具有高压缩强度的树脂涂覆的金属蜂窝结构及由其制成的制品的制作方法
【专利摘要】本发明涉及具有改善压缩强度的金属蜂窝结构或折叠芯。所述芯包括涂覆有基体树脂的金属箔，其中所述树脂占所述树脂加箔的总重量的至少20重量％。
【专利说明】具有高压缩强度的树脂涂覆的金属蜂窝结构及由其制成的 制品 【背景技术】 技术领域
[0001] 本发明涉及由金属箱制成的高压缩强度结构芯。
[0002] 相关领域描述
[0003] 由铝箱或其它金属箱制成的用于复合夹心板的芯结构（大多数呈蜂窝结构形式） 用于不同的应用中，但主要用于航空和地面运输中，其中强度与重量或者硬度与重量的比 率具有高的值。传统上此类金属蜂窝结构已经通过扩展或起皱方法进行制备。树脂在此类 芯中仅有的用途是用于将薄片粘结在一起(节线粘合剂)或为金属薄片提供薄而轻的抗腐 蚀保护性涂层。金属蜂窝结构的机械性能的改善多数情况下通过由减小单元尺寸来提高蜂 窝结构的密度、或利用较厚的箱、或上述两种方法的组合来实现。然而，金属蜂窝结构的压 缩强度仍低于相同单元尺寸和密度的非金属蜂窝结构的压缩强度。
[0004] 需要进一步改善金属芯结构的机械性能、具体地讲压缩强度。
[0005] 还需要增强金属芯结构的电阻，尤其在它们与导电面板一起使用的情况下更是如 此。
【发明内容】
[0006] 本发明涉及包括多个互连壁的蜂窝结构，所述壁具有限定多个蜂窝结构单元的表 面，其中所述单元壁是涂覆有基体树脂的金属箱，其中树脂占树脂加箱的总重量的至少20 重量％。本发明还涉及复合夹心板，其包括涂覆有基体树脂的树脂涂覆的金属芯和附接到 芯的至少一个外表面的至少一个面板。 【附图说明】
[0007] 图la和图lb为六边形形状的蜂窝结构的视图的示意图。
[0008] 图2表示出了六边形单元形状的蜂窝结构的另一个视图的示意图。
[0009] 图3为具有面板的蜂窝结构的图例。
[0010] 图4为折叠芯结构的透视图。 【具体实施方式】
[0011]
[0012] 优选地，本发明的芯是蜂窝结构芯，但是其它芯结构诸如折叠芯也可用于本发明。 芯的金属箱可由铝、不锈钢、或者其它金属或这些金属的合金制成。合适的铝箱类型包括等 级3003、5052和5056。在施用涂覆树脂之前，可清洁和/或蚀刻箱。也可施用底漆涂层。
[0013] 图la为本发明的一个蜂窝结构1的平面图示意图，其示出了由单元壁3形成的单元 2。图lb为图la中所示蜂窝结构的正视图，其示出了在单元壁的两端形成的两个外表面或面 4。芯也具有边缘5。图2是蜂窝结构的三维视图。示出了具有六边形单元2和单元壁3的蜂窝 结构1。图2中示出了蜂窝结构的"T"尺度或厚度。示出了六边形单元;然而，其它几何排列也 是可能的，其中正方形单元、过度扩展单元和弯曲芯单元是最常见的可能排列。此类单元类 型在本领域中是熟知的，有关可能的几何单元类型的其它信息，可参考Honeycomb 丁6(：]111〇1〇87(1'.13;^261'著，〇1&卩1]1&11&]^11出版社，1997年） 。
[0014] 用于将金属箱转化成蜂窝结构芯的方法是本领域的技术人员熟知的并且包括扩 展和起皱。扩展方法尤其良好地适用于由薄箱制成的芯。在ASM International在1988年的 Engineered Materials Handbook的第721页，第1卷的Composites中对此类方法进一步进 行了详细说明。在形成蜂窝结构之前或之后，可用基体树脂涂覆箱。芯的最终机械强度是若 干因素组合的结果。主要促成因素是箱类型和厚度、单元尺寸、以及最终芯密度，诸如用树 脂涂覆后的芯密度。单元尺寸是蜂结构芯的单元内的内切圆直径。就金属箱芯而言，典型的 单元尺寸在1/8" -1/4"（3.2mm-6.2mm)的范围内，但是其它尺寸也是可能的。典型的最终芯 密度在38-96kg/m3的范围内。
[0015] 折叠芯是由比较薄的平面片材料折叠而成的折叠几何图案的3-维结构。此类折叠 或棋盘格状片结构在美国专利6,935,997 B2和6,800,351 B1中有所论述。山形是用于三维 折叠芯结构的常见图案。折叠芯结构不同于蜂窝结构芯结构。优选的折叠结构是美国专利 申请号6，913，570 B2和美国专利公布号2010/0048078中所述的类型。
[0016] 基体树脂
[0017] 用于涂覆箱的基体树脂可为任何合适的树脂，包括但不限于酚醛树脂、环氧树脂、 丙烯酸类树脂、聚酰亚胺树脂、聚苯并噁嗪树脂、聚醚酰亚胺树脂、以及它们的混合物。 United States Military Specification MIL-R-9299C规定了典型的树脂特性。树脂也可 包含增强成品芯性能或为其提供附加功能的其它材料。示例包括热塑性增韧剂和纤维，诸 如具有小于1微米的主要尺寸的纳米纤维。
