;所述纤维增强泡沫芯层由泡沫基质的原料搅拌混合后倒入预先排列好双螺旋纤维的模具中固化后得到。
[0006]进一步地，所述表层金属板采用铝合金板或合金钢层板。
[0007]所述空心玻璃微球的直径为(2 - 120) μ m。
[0008]所述双螺旋纤维3的填充为有序或者无序填充。
[0009]以质量分数计，所述泡沫基质的原料由I份E44 - 6101环氧树脂、0.3?2份多元胺EP型环氧树脂固化剂、0.003份BYK - A530有机硅消泡剂和O?I份T15系列的空心玻璃微球组成。
[0010]所述表层金属板和纤维增强泡沫芯层之间通过胶黏剂粘结。
[0011]相对于现有技术，本发明具有如下特点:
[0012]本发明的层合板通过使用一种双螺旋纤维增强泡沫芯层和金属保护表层的复合结构，通过双螺旋纤维的特有的空间结构增大基质与纤维之间的机械锁合力，可以防止层合板芯层基质与纤维的脱结合，有效地提高基质与纤维的界面结合强度，提高层合板的力学性能和稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为双螺旋纤维增强泡沫层合板的横截面结构示意图；
[0014]其中I为表层金属板，2为纤维增强泡沫芯层，3为双螺旋纤维，4为泡沫基质。
[0015]图2为双螺旋纤维的制造示意图；
[0016]其中，5为两个相互平行的直纤维,6为可转动夹具,7为固定夹具。
[0017]图3为图1中的双螺旋纤维的三维结构示意图。
[0018]图4为相同泡沫基质的情况下双螺旋纤维与直纤维的界面结合强度对比图。
【具体实施方式】
[0019]为更好地理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0020]如图1所示，一种双螺旋纤维增强泡沫层合板，主要由表层金属板I和纤维增强泡沫芯层2组成，表层金属板I采用铝合金板或合金钢层板，其厚度范围为0.2 - 1_，纤维增强泡沫芯层2的厚度范围为0.5 - 5mm ;纤维增强泡沫芯层2设置在两层金属板I之间，其中纤维增强泡沫芯层2由双螺旋纤维3和泡沫基质4复合组成；泡沫基质4为空心玻璃微球(直径范围为2 - 120 μ m)填充的多孔树脂材料，所填充的双螺旋纤维3为天然植物纤维或铜纤维通过纤维编织或纤维缠绕得到。双螺旋纤维3的填充为有序或者无序填充，双螺旋纤维3填充量占纤维增强泡沫芯层2总体积的的10% - 40%，双螺旋纤维3的长度为
0.5 - 10mm。以质量分数计，泡沫基质4的原料由I份E44 - 6101环氧树脂(生产厂家广州市东风化工实业有限公司)、0.3?2份EP型环氧树脂固化剂(多元胺、生产厂家广州市东风化工实业有限公司)、0.003份BYK-A530有机硅消泡剂(德国毕克)和O?I份T15系列的空心玻璃微球(直径2 - 120 μ m、密度0.15g/cm3，生产厂家中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司)组成；制备时，将纤维增强泡沫芯层2由泡沫基质4的原料搅拌混合后倒入预先排列好双螺旋纤维3的模具中固化后得到。表层金属板I和纤维增强泡沫芯层2之间通过胶黏剂粘结。
[0021]图2为双螺旋纤维的制造示意图，把相互平行排列的两根长直纤维5的两端分别固定在可转动夹具6与固定夹具7上，旋转可转动夹具6若干圈即可使两根纤维缠绕得到双螺旋纤维3。图3即为缠绕后的双螺旋纤维的三维结构示意图。
