一种多级结构弹性体复合蜂窝材料的制备方法及产品

本发明涉及一种蜂窝复合材料，特别是一种多级结构弹性体复合蜂窝材料的制备方法及产品。

背景技术：

1、蜂窝材料是一种制造简单，成本低廉的材料，由于其具有轻质、吸能等优点，目前被广泛应用在建筑防护、包装运输、航空行天、交通运输等各行各业中。按照孔格形状分，蜂窝材料的结构有三角形、四边形、六边形以及其他异形。传统工艺生产的蜂窝材料具有蜂窝连接处易断裂，抗压能力低和抗冲击性低的缺点，而且蜂窝芯材芯壁一般较薄，在压缩过程中存在薄壁失稳效应，压溃后强度会急剧下降的缺陷。

2、为了解决此类问题，在目前的研究中，出现了各种解决方式。在中国专利文献cn112171187a公开的“一种组合胶水复合铝蜂窝板生产设备及工艺”中，发明人通过采用高强度合金铝板作为面板与底板，中间用航空粘合剂内粘六形铝箔蜂窝芯，经热压复合并在铝板表面施加装饰性、防腐蚀性涂层的构造形式，克服了传统工艺生产的蜂窝板粘接层脆性，抗撕裂程度和抗冲击性低的缺点。但是该方法，并没有改善蜂窝材料在失效变形后，压缩强度大幅度下降的问题。

3、在中国专利文献cn108435519b公开的“一种铝蜂窝孔格端面的高频冲击处理方法”中，发明人通过将孔格端面面积变大，端面附近蜂窝壁宽度增加，有效粘接面积增大，粘接强度提高，进而提高铝蜂窝结构件力学性能。但此类方法仅通过组合胶水黏合增强蜂窝的连接处，操作复杂，增加了蜂窝材料在生产过程中的成本，同时并不能解决蜂窝材料在结构被破坏后，压缩强度保持率差的问题。

4、在中国专利文献cn104910380a公开的“蜂窝增强聚酰亚胺复合泡沫的制备方法”中，发明人通过将发泡料浆灌入蜂窝芯材，发泡料浆在蜂窝芯材中自由发泡将蜂窝填充完全并固化后，得到蜂窝增强聚酰亚胺泡沫复合材料。该发明大大简化了复合材料的制备工艺流程，但该方法相当于仅在蜂窝材料的内部填充了单级缓冲材料，且该缓冲材料的压缩回弹率不高。

5、综上所述，现有的技术中，难以以一种简单、有效的方法实现在保持蜂窝结构不变的同时，提高蜂窝材料抗压、抗冲击、缓冲吸能能力，而且通过现有的技术得到的蜂窝复合材料普遍存在效果和性能不佳的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种多级结构弹性体复合蜂窝材料的制备方法及产品。本发明具有通过填充多级结构弹性体提升蜂窝材料抗压、抗冲击及缓冲吸能能力，且制备工艺简单、成本低的特点。

2、本发明的技术方案：一种多级结构弹性体复合蜂窝材料的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、将颗粒型高分子发泡弹性体作为一级抗压缓冲材料，填充至底部粘接有网格布的蜂窝芯材的芯格中，得高分子发泡弹性体-蜂窝复合材料；

4、s2、以聚脲弹性体为二级抗压缓冲材料，填充至高分子发泡弹性体-蜂窝复合材料的蜂窝芯材的内部空隙处，得聚脲-高分子发泡弹性体-蜂窝复合材料一级中间体；

5、s3、在聚脲-高分子发泡弹性体-蜂窝复合材料一级中间体的上方喷涂聚脲弹性体，下方抽真空，间歇反复操作，使高分子发泡弹性体之间的空隙得到充分填充，得聚脲-高分子发泡弹性体-蜂窝复合材料二级中间体；

6、s4、将聚脲-高分子发泡弹性体-蜂窝复合材料二级中间体放置于20～40℃下固化12～48h，得外表皮密实、具有高抗冲击和缓冲吸能作用的多级结构弹性体复合蜂窝材料。

7、前述的一种多级结构弹性体复合蜂窝材料的制备方法中，步骤s1中，所述颗粒型高分子发泡弹性体为具有表面自结皮的闭孔结构、优异的缓冲和回弹效果的微发泡类弹性体，所述颗粒型高分子发泡弹性体的宏观密度为100～400kg/m3。

8、前述的一种多级结构弹性体复合蜂窝材料的制备方法中，步骤s1中，所述颗粒型高分子发泡弹性体包括聚酯型聚氨酯弹性体发泡颗粒、聚醚型聚氨酯弹性体发泡颗粒、尼龙弹性体发泡颗粒中的一种或至少两种的混合物。

