專利名稱：制造成型的蜂窩結(jié)構(gòu)的方法及由此制造的蜂窩結(jié)構(gòu)的制作方法
制造成型的蜂窩結(jié)構(gòu)的方法及由此制造的蜂窩結(jié)構(gòu)
背景技術(shù)：
1. 發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明涉及制造可用于高溫環(huán)境中的蜂窩結(jié)構(gòu)的方法及由此制造的蜂
點(diǎn)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及制造具有彎曲形狀的蜂窩結(jié)構(gòu)的 方法及由此制造的蜂窩結(jié)構(gòu)。
2.
背景技術(shù)：
美國(guó)專利5,096,526公開了由高熔融溫度的熱塑性層壓體和蜂窩結(jié)構(gòu) 芯來(lái)形成成型結(jié)構(gòu)的方法，尤其是使熱塑性層壓體與蜂窩結(jié)構(gòu)芯粘合并隨后 在^f莫制工具上對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行成型的方法。該方法涉及將層壓體加熱至高于600 。F(315。C)，以便在無(wú)粘合劑的情況下使熱塑性層壓體覆蓋片與蜂窩結(jié)構(gòu)芯 粘合，然后成型具有蜂窩結(jié)構(gòu)芯的覆蓋片。
美國(guó)專利5， 137， 768、 6， 544， 622和5， 789, 059公開了由高才莫量對(duì)位芳 族聚酰胺材料制成的片材制成的蜂窩結(jié)構(gòu)。這些蜂窩結(jié)構(gòu)由于其高剛度、高 強(qiáng)度重量比和耐溫性而具有很高的價(jià)值。高模量的對(duì)位芳族聚酰胺材料可形 成高度剛性的蜂窩結(jié)構(gòu)，這在許多情況下是所期望的，但是當(dāng)試圖將這些蜂 窩結(jié)構(gòu)模制成彎曲形狀時(shí)則會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。當(dāng)蜂窩結(jié)構(gòu)在具有曲率區(qū)域的模殼 上或模殼中進(jìn)行成型時(shí)，蜂窩結(jié)構(gòu)的一面被拉伸而另一面則被壓縮。被壓縮 的一面通常會(huì)經(jīng)受更嚴(yán)重的損壞，并且這種損壞一般為單元壁向內(nèi)彎曲；也 就是說(shuō)，單元壁向單元內(nèi)塌陷或彎曲。如果大量單元具有向內(nèi)彎曲的單元 壁，則蜂窩結(jié)構(gòu)具有嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)缺陷。
因此，需要的是一種包含高模量材料而且還能經(jīng)受模制而不損壞過(guò)量 的蜂窩結(jié)構(gòu)單元的蜂窩結(jié)構(gòu)。
發(fā)明概述
本發(fā)明涉及制造蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，該蜂窩結(jié)構(gòu)包括具有形成蜂窩結(jié)構(gòu)的面的邊緣的單元，該面由多個(gè)點(diǎn)來(lái)限定并具有曲率區(qū)域，其中至少兩個(gè)點(diǎn)
位于不同的切面內(nèi)，該方法包括以下步驟
a) 沿粘合劑的平行線粘合多個(gè)片材，所述片材包含按壁中熱塑性材 料和高^(guò)t量纖維的總量計(jì)5至50重量份的具有12(TC至35(TC的熔點(diǎn)的熱塑 性材料以及50至95重量份的具有600克/旦尼爾(550克/分特)或更高模 量的高模量纖維；
b) 將粘合的片材沿垂直于片材平面的方向拉分開，以形成具有單元 的蜂窩結(jié)構(gòu)；
c) 加熱蜂窩結(jié)構(gòu)以軟化熱塑性材料；
d) 在具有曲率區(qū)域的模具中或模殼上彎曲、模制或成形蜂窩結(jié)構(gòu)；
以及
e) 冷卻蜂窩結(jié)構(gòu)，以保持模具或模殼的曲率區(qū)域的形狀。 本發(fā)明還涉及制造蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，該蜂窩結(jié)構(gòu)包括具有形成蜂窩結(jié)
