本發(fā)明涉及一種纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基蜂窩的制備方法，屬于碳纖維蜂窩，具體地說(shuō)涉及一種短切碳纖維蜂窩的制備方法。

背景技術(shù)：

1、蜂窩結(jié)構(gòu)材料是受到自然界蜂巢的啟發(fā)，采用輕木、金屬、聚合物、復(fù)合材料等制成的具有蜂窩形狀的材料。蜂窩通過(guò)與薄而堅(jiān)固的面板相結(jié)合組成蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)因具有輕質(zhì)、高強(qiáng)高剛、良好的抗沖擊性、良好的隔音隔熱性能、可設(shè)計(jì)性而被廣泛應(yīng)用在航空航天、軌道交通等領(lǐng)域。常見(jiàn)的蜂窩結(jié)構(gòu)材料包括金屬蜂窩、纖維增強(qiáng)聚合物蜂窩、紙蜂窩等，其中短切碳纖維蜂窩芯具有成本低廉、密度低、耐腐蝕、強(qiáng)度高、易于小孔徑制備等優(yōu)點(diǎn)，且可以與碳纖維面板形成全碳蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，熱膨脹系數(shù)一致，尺寸穩(wěn)定性更高，有望滿(mǎn)足新一代航空航天飛行器對(duì)于材料體系結(jié)構(gòu)承載率和環(huán)境適應(yīng)性的更高要求，因此相關(guān)領(lǐng)域?qū)Χ糖刑祭w維蜂窩的需求日益迫切。

2、短切碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基蜂窩目前面臨蜂窩密度高(≥80kg/m3)、比強(qiáng)度低、制備成本高等問(wèn)題。主要原因包括：短切碳纖維織物孔隙率較高，難以被樹(shù)脂充分浸潤(rùn)；短切碳纖維與樹(shù)脂結(jié)合強(qiáng)度較低，易出現(xiàn)界面破壞現(xiàn)象；短切碳纖維蜂窩制備方法如3d打印法等，存在設(shè)備成本高、蜂窩層間結(jié)合強(qiáng)度不足、材料不均勻分布等缺陷。

3、針對(duì)上述問(wèn)題，有必要研發(fā)簡(jiǎn)單可行、設(shè)備成本低廉、蜂窩成品率高且能充分提高短切碳纖維蜂窩力學(xué)強(qiáng)度的制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種短切碳纖維蜂窩的制備方法，以解決現(xiàn)有制備方法制備成本高、制備工藝復(fù)雜、得到的蜂窩強(qiáng)度低以及密度高等問(wèn)題。

2、針對(duì)上述目的，本發(fā)明首先提供了一種短切碳纖維蜂窩的制備方法，包括以下步驟：

3、(1)選擇正六邊形金屬六角棒和帶有平行排列半六邊形凹槽的金屬板作為蜂窩制備模具，在模具表面粘貼聚四氟乙烯膠帶；

4、(2)裁剪多張短切碳纖維氈，將短切碳纖維氈浸泡入有機(jī)溶劑中并進(jìn)行超聲處理，以去除短切碳纖維表面樹(shù)脂涂層；

5、(3)在步驟(2)得到的去除樹(shù)脂涂層后短切碳纖維氈表面涂覆環(huán)氧樹(shù)脂膠液，隨后將每張短切碳纖維氈分別放入聚四氟乙烯薄膜中施壓，使環(huán)氧樹(shù)脂充分流動(dòng)以確保短切碳纖維被均勻浸潤(rùn)；

6、(4)將步驟(3)得到的涂覆有環(huán)氧樹(shù)脂的短切碳纖維氈鋪放在由金屬六角棒和金屬板組成的模具中進(jìn)行熱壓，待環(huán)氧樹(shù)脂固化后拆除模具，得到孔格內(nèi)尺寸與金屬六角棒外尺寸l一致的蜂窩塊；

7、(5)使用切割機(jī)對(duì)蜂窩塊進(jìn)行特定高度切割，得到所需高度蜂窩；

8、(6)將切割后的蜂窩放入稀釋后的環(huán)氧樹(shù)脂膠液中浸泡，隨后取出并放入烘箱中進(jìn)行干燥，以去除稀釋劑同時(shí)使樹(shù)脂固化，最終得到短切碳纖維蜂窩。

9、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，步驟(1)所述的金屬六角棒的正六邊形邊長(zhǎng)為1.6mm～20mm，在金屬六角棒表面粘貼聚四氟乙烯膠帶后，金屬六角棒的正六邊形外尺寸l即為蜂窩孔格內(nèi)尺寸；金屬板中半六邊形凹槽邊長(zhǎng)略大于金屬六角棒正六邊形邊長(zhǎng)，以使蜂窩孔壁的厚度t為0.05mm～1mm。

10、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，步驟(2)所述的短切碳纖維氈中纖維的長(zhǎng)度3mm-6mm，纖維均勻分布于短切碳纖維氈中。

11、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，步驟(2)所述的短切碳纖維氈的面密度為8g/m2～50g/m2，優(yōu)選10～50g/m2，進(jìn)一步優(yōu)選20～50g/m2，更進(jìn)一步優(yōu)選30～50g/m2。

12、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，步驟(2)中所述的有機(jī)溶劑包括丙酮、甲醇、乙醇、二甲基亞砜(dmso)、二甲基甲酰胺(dmf)中的至少一種。