[0018] 优选地，树脂涂层以使得树脂占树脂加箱的总重量的20重量％的量存在。在一些 实施方案中，树脂涂层以树脂加箱的总重量的20至70重量％的量存在。在一些实施方案中， 树脂涂层以树脂加箱的总重量的20至40重量％，或者甚至40至70重量％的量存在。
[0019] 复合板
[0020] 在一些实施方案中，复合夹心板包括如上所述涂覆有基体树脂的金属蜂窝结构芯 和附接到芯的至少一个外表面的至少一个面板。优选地，至少一个面板附接到芯的两个外 表面。
[0021] 图3示出由蜂窝结构芯6与面板7和8装配成的结构用复合夹心板5,其中两个面板 附接到芯的两个外表面。虽然也可利用金属或塑料面板，但优选的面板材料是预浸料坯，即 用热固性树脂或热塑性树脂浸渍的纤维片。在具有金属面板的情况下，并且在一些环境中 使用预浸料坯和塑料面板，还使用粘合剂膜9。通常在芯的两侧上均存在至少两个预浸料坯 面板。
[0022] 预浸料坯的增强纤维通常为碳、玻璃、芳族聚酰胺或这些纤维的组合。增强纤维可 以织造织物、非织造织物或单向织物的形式提供。
[0023] 测试方法
[0024] 芯密度根据ASTM C 271进行测量。
[0025] 芯的压缩强度根据ASTM C 365进行测量。
[0026] 通过制备7.6cmX 7.6cm的夹心结构来测量电阻，夹心结构中178gsm，0.02mm厚的 不锈钢钢板被粘结到1.5cm厚的芯片。穿过板的电阻通过将万用表的接触式探头置于每个 钢板上进行测量。
[0027] 实施例
[0028] 比较例A
[0029] ECM 4，8-77型错芯片可购自Euro-Composites，Echternach，Luxembourg。该芯片 为155mm厚，具有4.8mm的单元尺寸和9 lkg/m3的密度。接收时测试该芯的压缩强度，结果如 表1所示。
[0030] 实施例1
[0031]比较例A的芯用丙酮处理、干燥、然后浸没在70°C的铬酸溶液中10分钟进行处理， 用水彻底冲洗并干燥。然后将干燥的芯浸入〇?'<4450051^8丨-8已丁^酚醛树脂溶液中，该 树脂由Georgia-Pacific Resins，Inc.，Decatur，GA供应。在浸入树脂后，将芯进行加热处 理以固化树脂，该处理利用一个82 °C下15分钟，121°C下15分钟，和182 °C下60分钟的分步固 化循环。在第二次浸入过程中翻转芯片再次重复该浸入及固化步骤。在最终蜂窝结构芯中 的树脂含量为芯加树脂总重量的21重量％。重复进行压缩测试并且结果如表1所示。
[0032] ^1；
[0034] 从表中可看出加入21重量％的酚醛树脂作为铝蜂窝结构芯的涂层将芯的比压缩 强度(压缩强度对芯密度的比率)提高了 16%-从48.6提高至56.21^&/(1^/1113)。令人惊讶地 是，就增强芯的压缩强度而言，加入基体树脂涂层是比仅通过优化金属箱来开发这一特性 更有效的工具。
[0035] 测试夹心板的电阻对于未涂覆的芯为0.2欧姆，并且对于树脂涂覆的芯为0.6欧 姆，从而展示了由树脂涂覆的金属芯提供的降低电导率(提高电阻）的附加有益效果。就减 少夹心板中不期望的电偶腐蚀而言，这是一个有吸引力的特性，该夹心板包括金属芯和导 电面板诸如金属面板或碳面板。
【主权项】
1. 一种包括多个互连壁的蜂窝结构，所述互连壁具有限定多个蜂窝结构单元的表面， 其中所述单元壁为涂覆有基体树脂的金属箱，其中所述树脂占所述树脂加箱的总重量的至 少20重量％。2. 根据权利要求1所述的蜂窝结构，其中所述金属箱为铝或铝合金。3. 根据权利要求1所述的蜂窝结构，其中基体树脂涂层为酚醛树脂、环氧树脂、丙烯酸 类树脂、聚酰亚胺树脂、聚苯并噁嗪树脂、聚醚酰亚胺树脂或它们的混合物。4. 根据权利要求1所述的蜂窝结构，其中基体树脂涂层还包含添加剂，所述添加剂具有 小于1微米的主要尺寸。5. -种复合夹心板，其包括根据权利要求1所述的金属蜂窝结构芯和附接至所述芯的 至少一个外表面的至少一个面板。6. 根据权利要求5所述的板，其中所述面板包括经树脂浸渍的纤维、塑料或金属。7. -种包括由基材制成的多个折叠配置的折叠芯，其中所述基材还包括涂覆有基体树 脂的金属箱，所述树脂占所述树脂加箱的总重量的至少20重量％。8. -种复合夹心板，其包括根据权利要求7所述的金属折叠芯和附接至所述芯的至少 一个外表面的至少一个面板。
【文档编号】E04C2/36GK105899624SQ201580003766
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年1月7日
【发明人】M.R.勒维特, 王健
【申请人】纳幕尔杜邦公司