構(gòu)的面的邊緣的單元，該面由多個(gè)點(diǎn)來(lái)限定并具有曲率區(qū)域，其中至少兩個(gè) 點(diǎn)位于不同的切面內(nèi)，該方法包括以下步驟
a) 沿粘合劑的平行線粘合多個(gè)片材，所述片材包含按壁中熱塑性材 料和高^(guò)t量纖維的總量計(jì)5至50重量4分的具有120。C至35(TC的熔點(diǎn)的熱塑 性材料以及50至95重量份的具有600克/旦尼爾(550克/分特)或更高模 量的高模量纖維；
b) 將粘合的片材沿垂直于片材平面的方向拉分開，以形成具有單元 的蜂窩結(jié)構(gòu)；
c) 用熱固性樹脂浸漬蜂窩結(jié)構(gòu)；
d) 加熱蜂窩結(jié)構(gòu)以固化熱固性樹脂；
e) 將蜂窩結(jié)構(gòu)切割成片；
f) 將蜂窩結(jié)構(gòu)片加熱至高于熱固性樹脂和熱塑性材料這二者軟化點(diǎn) 的溫度；
g) 在具有曲率區(qū)域的模具中或模殼上彎曲、模制或成形蜂窩結(jié)構(gòu) 片；以及
h) 冷卻蜂窩結(jié)構(gòu)片，以基本上保持模具或模殼曲率區(qū)域的形狀。 本發(fā)明還涉及制造蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，該蜂窩結(jié)構(gòu)包括具有形成蜂窩結(jié)構(gòu)的面的邊緣的單元，該面由多個(gè)點(diǎn)來(lái)限定并具有曲率區(qū)域，其中至少兩個(gè)
點(diǎn)位于不同的切面內(nèi)，該方法包括以下步驟
a) 沿粘合劑的平行線粘合多個(gè)片材，所述片材包含按壁中熱塑性材 料和高模量纖維的總量計(jì)5至50重量份的具有12(TC至35(TC的熔點(diǎn)的熱塑 性材料以及50至95重量份的具有600克/旦尼爾(550克/分特)或更高模 量的高模量纖維；
b) 將粘合的片材沿垂直于片材平面的方向拉分開，以形成具有單元 的蜂窩結(jié)構(gòu)；
c) 用熱固性樹脂浸漬蜂窩結(jié)構(gòu)；
d) 將蜂窩結(jié)構(gòu)加熱至B階段或部分地固化熱固性樹脂；
e) 將蜂窩結(jié)構(gòu)切割成片；
f) 將蜂窩結(jié)構(gòu)片加熱至高于熱固性樹脂和熱塑性材料這二者軟化點(diǎn) 的溫度；
d)在具有曲率區(qū)域的模具中或模殼上彎曲、模制或成形蜂窩結(jié)構(gòu)
片；
h) 以足以固化熱固性樹脂的時(shí)間和溫度，將蜂窩結(jié)構(gòu)片保持在模具 中或才莫?dú)ど希灰约?br> i) 冷卻蟲奪窩結(jié)構(gòu)，以基本上保持^^莫具或才莫?dú)さ那蕝^(qū)域的形狀。
附圖簡(jiǎn)述
圖la和lb為六邊形形狀的蜂窩結(jié)構(gòu)的圖示。
圖2為六邊形單元形狀的蜂窩結(jié)構(gòu)的另一圖示。
圖3a、 3b和3c為形成彎曲的蜂窩結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單方法的圖示。
圖4a、 4b、 4c和4d示出了未損壞的六邊形單元和具有凹形單元壁的 損壞的六邊形單元。
圖5a、 5b、 5c和5d示出了未損壞的正方形單元和具有凹形單元壁的 損壞的正方形單元。
圖6示出了一個(gè)成型的制品，該制品為由蜂窩結(jié)構(gòu)和一個(gè)或多個(gè)面片 材制成的面板的形式。
圖7為在蜂窩結(jié)構(gòu)的制造過(guò)程中施加粘合劑的工序視圖。圖8為在蜂窩結(jié)構(gòu)的制造過(guò)程中堆疊含纖維紙片的工序視圖。
圖9為在蜂窩結(jié)構(gòu)的制造過(guò)程中熱壓紙片堆疊件的工序視圖。 圖IO為在蜂窩結(jié)構(gòu)的制造過(guò)程中展開紙片堆疊件的工序視圖。 圖lla和llb為對(duì)蜂窩結(jié)構(gòu)進(jìn)行成型的實(shí)例工序視圖。
發(fā)明詳述
