专利名称：一种波纹-铝蜂窝复合结构夹层材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种复合夹层材料及其制备方法，具体涉及一种波纹-铝蜂窝复合夹层板及其制备方法。
背景技术：
超轻多孔金属材料是近些年来随着材料制备以及机械加工技术的迅速发展而出现的一类新颖多功能材料。其芯体具有高孔隙率，其微结构按规则程度可分为无序和有序两大类，前者包括闭孔泡沫铝材料，而后者包括二维点阵材料(如波纹结构，蜂窝结构)与三维桁架结构(如金字塔结构、四面体结构)。目前，通常的多孔金属夹层板多为蜂窝铝或波纹等单一结构，蜂窝铝芯有高的比强度、比刚度，在航空航天、军事、建筑、交通、包装等领域得到了广泛应用。但是目前市 场上铝箔制作的蜂窝铝其相对密度均低于0. 05，即力学性能较低，如面外压缩强度低于5MPa，在一些力学性能要求高的场合不能满足需求。而波纹结构虽然制造工艺相对简单、成本低，但是其结构性能低于蜂窝较多。将两种结构复合，不仅可以保持蜂窝结构性能优势，而且由于蜂窝的支撑作用，极大提高波纹结构性能，使得最终可以大幅度提高复合材料的性能。例如，实验中蜂窝铝的面外压缩强度为2. 5MPa，波纹夹层结构压缩强度为3. 7MPa，复合后压缩强度达到11. IMPa0这种性能的大幅度提高，使其具有更多的市场前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结合波纹低成本和铝蜂窝高性能各自优势，通过复合的方式实现性能大幅度提高，弥补了蜂窝铝制造技术的局限性(相对密度均低于0. 05)的波纹-铝蜂窝复合结构夹层材料及其制备方法。为达到上述目的，本发明的波纹-铝蜂窝复合结构夹层材料包括两板金属面板以及设置在两块金属面板之间的由金属波纹芯体构成的波纹结构点阵夹层板，在波纹结构点阵夹层板的各个金属波纹芯体的孔内填充有与金属波纹芯体的孔相匹配的铝蜂窝芯材料。所述的金属波纹芯体为具有平台的梯形结构。本发是的制备方法包括以下步骤I)首先，将平整过的金属板材制成具有平台即梯形结构的金属波纹芯体，然后对金属波纹芯体和金属面板清洗去除油污和锈迹后烘干；2)然后，采用线切割技术将板状铝蜂窝芯切割成与金属波纹芯体的孔相匹配的梯形招蜂窝芯材料；3)其次，在波纹结构芯体的孔内表面或梯形铝蜂窝芯材料的外面表均匀涂覆一层
0.1-0. 3mm厚的胶粘剂，然后将梯形铝蜂窝芯材料填充入波纹结构点阵夹层板的孔中，依次将空间孔结构全部填满；4)最后，在两块金属面板内侧涂覆一层胶粘剂，再与波纹芯体和梯形铝蜂窝芯材料复合，于40 60°C烘箱中固化，得到波纹-铝蜂窝复合结构夹层材料。
所述的金属板材、金属面板采用碳钢钢板、不锈钢板、铝及其合金板、钛板或镍板。所述的金属板材的厚度为0. 1-1. 5mm、金属面板的厚度为0. 5_3mm。所述的梯形结构的金属波纹芯体采用模压或者折叠技术制备。所述的清洗采用金属清洗剂清洗。所述的板状铝蜂窝芯为纯铝蜂窝或铝合金蜂窝，其孔隙率大于等于95%。所述的胶粘剂为聚氨酯类或环氧树脂类。所述的线切割使丝线与蜂窝孔方向垂直。本发明应用现有蜂窝的高比刚度和高比强度结构性能优势，以及波纹结构的制造 工艺相对简单、成本低的各自优势，以及将两种结构复合后由于蜂窝铝的支撑使得波纹的变形模式发生变化，即形成多个塑性胶，获得综合性能更加优异的结构功能材料。
