一种高剥离强度高导热蜂窝夹层结构板及其制备方法与流程

本发明涉及航天器用蜂窝夹层结构板，具体涉及一种高剥离强度高导热蜂窝板及其制备方法。

背景技术：

蜂窝夹层结构是一种特殊的结构用复合材料，将蜂窝形状的夹芯材料夹在两块面板之间，并把它们用胶膜互相粘接而成。由于蜂窝夹层结构具有比强度和比刚度高等特点，因此使得蜂窝夹层结构被广泛地应用于对重量和性能有特殊要求的航天器结构中。然而随着航天器功能性和集成度不断提高，对结构尤其是对载荷安装板等复合材料夹层结构的力学性能和导热性能提出了更高的要求。

沥青基碳纤维复合材料具有高强度、高模量、高导热等优良性能，是理想的力学性能和导热性能兼具的复合材料。但是沥青基碳纤维复合材料与金属的胶接性能相对较弱，使得沥青基碳纤维复合材料蜂窝夹层结构的剥离强度受限。碳纳米管是聚合物基复合材料的理想增强体，将碳纳米管与现有胶膜进行工程复合，能够提高沥青基碳纤维复合材料蜂窝夹层结构的剥离强度，从而实现高剥离强度和高导热性能空间级蜂窝夹层结构板的构建。

技术实现要素：

本发明提供一种高剥离强度高导热蜂窝夹层结构板及其制备方法，由于现有技术中蜂窝夹层结构板力学性能和导热性能已不能满足航天器结构的更高需求，本发明选用沥青基碳纤维面板提高蜂窝夹层结构的力学性能和导热性能，并利用碳纳米管膜与胶膜复合提高剥离强度，以改善沥青基碳纤维复合材料较差的胶接性能，从而实现空间级高剥离强度高导热蜂窝夹层结构板的构建。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高剥离强度高导热蜂窝夹层结构板，包括依次粘接的上面板、改性上胶膜、蜂窝芯、改性下胶膜和下面板；上面板的内面粘有改性上胶膜、下面板的内面粘有改性下胶膜，蜂窝芯粘连在改性上胶膜和改性下胶膜中间。

其中，上面板和下面板均是由高导热沥青基碳纤维复合材料预浸料热压罐固化而得。

其中，改性上胶模和改性下胶模由胶膜和碳纳米管膜经过热压罐复合而得。

上述一种高剥离强度高导热蜂窝夹层结构板，厚度10mm～50mm，以5mm递增。

上述上面板和下面板是沥青基碳纤维复合材料，面板面内导热系数110～150w/(m·k)，纤维体积含量60％±3％，厚度0.3mm～0.35mm。

所述沥青基碳纤维/环氧树脂预浸料，厚度0.1±0.01mm，预浸料单位面积纤维重量110～130g/m²±5g/m²，含胶量30～40％，优选33±3％，其中沥青基碳纤维导热系数380～500w/(m·k)之间，其中环氧树脂是常用航天级环氧树脂648或ag80。

所述碳纳米管膜，采用cvd法制备，厚度5～10μm，导热系数大于600w/(m·k)，方块电阻小于3×10^-5ω/sq。

所述胶膜，采用j-47c或redux312其中一种，厚度0.15～0.30mm。

所述蜂窝芯采用5a02(lf2y)铝合金的正六边形有孔耐久蜂窝，蜂窝芯子节点强度不小于14.7n/cm，规格优选厚度0.03mm边长6mm或者厚度0.04mm边长5mm。

本发明的另一技术方案在于，提供一种高剥离强度高导热蜂窝夹层结构板的制备方法，所述方法包括如下步骤：

1)采用沥青基碳纤维/环氧树脂预浸料，按照[0/+60/-60]进行铺层，采用热压罐固化成型。

2)将上面板、碳纳米管膜、胶膜、蜂窝芯、胶膜、碳纳米管膜、下面板共同放入热压罐中固化成型。

优选的，所述步骤1)具体按照70℃/1h+120℃/2h+160℃/2h的固化工艺进行固化，其中升温至120℃时，开始施加压力，压力不大于1.2mpa，优选0.5mpa。按要求固化的复合材料在压力范围内保压冷却。

优选的，所述步骤2)具体按照90℃/0.5h+130℃/2.5h的固化工艺进行固化，其中升温至60℃时，开始施加压力，压力不大于0.3mpa，优选0.05mpa。按要求固化的复合材料在压力范围内保压冷却。