蜂窩結(jié)構(gòu)包括具有形成蜂窩結(jié)構(gòu)的面的邊緣的單元，該面由多個(gè)點(diǎn)來(lái) 限定并具有曲率區(qū)域，其中至少兩個(gè)點(diǎn)位于不同的切面內(nèi)。圖la為蜂窩結(jié) 構(gòu)的一個(gè)例示。圖lb為圖la所示蜂窩結(jié)構(gòu)的正交視圖，圖2為該蜂窩結(jié)構(gòu) 的三維視圖。所示為具有六邊形單元2的蜂窩結(jié)構(gòu)1。每個(gè)單元由多個(gè)單元 壁3形成，并且單元壁4的外邊緣形成蜂窩結(jié)構(gòu)的面5。事實(shí)上，單元壁的 外邊緣形成位于蜂窩結(jié)構(gòu)面上的不同切面內(nèi)的一系列點(diǎn)6。雖然所示為六邊 形單元，然而其他幾何排列也是可能的，其他最普遍的可能排列為矩形單元。
蜂窩結(jié)構(gòu)在蜂窩結(jié)構(gòu)的面上具有位于不同切面內(nèi)的多個(gè)點(diǎn)，這意味著 蜂窩結(jié)構(gòu)的面具有曲率或以某種方式彎曲。在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，蜂窩 結(jié)構(gòu)的面以拋物線形式、雙曲線形式、或彎曲形式的某種組合進(jìn)行彎曲。在 其他優(yōu)選的實(shí)施方案中，蜂窩結(jié)構(gòu)的面以半球形或碗形方式彎曲。在一些實(shí) 施方案中，蜂窩結(jié)構(gòu)可具有無(wú)曲率區(qū)域與曲率區(qū)域的組合。在那些實(shí)施方案 中，通過(guò)觀察可將曲率區(qū)域與無(wú)曲率區(qū)域區(qū)別開來(lái)。曲率區(qū)域?qū)⒕哂性谥辽?一個(gè)表面維度上有多個(gè)位于不同切面內(nèi)的點(diǎn)的面；無(wú)曲率區(qū)域具有多個(gè)點(diǎn)均 在一個(gè)平面中的面。在一些實(shí)施方案中，曲率區(qū)域具有10倍于蜂窩結(jié)構(gòu)厚 度或更小的曲率半徑，其中曲率半徑自蜂窩結(jié)構(gòu)厚度的中心處測(cè)得。在一些 實(shí)施方案中，曲率區(qū)域具有7至2倍于蜂窩結(jié)構(gòu)厚度的曲率半徑，其中曲率 半徑自蜂窩結(jié)構(gòu)厚度的中心處測(cè)得。
彎曲的蜂窩結(jié)構(gòu)的形成通常需要在具有曲率區(qū)域的模殼上或模具中、 或在具有曲率區(qū)域的模具的陽(yáng)模與陰模部分之間彎曲、模制或成形。作為例 示，圖3示出了具有第一面11和第二面12、在具有凸形表面的彎曲的模殼 14上形成的蜂窩結(jié)構(gòu)10。作為另外一種選擇，其示出了在具有凹形表面的 彎曲的模具15中模制的蜂窩結(jié)構(gòu)10。第一面11接觸模殼，當(dāng)蜂窩結(jié)構(gòu)在凸形^^殼上由平坦平面變形為彎曲的結(jié)構(gòu)時(shí)，該面^皮壓縮。而相對(duì)面12則 被拉伸。作為另外一種選擇，面11接觸凹形模具。當(dāng)蜂窩結(jié)構(gòu)由平坦平面
變形為彎曲的結(jié)構(gòu)時(shí)，該面祐j立伸，而面12則^皮壓縮。
將蜂窩結(jié)構(gòu)的 一個(gè)面進(jìn)行壓縮的動(dòng)作可使蜂窩結(jié)構(gòu)面上的單元壁塌 陷。圖4示出了具有6個(gè)單元壁21的未損壞的六邊形單元20。由于壓縮， 六邊形單元會(huì)塌陷；圖中顯示具有塌陷的或內(nèi)彎的壁23的損壞的六邊形單 元22。塌陷的壁與單元形成的角稱為凹角。六邊形單元24還通過(guò)使用實(shí)線 25示出了單元壁的原始位置，并通過(guò)使用虛線27示出了 180度凹角的表 示。虛線28表示大于180度的凹角。單元壁的塌陷可能不像在圖4中表示 的那樣明顯。單元壁可能以形成向單元彎曲的方式內(nèi)翻，如六邊形單元22 所示。在這種情況下，根據(jù)內(nèi)彎的壁的切線計(jì)算凹角。圖4示出了具有內(nèi)彎 的單元壁31的蜂窩結(jié)構(gòu)單元30,其中繪制出了切線32和33以顯示凹角34 是如何測(cè)得的。在所示的圖中，凹角大于180度。根據(jù)例證可容易地理解， 兩個(gè)相鄰單元壁向單元中心內(nèi)的任何顯著塌陷通常均將產(chǎn)生大于180度的凹角。
