一种聚氨酯泡沫自适应减振降噪泡沫夹层板及其制备方法与流程

本发明属于航空航天、船舰和高铁技术领域，具体涉及一种聚氨酯泡沫自适应减振降噪泡沫夹层板及其制备方法。

背景技术：

金属蜂窝和泡沫夹层板因其轻质、高强、隔热、减振和降噪等多功能结构一体化的特点，被广泛用于航空航天飞行器、船舰和高铁等的壁板结构中。现有的技术，对轻质多孔材料夹层板结构的强度和减振降噪性能的研究，多集中在传统的四变形、六边形蜂窝夹层板以及泡沫夹层板结构中。随着科学技术和经济的快速发展以及国防战备的需要，航空航天飞行器、船舰和高铁等的速度越来越快，安装的智能设备越来越多，传统的金属蜂窝夹层板和金属泡沫夹层板结构，在满足结构质量要求的情况下，其刚度、强度和减振降噪等性能已不能满足结构安全性能的基本要求。因此，在尽可能减轻结构质量的情况下，研制出具备更高强度、刚度、更好自适应减振降噪的高性能面板结构，已成为当务之急。

在减振降噪方面，传统的多孔材料夹层板，多通过在芯层施加外在结构，来进行某些低频段的减振降噪。一方面，施加外在结构会过多增加质量，因而过多影响或者改变多孔材料夹层板的结构和力学性能。另外，往往只能在某些低频段减振降噪，很难自适应减振降噪。

因此，为了克服传统蜂窝和泡沫夹层板结构存在的缺点，制备超轻高强自适应减振降噪泡沫夹层板结构，已成为航空航天、船舰和高铁等领域的迫切需求。

技术实现要素：

本发明的目的是克服传统泡沫夹层板承载差和很难自适应减振降噪的缺点，从结构和功能材料两方面出发，为航空航天、船舰和高铁等领域，提供一种聚氨酯泡沫自适应减振降噪泡沫夹层板及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种聚氨酯泡沫自适应减振降噪泡沫夹层板，包括上面板、下面板和位于中间层的泡沫夹芯结构，所述的泡沫夹芯结构为超材料各向同性ISOMAX泡沫结构，由各向异性的方形壁板结构和三角形金字塔壁板结构组成；所述上面板和下面板是聚氨酯泡沫阻尼面板，且均由金属薄板与聚氨酯泡沫蒙皮粘结而成。

一种聚氨酯泡沫自适应减振降噪泡沫夹层板的制备方法，包括以下步骤：

(1)3D打印ISOMAX泡沫夹芯结构和上面板、下面板的金属薄板结构；

(2)根据构成上面板和下面板的金属薄板的面板尺寸，切割制作与金属薄板尺寸相对应的聚氨酯泡沫蒙皮，将金属薄板与聚氨酯泡沫蒙皮粘结形成上面板和下面板；

(3)将耐高温金属快干胶均匀搅拌后，单面均匀涂在聚氨酯泡沫蒙皮上，之后，与步骤(1)中3D打印的ISOMAX泡沫夹芯结构，边界对齐粘贴，即得所需自适应减振降噪泡沫夹层板。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

本发明的夹芯结构，使用的是超材料ISOMAX泡沫结构，它是目前现有的唯一达到多孔材料理论刚度极限的各向同性泡沫结构。与传统金属蜂窝和泡沫结构相比，即使在质量很轻的情况下，依然具备极强的刚度和强度，在剧烈声振激励下，具备很强的抗变形和抗破坏能力。另外，传统的多孔材料夹层板，多使用的是纯金属面板，通过在芯层施加外在结构，来进行某些低频段的减振降噪，而本发明的上、下面板，使用的是聚氨酯泡沫阻尼面板，在不过多增加结构质量以及不影响结构原有力学性能的前提下，依然能在宽频段(包括低频和中高频)自适应减振降噪。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。

图2是ISOMAX泡沫夹芯结构和上、下面板结构的分离状态示意图。

图3是ISOMAX泡沫代表单元示意图。

附图标记：1-泡沫夹芯结构；2-金属薄板；3-聚氨酯泡沫蒙皮

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

图1是本发明提出的超轻高强自适应减振降噪泡沫夹层板的整体结构示意图，它包括超材料ISOMAX泡沫夹芯结构1、上面板和下面板。图中的金属ISOMAX泡沫夹芯结构和上面板、下面板结构，仅为示例，具体的结构尺寸、ISOMAX泡沫单元数量(参见图3)、夹芯的厚度、夹芯和上下面板采用的金属材料、上、下面板采用的金属材料的厚度以及聚氨酯泡沫蒙皮的类型、密度和厚度(参见图2)，可以根据实际工程需要适当选取。其中，ISOMAX是夹芯泡沫的名称，它是加州大学圣芭拉分校材料系的科研人员提出的一种超材料各向同性泡沫结构，取名为ISOMAX。其中上面板和下面板是聚氨酯泡沫阻尼面板，且均由金属薄板2与聚氨酯泡沫蒙皮3粘结而成。

记ISOMAX泡沫夹芯的厚度为d，相对密度为ρ/ρs(ρs为构成材料的密度)，则组成ISOMAX泡沫结构的方形壁板结构的壁长lc＝d/2。组成聚氨酯泡沫阻尼面板的金属薄板和聚氨酯泡沫蒙皮的厚度分别为t和tp。组成ISOMAX泡沫结构的方形壁板结构和三角形金字塔壁板结构的壁厚分别为tc和tt。

理论分析表明，ISOMAX泡沫结构的各向同性性能，能通过适当选取各向异性方形壁板的厚度tc与三角形金字塔壁板的厚度tt来确定。这是ISOMAX泡沫夹层板结构超轻高强的基础。ISOMAX泡沫夹层板的质量和总体承载性能，可以通过调整ISOMAX泡沫夹芯厚度d、相对密度ρ/ρs和上下面板金属薄板的厚度t来实现。而ISOMAX泡沫夹层板结构的自适应减振性能，主要通过聚氨酯泡沫阻尼面板来实现。聚氨酯泡沫是一种粘弹性阻尼材料，不但密度低，质量轻，而且隔热，防潮，生产制备方便，加工成型容易。在交变应力作用时，其阻尼性能随外加应力的频率变化而变化，把声振能转化为热能，具有优良的宽频段自适应减振降噪能力。可以通过调整聚氨酯泡沫蒙皮的类型、厚度和密度，来适应不同的基材金属薄板和不同的工况。这样ISOMAX泡沫夹层板结构可以用于不同的场合，获得不同的超轻强度性能和自适应减振性能，如用于航空航天、船舰和高铁等不同的领域。

本发明的制备方法主要包括以下几个步骤：

(1)根据实际工程需要，整体3D打印ISOMAX泡沫夹芯结构和上下面板的金属薄板结构；

(2)按金属薄板的面板尺寸，从整块聚氨酯泡沫上，切割制作聚氨酯泡沫上下蒙皮。

(3)将JL-499耐高温快干胶均匀搅拌后，单面均匀涂在聚氨酯泡沫蒙皮上，之后，与步骤(1)中3D打印的ISOMAX泡沫夹芯结构，边界对齐，粘贴在一起，即得所需的超轻、高强、聚氨酯泡沫蒙皮自适应减振降噪的ISOMAX泡沫夹层板结构。

本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。