本发明提供的一种高剥离强度高导热蜂窝夹层结构板，具有以下特性：

(1)剥离强度提高30％以上；

(2)蜂窝夹层结构板面内导热系数110～150w/(m·k)；

(3)无脱胶、贫胶等缺陷。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的一种高剥离强度高导热蜂窝夹层结构板在具有良好导热性能的基础上，具有较好的剥离强度，无脱胶、贫胶等缺陷，应用前景广泛。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的一种高剥离强度高导热蜂窝夹层结构板结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，图中：1、上面板；2、改性上胶膜；3、蜂窝芯；4、改性下胶膜；5、下面板；6、碳纳米管膜；7、胶膜。在本实施例中，高剥离强度高导热蜂窝夹层结构板包括依次粘接的上面板1、改性上胶膜2、蜂窝芯3、改性下胶膜4和下面板5；上面板2的内面粘有改性上胶膜2、下面板5的内面粘有改性下胶膜4，蜂窝芯粘3连在改性上胶膜2和改性下胶膜4中间；上面板1和下面板5均采用高导热沥青基碳纤维复合材料；改性上胶模2和改性下胶模4均包含胶膜5和碳纳米管膜6。

上面板1和下面板5沥青基碳纤维复合材料由预浸料热压罐固化而得。

沥青基碳纤维/环氧树脂预浸料，厚度0.1±0.01mm，预浸料单位面积纤维重量110～130g/m²±5g/m²，含胶量30～40％，优选33±3％，其中沥青基碳纤维导热系数380～500w/(m·k)之间，其中环氧树脂是常用航天级环氧树脂648或ag80；

采用沥青基碳纤维/环氧树脂预浸料，按照[0/+60/-60]进行铺层，采用热压罐固化成型。具体按照70℃/1h+120℃/2h+160℃/2h的固化工艺进行固化，其中升温至120℃时，开始施加压力，压力不大于1.2mpa，优选0.5mpa。按要求固化的复合材料在压力范围内保压冷却。

所得上面板和下面板面内导热系数110～150w/(m·k)，纤维体积含量60％±3％，厚度0.3mm～0.35mm。

蜂窝芯采用5a02(lf2y)铝合金的正六边形有孔耐久蜂窝，蜂窝芯子节点强度不小于14.7n/cm，规格优选厚度0.03mm边长6mm或者厚度0.04mm边长5mm。

胶膜采用j-47c或redux312其中一种，厚度0.15～0.30mm。

碳纳米管膜采用cvd法制备，厚度5～10μm，导热系数大于600w/(m·k)，方块电阻小于3×10^-5ω/sq。

将上面板、碳纳米管膜、胶膜、蜂窝芯、胶膜、碳纳米管膜、下面板共同放入热压罐中固化成型。具体按照90℃/0.5h+130℃/2.5h的固化工艺进行固化，其中升温至60℃时，开始施加压力，压力不大于0.3mpa，优选0.05mpa。按要求固化的复合材料在压力范围内保压冷却。

高剥离强度高导热蜂窝夹层结构板厚度10mm～50mm，以5mm递增。

对上述高剥离强度高导热蜂窝夹层结构板进行性能测试，测试方法如下：

采用zwick公司的btc-t1-fr020tn.a50万能材料试验机，按照标准gjb130.8-86胶接铝蜂窝夹层结构90°剥离试验方法，测量并计算剥离强度，并与无碳纳米管增韧的空白样条比较，剥离强度提高30％以上。

采用耐驰公司的lfa-457激光闪射仪，按照标准gb/t22588-2008测试复合材料导热系数，面内导热系数110～150w/(m·k)。

采用hsq6超声波检测仪，按照标准gjb1038.1a-2004纤维增强复合材料无损检验方法，沥青基碳纤维复合材料面板无分层、疏松、气泡及夹渣等缺陷。

采用lti-5100激光散斑检测系统，按照标准qj2915-97蜂窝夹层结构粘接质量激光全息检测方法，对固化成型后夹层板进行胶接性能检测，无脱粘超标部位。

本发明提供的一种高剥离强度高导热蜂窝夹层结构板，具有以下特性：

(1)剥离强度提高30％以上；

(2)蜂窝夹层结构板面内导热系数110～150w/(m·k)；

(3)无脱胶、贫胶等缺陷。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的一种高剥离强度高导热蜂窝夹层结构板在具有良好导热性能的基础上，具有较好的剥离强度，无脱胶、贫胶等缺陷。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。