圖5示出了具有四個(gè)單元壁41的未損壞的正方形單元40。由于壓縮， 正方形單元會(huì)塌陷；圖中顯示具有塌陷的或內(nèi)彎的壁43的損壞的正方形單 元42。正方形單元44還通過(guò)使用實(shí)線45示出了單元壁的原始位置，并通 過(guò)使用虛線47示出了 180度凹角的表示。就正方形單元而言，可穿過(guò)單元 壁41在任何點(diǎn)繪制虛線47。虛線48表示大于180度的凹角。單元壁的塌 陷可能不像在圖5中表示的那樣明顯。單元壁可能以形成向單元內(nèi)彎曲的方 式內(nèi)翻，如六邊形單元42所示。在這種情況下，根據(jù)內(nèi)彎的壁的切線計(jì)算 凹角。圖5示出了具有內(nèi)彎的單元壁51的蜂窩結(jié)構(gòu)單元50，其中繪制出了 切線52和53以顯示凹角54是如何測(cè)得的。在所示的圖中，凹角大于180 度。根據(jù)例證可容易地理解，兩個(gè)相鄰單元壁向單元中心內(nèi)的任何顯著塌陷 通常均將產(chǎn)生大于180度的凹角。具有大于180度凹角的單元的數(shù)量可通過(guò) 觀察來(lái)確定。在單元極小的情況下，可通過(guò)其他光學(xué)方法來(lái)確定。
蜂窩結(jié)構(gòu)可形成彎曲的或彎形形狀，并且在曲率區(qū)域上被壓縮的單元 無(wú)顯著塌陷。事實(shí)上，在形成之后，曲率區(qū)域中少于25%的蜂窩結(jié)構(gòu)單元 具有大于180度的凹角。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，曲率區(qū)域中少于15%的蜂窩結(jié)構(gòu)單元具有大于180度的凹角。據(jù)認(rèn)為，在單元壁中高沖莫量纖維和 足夠份數(shù)的熱塑性材料的組合會(huì)形成可變形且無(wú)顯著單元塌陷的更柔韌結(jié) 構(gòu)，同時(shí)形成具有高剛度和高溫穩(wěn)定性的最終蜂窩結(jié)構(gòu)。
蜂窩結(jié)構(gòu)的單元壁優(yōu)選由包含高模量纖維和熱塑性材料的紙材形成。 本文所用術(shù)語(yǔ)"紙材"采用其標(biāo)準(zhǔn)含義，可使用常規(guī)的造紙工藝和設(shè)備來(lái)制 造該紙材。
本發(fā)明中所用的紙材可由實(shí)驗(yàn)室用篩分儀至商業(yè)規(guī)模造紙機(jī)器的任何
規(guī)模的設(shè)備來(lái)制成，例如長(zhǎng)網(wǎng)造紙機(jī)或斜網(wǎng)造紙機(jī)。典型方法涉及制備高
模量纖維材料的分散體如絮狀物和/或紙漿，并且制備含水液體中的粘合劑 物質(zhì)，從分散體中排出液體以獲得濕組合物并干燥濕紙組合物。可通過(guò)如下
方式來(lái)制備分散體分散纖維，然后添加粘合劑物質(zhì)；或者分散粘合劑物 質(zhì)，然后添加纖維。還可通過(guò)混合纖維分散體和粘合劑物質(zhì)分散體來(lái)制備分 散體。如果粘合劑物質(zhì)為纖維，可通過(guò)首先制備與高模量纖維的混合物來(lái)將 粘合劑纖維添加到分散體中，或者可單獨(dú)將粘合劑纖維添加到分散體中。分 散體中的纖維濃度按分散體的總重量計(jì)可在0. 01至1. 0重量％的范圍內(nèi)。 分散體中的粘合劑物質(zhì)濃度按固體的總重量計(jì)可最多為50重量％。