9、前述的一种多级结构弹性体复合蜂窝材料的制备方法，步骤s1中，所述蜂窝包括聚丙烯蜂窝、芳纶纸蜂窝、铝蜂窝、玻璃布蜂窝中的任意一种，

10、前述的一种多级结构弹性体复合蜂窝材料的制备方法中，步骤s1中，所述蜂窝的密度为20～100kg/m3，蜂窝的孔径外接圆直径与颗粒性高分子发泡弹性体的粒径尺寸比为(2～5):1，蜂窝的壁厚为0.3～3mm。

11、前述的一种多级结构弹性体复合蜂窝材料的制备方法中，步骤s1中，所述高分子发泡弹性体的填充方法为：将高分子发泡弹性体在常温常压下塞入蜂窝芯材的芯格中。

12、前述的一种多级结构弹性体复合蜂窝材料的制备方法中，步骤s2中，所述聚脲弹性体为爱尔家佳r100、爱尔家佳1102、爱尔家佳1406、爱尔家佳1409、bpu-650、bpu-1000、ammt-020、ammt-021、ammt-022、ammt-050中的一种或至少两种的混合物。

13、前述的一种多级结构弹性体复合蜂窝材料的制备方法中，步骤s2中，所述聚脲弹性体的填充方法为：通过抽滤的方法，将高分子发泡弹性体-蜂窝复合材料置于抽滤装置的上部，将聚脲弹性体从高分子发泡弹性体-蜂窝复合材料上部填充至高分子发泡弹性体-蜂窝复合材料的蜂窝芯材的内部空隙处。

14、本方案还包括一种高抗压缓冲用多级结构弹性体复合蜂窝材料，是由上述任一所述的制备方法制备得到的。

15、前述的高抗压缓冲用多级结构弹性体复合蜂窝材料，与蜂窝材料相比，压缩屈服点后移了600～1000％，蜂窝材料压缩失稳后的压缩强度下降值从70～90％降至5～15％。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

17、本发明提供了一种通过向蜂窝芯材的芯格中填充价格低廉且回弹、吸能性能优异的颗粒型高分子发泡弹性体，形成高抗压缓冲用多级结构弹性体复合蜂窝材料的方法。以高分子发泡弹性体的缓冲吸能作用与抗爆耐冲击的聚脲弹性体的抗压抗冲击作用相结合与协同增效，成功提升了蜂窝材料抗压、抗冲击及缓冲吸能能力，这种制备方法能够在保证蜂窝结构不开裂的同时，有效提升蜂窝材料的抗压、缓冲吸能能力与压缩强度的保持率。

18、本发明将颗粒型高分子发泡弹性体作为一级抗压缓冲材料，填充至底部预先粘接有网格布的蜂窝芯材的芯格中，得到高分子发泡弹性体-蜂窝复合材料；以聚脲弹性体为二级抗压缓冲材料，将聚脲弹性体充分填充至高分子发泡弹性体-蜂窝复合材料的蜂窝芯材的内部空隙处；固化后得到外表皮密实、具有高抗压强度和优异缓冲吸能作用的多级结构弹性体复合蜂窝材料。由于颗粒型高分子发泡弹性体与聚脲是具有优异缓冲、吸能性能且价格低廉的材料，引入蜂窝芯格中后，可以在蜂窝芯材被压缩的过程中起到有效的支撑作用，蜂窝失效位置上的剪切力会分散到芯格内部的填充体上，使得破坏蜂窝芯材结构所需的剪切力变大。同时，纯蜂窝材料在失效后压缩强度会大幅度下降，这一特点是蜂窝材料的致命缺陷，在蜂窝材料的使用过程中会造成严重的事故。但填充了高分子发泡弹性体与聚脲弹性体后，复合材料失效后的压缩强度降低幅度明显下降，解决了蜂窝材料压缩强度保持率差的问题。

19、本发明制备得到的高抗压缓冲用的多级结构弹性体复合蜂窝材料的密度为300～700kg/m3，压缩屈服点出现的位置在应变为20～50％的位置上，蜂窝芯材压缩失稳后的压缩强度下降值从70～90％降至5～15％。本发明成功制备出综合性能更加优良的复合材料。

20、经试验，1kg重实心铁球以9.8m2/s的加速度在100～150cm高度处垂直下落冲击所述多级结构弹性体复合蜂窝材料，多级结构弹性体复合蜂窝材料的表面无任何破损及裂痕。

21、此外，本发明的制备工艺简单，高分子发泡弹性体、聚脲弹性体都是目前十分常见的高分子材料，制备原材料价格低廉、总体制备成本低，能够有效解决以往技术路线在原料成本高、制作时长、材料商品化等方面存在的系列问题，为今后为开发高性能、多功能一体化蜂窝复合材料提供了新的思路与探索，并在实际应用中具有巨大的社会经济效益，有希望依靠其价格优势在普通民用领域得到广泛应用。