图I是本发明波纹-铝蜂窝复合结构夹层材料的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图及实施实例对本发明作进一步详细说明。实施例I :I)首先，将平整过的厚度为0. Imm的金属板材碳钢钢板采用模压或者折叠技术制成具有平台结构6即梯形结构的金属波纹芯体2，然后对金属波纹芯体2和厚度为Imm金属面板(碳钢钢板)I采用金属清洗剂去除油污和锈迹后烘干；2)然后，采用线切割技术使丝线与蜂窝孔方向垂直将板状铝蜂窝芯切割成与金属波纹芯体2的孔3相匹配的梯形铝蜂窝芯材料4，板状铝蜂窝芯为纯铝蜂窝或铝合金蜂窝，其孔隙率为98% ；3)其次，在波纹结构芯体2的孔3内表面或梯形铝蜂窝芯材料4的外面表均匀涂覆一层0. Imm厚的胶粘剂聚氨酯类树脂，然后将梯形铝蜂窝芯材料4填充入波纹结构点阵夹层板5的孔3中，依次将空间孔3结构全部填满；4)最后，在两块金属面板I内侧涂覆一层胶粘剂聚氨酯类树脂类，再与波纹芯体2和梯形铝蜂窝芯材料4复合，于40 60°C烘箱中固化，得到波纹-铝蜂窝复合结构夹层材料(见图I)。其中波纹芯体的相对密度为0. 05，铝蜂窝密度0. 27g/cm3,相对密度为0. 02。实施例2 :1)首先，将平整过的厚度为0. 5mm的金属板材不锈钢板采用模压或者折叠技术制成具有平台结构6即梯形结构的金属波纹芯体2，然后对金属波纹芯体2和厚度为
0.5mm金属面板(不锈钢板)I采用金属清洗剂去除油污和锈迹后烘干；2)然后，采用线切割技术使丝线与蜂窝孔方向垂直将板状铝蜂窝芯切割成与金属波纹芯体2的孔3相匹配的梯形铝蜂窝芯材料4，板状铝蜂窝芯为纯铝蜂窝或铝合金蜂窝，其孔隙率为98% ；3)其次，在波纹结构芯体2的孔3内表面或梯形铝蜂窝芯材料4的外面表均匀涂覆一层0. 2mm厚的胶粘剂环氧树脂类，然后将梯形铝蜂窝芯材料4填充入波纹结构点阵夹层板5的孔3中，依次将空间孔3结构全部填满；4)最后，在两块金属面板I内侧涂覆一层胶粘剂环氧树脂类，再与波纹芯体2和梯形铝蜂窝芯材料4复合，于40 60°C烘箱中固化，得到波纹-铝蜂窝复合结构夹层材料。其中波纹芯体的相对密度为0. 077，铝蜂窝密度0. 27g/cm3,相对密度为0. 02。实施例3:1)首先，将平整过的厚度为I. Omm的金属板材铝板采用模压或者折叠技术制成具有平台结构6即梯形结构的金属波纹芯体2，然后对金属波纹芯体2和厚度为
I.5mm金属面板(铝合金板)I采用金属清洗剂去除油污和锈迹后烘干；2)然后，采用线切割技术使丝线与蜂窝孔方向垂直将板状铝蜂窝芯切割成与金属波纹芯体2的孔3相匹配的梯形铝蜂窝芯材料4，板状铝蜂窝芯为纯铝蜂窝或铝合金蜂窝，其孔隙率为98% ；3)其次，在波纹结构芯体2的孔3内表面或梯形铝蜂窝芯材料4的外面表均匀涂覆一层0. 15mm厚的胶粘剂环氧树脂类，然后将梯形铝蜂窝芯材料4填充入波纹结构点阵夹 层板5的孔3中，依次将空间孔3结构全部填满；4)最后，在两块金属面板I内侧涂覆一层胶粘剂环氧树脂类，再与波纹芯体2和梯形铝蜂窝芯材料4复合，于40 60°C烘箱中固化，得到波纹-铝蜂窝复合结构夹层材料。其中波纹芯体的相对密度为0. 124，铝蜂窝密度0. 27g/cm3,相对密度为0. 02。实施例4 :1)首先，将平整过的厚度为I. 2mm的金属板材钛板采用模压或者折叠技术制成具有平台结构6即梯形结构的金属波纹芯体2，然后对金属波纹芯体2和厚度为2mm金属面板(钛板)I采用金属清洗剂去除油污和锈迹后烘干；2)然后，采用线切割技术使丝线与蜂窝孔方向垂直将板状铝蜂窝芯切割成与金属波纹芯体2的孔3相匹配的梯形铝蜂窝芯材料4，板状铝蜂窝芯为纯铝蜂窝或铝合金蜂窝，其孔隙率为95% ；3)其次，在波纹结构芯体2的孔3内表面或梯形铝蜂窝芯材料4的外面表均匀涂覆一层0. 3mm厚的胶粘剂聚氨酯类树脂，然后将梯形铝蜂窝芯材料4填充入波纹结构点阵夹层板5的孔3中，依次将空间孔3结构全部填满；4)最后，在两块金属面板I内侧涂覆一层胶粘剂聚氨酯类树脂，再与波纹芯体2和梯形铝蜂窝芯材料4复合，于40 60°C烘箱中固化，得到波纹-铝蜂窝复合结构夹层材料。其中波纹芯体的相对密度为0. 02-0. 15，铝蜂窝相对密度为0. 05。实施例5 :1)首先，将平整过的厚度为I. 