在典型方法中，分散體的含水液體通常為水，但是可包括各種其他物 質(zhì)，例如pH值調(diào)節(jié)劑、成形助劑、表面活性劑、消泡劑等。含水液體通常 以如下方式從分散體中排出將分散體引導(dǎo)至篩網(wǎng)或其他有孔支撐件上，保 留分散的固體，然后使液體流過(guò)，從而得到濕紙組合物。濕組合物在支撐件 上形成之后，通常通過(guò)真空和/或其他壓力進(jìn)一步脫水，并且通過(guò)蒸發(fā)剩余 液體進(jìn)一步干燥。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，可將高模量纖維材料和熱塑性粘合劑，例 如短纖維或短纖維與粘合劑顆粒的混合物， 一起制漿以形成混合物，該混合 物在網(wǎng)篩或網(wǎng)帶上轉(zhuǎn)化成紙材。對(duì)于由各種類型的纖維材料和粘合劑形成紙 材的例證性方法，參考以下美國(guó)專利和美國(guó)專利申請(qǐng)授予Gross的 3, 756,908;授予Tokarsky的4, 698， 267和4， 729， 921;授予Hesler等人 的5， 026， 456;授予Kirayoglu等人的5， 223, 094;授予Kirayoglu等人的 5, 314,742;授予Wang等人的6， 458, 244和6， 551, 456;以及授予Samuels 等人的6， 929， 848和2003-0082974。形成紙材之后，優(yōu)選將其熱壓光，因?yàn)檩伒母邷睾透邏簳?huì)增大紙張的 粘結(jié)強(qiáng)度。該步驟增加紙材的密度和強(qiáng)度。通常，在金屬與金屬、金屬與復(fù) 合材料、或復(fù)合材料與復(fù)合材料輥之間的輥隙中壓光一層或多層紙材。作為 另外一種選擇，可在對(duì)于具體組合物和最終應(yīng)用來(lái)講最佳的壓力、溫度和時(shí) 間下，在平壓機(jī)中壓縮一層或多層紙材。以此方式壓光紙材還會(huì)減小紙材的 透氣度。用于本發(fā)明的紙材的厚度取決于蜂窩結(jié)構(gòu)的最終用途或所需性質(zhì)， 在一些實(shí)施方案中，紙材厚度通常為1至5密耳。在一些實(shí)施方案中，紙材
的基重為0. 5至6盎司/平方碼。此外，如果不進(jìn)行壓實(shí)或除壓實(shí)之外還需 要增加強(qiáng)度或一些其他特性的改性，則可在壓光或壓縮之前、之后作為單獨(dú) 步驟或者代替壓光或壓縮對(duì)紙材進(jìn)行熱處理，例如熱輻射處理。
蜂窩結(jié)構(gòu)包含具有600克/旦尼爾(550克/分特)或更高的拉伸模量或 楊氏模量的高模量纖維。纖維的高模量為最終蜂窩結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的面板提供必 要的剛度。在優(yōu)選實(shí)施方案中，纖維的楊氏才莫量為900克/旦尼爾(820克/ 分特)或更高。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，纖維的韌度為至少21克/旦尼爾(19 克/分特)，并且其伸長(zhǎng)率為至少2%，以便更好地經(jīng)受模制加工并且為最終 的結(jié)構(gòu)提供更高水平的機(jī)械特性。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，高模量纖維為耐熱纖維。所謂"耐熱纖 維"是指當(dāng)在空氣中以2(TC/分鐘的速率加熱至50(TC時(shí)，所述纖維優(yōu)選地 保留其纖維重量的90%。此類纖維通常具有阻燃性，這意味著該纖維或由該 纖維制成的織物具有的極限氧指數(shù)(LOI)使得纖維或織物不支持空氣中的燃 燒，優(yōu)選的LOI范圍為約26及更高。
高模量纖維可為絮狀物或紙漿或它們的混合物的形式。所謂"絮狀 物"是指具有2至25毫米、優(yōu)選3至7毫米的長(zhǎng)度以及3至20微米、優(yōu)選 5至14微米的直徑的纖維。如果絮狀物長(zhǎng)度小于3毫米，則其對(duì)紙材強(qiáng)度 的影響不夠大；如果其長(zhǎng)度大于25毫米，則幾乎不可能通過(guò)濕法成網(wǎng)法來(lái) 形成均勻的纖維網(wǎng)。如果絮狀物的直徑小于5微米，則其很難以足夠的均勻 性和可重復(fù)生產(chǎn)性來(lái)制造；如果其直徑大于20微米，則實(shí)質(zhì)上不可能形成 輕至中等基重的均勻紙材。 一般通過(guò)將連續(xù)的巻繞絲切割成比長(zhǎng)度的段來(lái)制 備絮狀物。
本文所用術(shù)語(yǔ)"紙漿"是指具有桿和通常自桿延伸的原絲的材料顆粒，其中桿通常為柱形并且直徑為約10至50微米，原絲為通常連接到桿的