[0022]工作时，双螺旋纤维增强泡沫层合板受到外界弯曲荷载，泡沫基质和双螺旋纤维的界面剪切应力增大，但由于双螺旋纤维3特有的空间结构大大地提高了双螺旋纤维3和泡沫基质的之间的机械锁合力，双螺旋纤维3和泡沫基质不容易发生脱离现象，从而减少了层合板的破坏，提高了层合板的性能。
[0023]以下通过实验来验证双螺旋纤维3对泡沫基质4与纤维的界面结合强度的增强效果。双螺旋纤维3对泡沫基质4的界面的结合强度可以通过单纤维拉出实验来测量，通过界面剪切强度τ来表征。
[0024](I)
cL
[0025]其中，Fmax为拉出过程中的最大力，c为纤维的横截面周长，L为纤维埋在基质中的深度。
[0026]图4是直径为0.25mm的双螺旋铜纤维3与相同直径的直铜纤维在泡沫基质4下的界面结合强度对比图；以质量分数计，泡沫基质4由I份E44-6101环氧树脂(生产厂家广州市东风化工实业有限公司)、2份EP型环氧树脂固化剂(多元胺、生产厂家广州市东风化工实业有限公司)、0.003份BYK - A530有机硅消泡剂(德国毕克)和0.33份T15系列的空心玻璃微球(直径2 -120 μ m、密度0.15g/cm3，生产厂家中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司)混合而成的泡沫基质下的界面结合强度对比图，每种样品数为5个。从图4中可以看出由于双螺旋纤维特有的空间结构，提高了纤维与基体之间的机械锁合力，使得双螺旋纤维界面结合强度比直纤维提高了 7.1%。基质与纤维之间的界面结合性能决定了纤维增强复合材料的整体力学性能。纤维增强泡沫材料，尤其是高孔隙率的纤维增强泡沫材料，其较低的界面结合强度使得其在承受外界弯曲荷载时过早地发生界面脱结合，导致层合板失效，而本发明专利的双螺旋纤维结构能有效地提高纤维增强泡沫材料的界面结合强度，从而提高层合板的总体力学性能。
【权利要求】
1.一种双螺旋纤维增强泡沫层合板，主要由表层金属板和纤维增强泡沫芯层组成，纤维增强泡沫芯层设置在两层金属板之间；其特征在于，所述表层金属板的厚度为(0.2 -1)_，纤维增强泡沫芯层的厚度为(0.5 - 5)mm ;所述纤维增强泡沫芯层由双螺旋纤维和泡沫基质复合组成；泡沫基质为空心玻璃微球填充的多孔树脂材料；所述的双螺旋纤维为天然植物纤维、尼龙或铜纤维通过纤维编织或纤维缠绕得到；双螺旋纤维填充量占纤维增强泡沫芯层总体积的10% -40%，所述双螺旋纤维的长度为0.5 -1Omm ;所述纤维增强泡沫芯层由泡沫基质的原料搅拌混合后倒入预先排列好双螺旋纤维的模具中固化后得到。
2.根据权利要求1所述的双螺旋纤维增强泡沫层合板，其特征在于，所述表层金属板采用铝合金板或合金钢层板。
3.根据权利要求1所述的双螺旋纤维增强泡沫层合板，其特征在于，所述空心玻璃微球的直径为(2 - 120) μ m。
4.根据权利要求1所述的双螺旋纤维增强泡沫层合板，其特征在于，所述双螺旋纤维3的填充为有序或者无序填充。
5.根据权利要求1所述的双螺旋纤维增强泡沫层合板，其特征在于，以质量分数计，所述泡沫基质的原料由I份E44 - 6101环氧树脂、0.3?2份多元胺EP型环氧树脂固化剂、0.003份BYK - A530有机硅消泡剂和O?I份T15系列的空心玻璃微球组成。
6.根据权利要求1所述的双螺旋纤维增强泡沫层合板，其特征在于，所述表层金属板和纤维增强泡沫芯层之间通过胶黏剂粘结。
【文档编号】B32B15/08GK104149400SQ201410333922
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】刘旺玉, 黄家乐, 汪宁陵, 罗远强 申请人:华南理工大学