5mm的金属板材镍板采用模压或者折叠技术制成具有平台结构6即梯形结构的金属波纹芯体2，然后对金属波纹芯体2和厚度为3mm金属面板(镍板)I采用金属清洗剂去除油污和锈迹后烘干；2)然后，采用线切割技术使丝线与蜂窝孔方向垂直将板状铝蜂窝芯切割成与金属波纹芯体2的孔3相匹配的梯形铝蜂窝芯材料4，板状铝蜂窝芯为纯铝蜂窝或铝合金蜂窝，其孔隙率为95% ；3)其次，在波纹结构芯体2的孔3内表面或梯形铝蜂窝芯材料4的外面表均匀涂覆一层0. 25_厚的胶粘剂环氧树脂类，然后将梯形铝蜂窝芯材料4填充入波纹结构点阵夹层板5的孔3中，依次将空间孔3结构全部填满；4)最后，在两块金属面板I内侧涂覆一层胶粘剂环氧树脂类，再与波纹芯体2和梯形铝蜂窝芯材料4复合，于40 60°C烘箱中固化，得到波纹-铝蜂窝复合结构夹层材料。其中波纹芯体的相对密度为0. 02-0. 15，铝蜂窝相对密度为0. 05。
权利要求
1.一种波纹-铝蜂窝复合结构夹层材料，其特征在于包括两板金属面板(I)以及设置在两块金属面板(I)之间的由金属波纹芯体(2)构成的波纹结构点阵夹层板(5)，在波纹结构点阵夹层板(5)的各个金属波纹芯体(2)的孔(3)内填充有与金属波纹芯体(2)的孔(3)相匹配的铝蜂窝芯材料(4)。
2.根据权利要求I所述的波纹-铝蜂窝复合结构夹层材料，其特征在于其特征在于所述的金属波纹芯体(2)为具有平台结构(6)的梯形结构。
3.一种波纹-铝蜂窝复合结构夹层材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤 1)首先，将平整过的金属板材制成具有平台结构(6)即梯形结构的金属波纹芯体(2)，然后对金属波纹芯体(2)和金属面板(I)清洗去除油污和锈迹后烘干； 2)然后，采用线切割技术将板状铝蜂窝芯切割成与金属波纹芯体(2)的孔(3)相匹配的梯形铝蜂窝芯材料(4); 3)其次，在波纹结构芯体(2)的孔(3)内表面或梯形铝蜂窝芯材料(4)的外面表均匀涂覆一层0. 1-0. 3mm厚的胶粘剂，然后将梯形铝蜂窝芯材料(4)填充入波纹结构点阵夹层板(5)的孔(3)中，依次将空间孔(3)结构全部填满； 4)最后，在两块金属面板(I)内侧涂覆一层胶粘剂，再与波纹芯体(2)和梯形铝蜂窝芯材料(4)复合，于40 60°C烘箱中固化，得到波纹-铝蜂窝复合结构夹层材料。
4.根据权利要求3所述波纹-铝蜂窝复合结构夹层材料的制备方法，其特征在于所述的金属板材、金属面板采用碳钢钢板、不锈钢板、铝及其合金板、钛板或镍板。
5.根据权利要求3所述波纹-铝蜂窝复合结构夹层材料的制备方法，其特征在于所述的金属板材的厚度为0. 1-1. 5mm、金属面板的厚度为0. 5_3mm。
6.根据权利要求3所述波纹-铝蜂窝复合结构夹层材料的制备方法，其特征在于所述的梯形结构的金属波纹芯体(2)采用模压或者折叠技术制备。
7.根据权利要求3所述波纹-铝蜂窝复合结构夹层材料的制备方法，其特征在于所述的清洗采用金属清洗剂清洗。
8.根据权利要求3所述波纹-铝蜂窝复合结构夹层材料的制备方法，其特征在于所述的板状铝蜂窝芯为纯铝蜂窝或铝合金蜂窝，其孔隙率大于等于95%。
9.根据权利要求3所述波纹-铝蜂窝复合结构夹层材料的制备方法，其特征在于所述的胶粘剂为聚氨酯类或环氧树脂类。
10.根据权利要求3所述波纹-铝蜂窝复合结构夹层材料的制备方法，其特征在于所述的线切割使丝线与蜂窝孔方向垂直。
全文摘要
一种波纹-铝蜂窝复合夹层结构材料的制备方法，将波纹夹层结构与蜂窝铝复合获得新型轻质多孔夹层复合结构材料。本发明实现波纹和蜂窝铝复合夹层结构的制备。这种波纹-蜂窝铝复合结构夹层板，在交通运输、机械制造、军事领域具有应用前景，它可以有效减轻结构重量，发挥其高强度、高刚度和优良的阻尼等性能。
文档编号B32B37/06GK102765226SQ20121027140
公开日2012年11月7日 申请日期2012年8月1日 优先权日2012年8月1日
发明者卢天健, 张钱城, 沈承, 王博, 金峰 申请人:西安交通大学