細(xì)的毛發(fā)狀構(gòu)件，經(jīng)測(cè)量其直徑僅為一微米的若干分之一或幾微米，長(zhǎng)度為
約10至100微米。
在一些實(shí)施方案中，可用于本發(fā)明的高模量纖維包括由對(duì)位芳族聚酰 胺、聚苯并唑或聚吡啶并唑聚合物或它們的混合物制成的纖維。在一些實(shí)施 方案中，可用于本發(fā)明的高模量纖維包括碳纖維。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案 中，高模量纖維由芳族聚酰胺聚合物尤其是對(duì)位芳族聚酰胺聚合物來(lái)制成。 在尤其優(yōu)選的實(shí)施方案中，高模量纖維為聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺。
本文所用術(shù)語(yǔ)"芳族聚酰胺"是指聚酰胺，其中至少85%的酰胺(-CONH-)連接基直接連接到兩個(gè)芳族環(huán)上。"對(duì)位芳族聚酰胺"是指兩個(gè)環(huán)或 基沿分子鏈相對(duì)于彼此對(duì)位取向。添加劑可與芳族聚酰胺一起使用。事實(shí)上 已發(fā)現(xiàn)，按重量計(jì)最多10%的其他聚合材料可與芳族聚酰胺共混使用，或 者可使用具有最多10%的其他二胺(取代了芳族聚酰胺的二胺)或最多10% 的其他二甲酰氯(取代了芳族聚酰胺的二甲酰氯)的共聚物。在一些實(shí)施方 案中，優(yōu)選的對(duì)位芳族聚酰胺為聚對(duì)苯二曱酰對(duì)苯二胺。可用于本發(fā)明的制 造對(duì)位芳族聚酰胺的方法一般公開于例如美國(guó)專利3,869,430、 3,869,429 和3， 767, 756中。此類芳香族聚酰胺有機(jī)纖維和這些纖維的各種形式可以商 標(biāo) Kevlar 纖維得自 E. I. du Pont de Nemours and Company (Wilmington, Delaware),以及以商才示Twaron 4尋自Tei jin， Ltd.。
的Zylon PBO-AS (聚(對(duì)亞苯基-2, 6-苯并雙嚅唑)纖維、Zylon PBO-HM (聚(對(duì)亞苯基-2,6-苯并雙嚅唑))纖維?？捎糜诒景l(fā)明的可商購(gòu)獲得的碳纖 維包括-得自Toho Tenax America, Inc.的Tenax 纖維。
蜂窩結(jié)構(gòu)具有5至50重量份的熔點(diǎn)為12(TC至35(TC的熱塑性材料。 在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，熱塑性材料以20至40重量^f分的量存在。熱塑性 是指具有其傳統(tǒng)的聚合物定義；也就是說(shuō)，這些材料在受熱時(shí)以粘滯液體的
方式流動(dòng)，并在被冷卻時(shí)硬化，以及在隨后的屢次加熱和冷卻時(shí)可逆地反復(fù) 流動(dòng)和硬化。
在一些其他優(yōu)選的實(shí)施方案中，熱塑性材料的熔點(diǎn)為18(TC至300°C。 在一些其他優(yōu)選的實(shí)施方案中，熱塑性材料的熔點(diǎn)為22(TC至250°C。當(dāng)用具有低于12(TC的熔點(diǎn)的熱塑性材料來(lái)制造紙材時(shí)，該紙材在紙材制造之后 容易受到不可取的熔融流動(dòng)、粘性和其他問(wèn)題的影響。例如，在蜂窩結(jié)構(gòu)制 造期間，在將節(jié)線粘合劑施加到紙材之后， 一般會(huì)施加熱量以從粘合劑中去 除溶劑。在另一步驟中，紙片被壓在一起以在節(jié)線處粘附片材。在這些步驟 中的任一個(gè)期間，如果紙材具有低熔點(diǎn)的熱塑性材料，則該材料可流動(dòng)并且 會(huì)不可取地將紙片粘附到制造設(shè)備和/或其他片材上。因此，優(yōu)選地，用于 紙材的熱塑性材料在紙材形成和壓光期間可熔融或流動(dòng)，但在蜂窩結(jié)構(gòu)制造
