[發明專利]一體化強化泡沫夾芯板及其制備方法

有效

• 申請號: 201510328840.5
• 申請日: 2015-06-15
• 公開（公告）號: CN104924514B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 馮鵬;孟鑫淼
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B29C44/06
• 分類號: B29C44/06;B29C44/18;B32B1/06;B32B3/28;B32B5/18
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 李志東

技術領域

本發明屬于材料技術領域，具體而言，本發明涉及一種一體化強化泡沫夾芯板及其制備方法。

背景技術

泡沫夾芯板由于其優異的保溫、隔熱、吸音、防潮能力，成為當前研究與應用的重點。荷載作用下，面層承擔夾芯板的主要彎矩，而泡沫夾芯部分主要承受剪力，同時保證上下面層的可靠連接。常用的泡沫芯材有聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚醚酰亞胺(PEI)及聚甲基丙烯酰亞胺(PMI)等泡沫，其中PS泡沫通常作為浮力材料，而非結構用途。PU、PVC、PMI及PEI通常作為結構材料，但PVC、PMI、PEI價格較高，制造工藝復雜，常用于航空航天用途，而PU則成為低成本、低應力夾芯板中廣泛使用的夾芯材料。與蜂窩夾芯板相比，泡沫夾芯板存在抗壓強度及抗剪強度低、夾芯與面層粘結強度低等問題。因此實際使用時通常采用強化泡沫夾芯的方法改善其力學特性。常用的強化方法通常分為前置法、后置法。其中前置法是在發泡前在發泡原料中增加增強體，如添加短纖維、增加蜂窩增強體等；后置法是在發泡后的夾芯板內增加增強體，如Z-pin法、縫紉法等，其中Z-pin法又分為X-cor和K-cor法。但現有方法均工序復雜、施工工藝較難控制，且很難應用于曲面夾芯板及變厚度夾芯板，因此現有的制備夾芯板的技術有待進一步改進。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種一體化強化泡沫夾芯板及其制備方法，該方法可以大幅度簡化生產流程，顯著提高強化泡沫夾芯板的生產效率，并且可以制備得到變厚度、變曲率等復雜形體的一體化強化泡沫夾芯板。

在本發明的一個方面，本發明提出了一種制備一體化強化泡沫夾芯板的方法，包括：

(1)提供3D打印機可識別的STL格式的三維夾芯板面層及內部強化結構的一體化設計模型文件；

(2)將所述一體化設計模型文件進行數字化橫截面切片，以便得到一體化設計模型文件切片數據；

(3)采用3D打印機逐層打印所述一體化設計模型文件切片數據，以便得到夾芯板強化結構件；以及

(4)向所述夾芯板強化結構件內部空腔中填充泡沫材料，以便獲得一體化強化泡沫夾芯板。

根據本發明實施例的制備一體化強化泡沫夾芯板的方法通過采用3D打印技術可以快速制備得到一體化強化夾芯板結構件，從而減少內部強化結構與外部面層的連接工序，同時充當泡沫發泡容器，顯著提高強化泡沫夾芯板的生產效率，并且可以大幅降低強化泡沫夾芯板的生產成本，同時該方法所得強化夾芯板結構件具有優異的可設計性，從而可以制備得到變厚度、變曲率等復雜形體的一體化強化泡沫夾芯板，另外采用該方法所得強化泡沫夾芯板具有優異的抗壓強度和抗剪強度。

另外，根據本發明上述實施例的制備一體化強化泡沫夾芯板的方法還可以具有如下附加的技術特征：

在本發明的一些實施例中，在步驟(3)中，所述夾芯板強化結構件的面層與內部強化結構是采用擠出堆積成型、三維粉末粘結成型、選擇性激光燒結成型、熔融沉積成型、數字光處理成型或立體光固化成型得到的。由此，可以根據受力需求優化截面設計，從而可以顯著提高強化泡沫夾芯板的抗壓強度和抗剪強度。

在本發明的一些實施例中，所述夾芯板強化結構件為桿系結構件或表面開洞的板殼結構件，所述板殼結構件的表面開洞的截面呈圓形、橢圓、菱形、矩形中的至少一種。由此，能夠形成連續的發泡空間，并可以進一步提高泡沫夾芯板的抗壓強度和抗剪強度。

在本發明的一些實施例中，所述夾芯板強化結構件為一體化成型。由此，通過面層與內部強化結構的一體化成型，減少了面層與內部強化結構的連接工序，大幅度提高了生產效率，同時顯著增加了面層與內部強化結構的粘接性能。

在本發明的一些實施例中，所述內部空腔為連續封閉空腔，可直接進行泡沫發泡。由此，一體化成型的夾芯板結構件可以充當泡沫發泡的容器，減少了發泡模具的使用，增加了生產效率，同時增加了泡沫與面層及強化結構的粘接性能。

在本發明的一些實施例中，所述泡沫材料為硬質閉孔泡沫。由此，可以進一步提高泡沫夾芯板的抗壓強度和抗剪強度。

在本發明的一些實施例中，所述硬質閉孔泡沫為選自聚氨酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚醚酰亞胺和聚甲基丙烯酰亞胺中的至少一種。由此，可以進一步提高泡沫夾芯板的抗壓強度和抗剪強度。