13、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，步驟(2)中所述超聲處理的溫度為20～60℃，超聲功率為50w～500w，處理時(shí)間為12h～48h。

14、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，步驟(3)所述的每張短切碳纖維氈中涂覆的環(huán)氧樹(shù)脂膠液的質(zhì)量為短切碳纖維氈質(zhì)量的40％～250％，優(yōu)選70～250％，更進(jìn)一步優(yōu)選80～230％。

15、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，步驟(3)所述的環(huán)氧樹(shù)脂膠液包括環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑，所述環(huán)氧樹(shù)脂包括縮水甘油醚類(lèi)、縮水甘油酯類(lèi)、縮水甘油胺類(lèi)以及脂環(huán)族環(huán)氧樹(shù)脂中的至少一種，所述固化劑包括胺類(lèi)、合成樹(shù)脂類(lèi)、加成型、催化型固化劑中的至少一種，環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑質(zhì)量比為1:1～3:1。

16、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，在步驟(3)中，施壓在室溫(20～30℃)下進(jìn)行，施加的壓力為5mpa～15mpa，施壓時(shí)間為5～60s。

17、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，在步驟(4)中，熱壓過(guò)程中熱壓的溫度為50～100℃，熱壓時(shí)間為2～5h，壓強(qiáng)為5～15mpa。

18、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，在步驟(6)中，所述稀釋后的環(huán)氧樹(shù)脂膠液包括環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑和稀釋劑，所述環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為5％～50％，優(yōu)選5～30％，進(jìn)一步優(yōu)選6～20％，更進(jìn)一步優(yōu)選8～18％。

19、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，在步驟(6)中，所述環(huán)氧樹(shù)脂包括縮水甘油醚類(lèi)、縮水甘油酯類(lèi)、縮水甘油胺類(lèi)以及脂環(huán)族環(huán)氧樹(shù)脂中的至少一種，所述固化劑包括胺類(lèi)、合成樹(shù)脂類(lèi)、加成型、催化型固化劑中的至少一種，環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑質(zhì)量比為1:1～3:1。

20、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，步驟(6)中，所述稀釋劑為乙醇或乙酸乙酯。

21、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，步驟(6)中，浸泡時(shí)確保蜂窩完全被稀釋后的環(huán)氧樹(shù)脂膠液浸沒(méi)，浸泡時(shí)間為1min～5min。

22、在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，步驟(6)中，所述干燥的溫度為40℃～70℃，干燥時(shí)間為10～60min。

23、本發(fā)明還公開(kāi)了一種按照上述方法制備得到的短切碳纖維蜂窩。

24、有益效果：

25、(1)本發(fā)明選用金屬六角棒和帶有平行排列半六邊形凹槽的金屬板作為蜂窩制備模具，將充分浸潤(rùn)環(huán)氧樹(shù)脂膠液的短切碳纖維氈鋪放在貼有聚四氟乙烯膠帶的模具中熱壓，切割后浸泡稀釋的環(huán)氧樹(shù)脂膠液，固化后制備得到短切碳纖維蜂窩。采用本發(fā)明方法可一步熱壓成型制成碳纖維蜂窩，制備過(guò)程簡(jiǎn)單可控，效率高。

26、(2)本發(fā)明選用低密度的短切碳纖維氈作為制備短切碳纖維蜂窩的原材料，與短切碳纖維絲相比，碳纖維氈中的短切碳纖維分布更均勻，蜂窩性能更穩(wěn)定，并且使用短切碳纖維氈制備蜂窩不需要預(yù)先對(duì)碳纖維進(jìn)行分散，減少了制備時(shí)間。

27、(3)在將碳纖維氈浸潤(rùn)環(huán)氧樹(shù)脂膠液之前，先使用超聲方法對(duì)其進(jìn)行去漿處理，去除掉短切碳纖維氈表面的環(huán)氧樹(shù)脂，有助于提高短切碳纖維的潤(rùn)濕性，進(jìn)而提高短切碳纖維與環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)合強(qiáng)度，從而提高制備的短切碳纖維的力學(xué)性能。

28、(4)在涂敷環(huán)氧樹(shù)脂膠液后，將涂敷膠液的短切碳纖維氈夾在聚四氟乙烯薄膜中施加壓力，可將環(huán)氧樹(shù)脂從短切碳纖維氈中樹(shù)脂富集區(qū)域擠壓至樹(shù)脂缺少區(qū)域，降低環(huán)氧樹(shù)脂用量的同時(shí)使樹(shù)脂在短切碳纖維氈中分布更均勻，從而提高制備的碳纖維蜂窩的面外壓縮強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。

29、(5)在對(duì)碳纖維氈進(jìn)行熱壓之間先在六角金屬棒及上下金屬板表面粘貼超薄聚四氟乙烯膠帶，再將碳纖維氈放入其中進(jìn)行熱壓，這種處理方法有助于提高脫模效率，降低蜂窩孔壁破損率，相比使用脫模劑進(jìn)行脫模，脫模效率更高，且聚四氟乙烯膠帶具有耐高溫特性，可反復(fù)使用，節(jié)省成本。

30、(6)采用本發(fā)明方法制備的碳纖維蜂窩塊的密度為32～48kg/m3，面外壓縮強(qiáng)度可高達(dá)2.9mpa，l方向剪切強(qiáng)度高達(dá)1.9mpa，w方向剪切強(qiáng)度高達(dá)1.3mpa。