期間不希望熔融或流動(dòng)。具有350。C以上的熔點(diǎn)的熱塑性材料是不可取的， 因?yàn)樗鼈冃枰绱烁叩臏囟葋?lái)軟化，使得紙材中的其他組分在紙材制造期間 可能開始降解。在存在一種以上的熱塑性材料的那些實(shí)施方案中，至少30% 的熱塑性材料應(yīng)具有不高于35CTC的熔點(diǎn)。
在一些實(shí)施方案中，熱塑性材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為約IO(TC至 250°C。具有低于IO(TC的Tg的熱塑性材料在某些情況下會(huì)對(duì)制造期間蜂窩 結(jié)構(gòu)單元的有效展開產(chǎn)生不利影響；具有高于25(TC的Tg的熱塑性材料在 某些情況下會(huì)影響蜂窩結(jié)構(gòu)的最終模制。
可用于本發(fā)明的熱塑性材料可為纖維、雙組分纖維、聚合物薄片、聚 合物顆粒、沉析纖維、紙漿或它們的混合物的形式。粘合劑纖維通常由熱塑 性材料制成，該熱塑性材料可在低于纖維共混物中任何其他纖維的軟化點(diǎn) (即具有更低的軟化點(diǎn))的溫度下流動(dòng)。優(yōu)選皮/芯型雙組分纖維作為粘合 劑纖維，尤其是作為粘合劑材料的具有聚酯均聚物芯和共聚酯外皮的雙組分 粘合劑纖維，例如通常得自Unitika Co. ， Japan (如，以商標(biāo)MELTY 銷 售)的那些。可用的粘合劑纖維類型可包括由聚丙烯、聚酯聚合物或共聚物 制成的纖維；或僅含有該聚合物或共聚物的纖維；或具有并列或皮/芯型構(gòu) 型的雙組分纖維。在一些實(shí)施方案中，優(yōu)選的粘合劑粉末為熱塑性粘合劑粉 末，例如共聚酯Griltex EMS 6E粘合劑粉末。如本文所用，術(shù)語(yǔ)"沉析纖 維"是指小的、薄膜狀的、基本上為二維顆粒的細(xì)分聚合物產(chǎn)品，其具有約 100至1000微米的寬度和僅約0.1至1微米的厚度。通常通過(guò)使聚合物溶 液流動(dòng)至與該溶液的溶劑不混容的液體的凝固浴中來(lái)制造沉析纖維。聚合物 溶液流在聚合物凝固時(shí)受到劇烈剪切力和紊流的影響。
在一些實(shí)施方案中，紙材中所用的優(yōu)選熱塑性材料為聚對(duì)苯二曱酸乙二醇酯(PET)和/或聚萘二羧酸乙二酯(PEN)聚合物。這些聚合物可以包括多 種共聚單體，包括二甘醇、環(huán)己烷二甲醇、聚(乙二醇)、戊二酸、壬二酸、 癸二酸、間苯二曱酸等。除了這些共聚單體外，還可以使用支化劑，例如均 苯三甲酸、均苯四曱酸、三羥甲基丙烷和三羥曱基乙烷、以及季戊四醇?？?以通過(guò)已知的聚合技術(shù)由對(duì)苯二甲酸或其低級(jí)烷基酯(如，對(duì)苯二曱酸二甲 酯)和乙二醇或它們的共混物或混合物來(lái)獲得PET?？梢酝ㄟ^(guò)已知的聚合技 術(shù)由2， 6-萘二曱酸和乙二醇來(lái)獲得PEN。 一種可用的PEN纖維由Teijin， Ltd.以商品名Teonex 銷售。
在其他實(shí)施方案中，使用的優(yōu)選熱塑性材料為液體結(jié)晶的聚酯。本文 所謂的"液體結(jié)晶的聚酯"(LCP)是指當(dāng)使用TOT測(cè)試或其任何合理的變型 進(jìn)行測(cè)試時(shí)為各向異性的聚酯聚合物，如美國(guó)專利4，118,372所述，該專利 以引用的方式并入本文。LCP的一個(gè)優(yōu)選形式為"全芳族"，即聚合物主鏈 中的所有基團(tuán)均為芳族基(連接基除外，如酯基)，但可以存在不為芳族的 側(cè)基。優(yōu)選地，LCP的熔點(diǎn)為最高約35(TC。在其中外皮聚合物為粘合劑或 低可熔組分的皮芯型雙組分纖維的情況下，該外皮聚合物應(yīng)具有低于或最高 約35(TC的熔點(diǎn)，而芯組分可為具有更高熔點(diǎn)的聚合物。通過(guò)ASTM法D3418 測(cè)得熔點(diǎn)。熔點(diǎn)為熔融吸熱的最大值，并且是在加熱速率為1(TC/min的笫 二次加熱中測(cè)得的。如果存在一個(gè)以上的熔點(diǎn)，則認(rèn)為聚合物的熔點(diǎn)是這些 熔點(diǎn)中的最高熔點(diǎn)。用于本發(fā)明的優(yōu)選LCP包括得自DuPont Co的相應(yīng)等級(jí) 的Zenite 和得自Ticona Co的相應(yīng)等級(jí)的Vectra LCP。
熱塑性材料中可以存在其他材料，尤其是常見于熱塑性組合物中的或 用于熱塑性組合物的那些材料。這些材料在蜂窩結(jié)構(gòu)的^!喿作環(huán)境下應(yīng)優(yōu)選為 化學(xué)惰性的和適度熱穩(wěn)定的。此類材料可以包括例如一種或多種填充劑、增 強(qiáng)劑、顏料和成核劑。還可以存在其他聚合物，從而形成聚合物共混物。在 一些實(shí)施方案中，存在其他聚合物，優(yōu)選地其他聚合物在組合物中小于25 重量％。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，熱塑性材料中不存在其他聚合物，占 總量很少(小于5重量°/。)的聚合物除外，例如用作潤(rùn)滑劑和加工助劑的那 些。
蜂窩結(jié)構(gòu)在許多制品中可用作結(jié)構(gòu)組件，包括商用客機(jī)上的頂置儲(chǔ)存 倉(cāng)和機(jī)翼至機(jī)身整流裝置。由于蜂窩結(jié)構(gòu)的輕型結(jié)構(gòu)性能， 一種優(yōu)選的用途是用于空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)中，其中較輕的重量可節(jié)省推動(dòng)物體穿過(guò)空氣所需的 燃料或力。
可將一個(gè)或多個(gè)面片材連接到蜂窩結(jié)構(gòu)的面上以形成面板。在最終面 板抵抗壓縮、彎曲和其他應(yīng)力方面，面片材為其提供了完整性。而且，面片 材可密封蜂窩結(jié)構(gòu)的單元以防止材料從單元中出來(lái)，或者面片材可有助于將
材料保持在單元內(nèi)。圖6示出了具有面片材61的蜂窩結(jié)構(gòu)60，該面片材61 通過(guò)使用粘合劑連接到一個(gè)面上。第二個(gè)面片材62連接到蜂窩結(jié)構(gòu)的相對(duì) 面上，而連接有兩個(gè)相對(duì)的面片材的蜂窩結(jié)構(gòu)形成面板?？筛鶕?jù)需要將其他 材料層63連接到面板的任一面上。在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，應(yīng)用到蜂窩 結(jié)構(gòu)的兩個(gè)面上的面片材包含兩層材料。在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，面片材 包括織造織物或正交的單向織物。在一些實(shí)施方案中，正交的單向織物為 0/90正交。如果需要，面片材可具有裝飾性表面，例如經(jīng)壓花或其他處理 以形成悅目的外表面。包含玻璃纖維、碳纖維和/或其他高強(qiáng)度/高模量纖維 的織物可用作面片材材料。
一種制造蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，該蜂窩結(jié)構(gòu)包括具有形成蜂窩結(jié)構(gòu)的面的 邊緣的單元，該面由多個(gè)點(diǎn)來(lái)限定并具有曲率區(qū)域，其中至少兩個(gè)點(diǎn)位于不 同的切面內(nèi)，該方法包括下列步驟
a) 沿粘合劑的平行線粘合多個(gè)片材，所述片材包含按壁中熱塑性材料 和高^(guò)^莫量纖維的總量計(jì)5至50重量〗分的具有12(TC至35(TC的熔點(diǎn)的熱塑性 材料以及50至95重量份的具有600克/旦尼爾(550克/分特)或更高模量 的高模量纖維；
b) 將粘合的片材沿垂直于片材平面的方向拉分開，以形成具有單元的 蜂窩結(jié)構(gòu)；
c) 加熱蜂窩結(jié)構(gòu)以軟化熱塑性材料；
d) 在具有曲率區(qū)域的模具中或模殼上彎曲、模制或成形蜂窩結(jié)構(gòu)；以
及
e) 冷卻蜂窩結(jié)構(gòu)，以保持模具或模殼的曲率區(qū)域的形狀。
圖7至9示出了沿間隔開的平行線粘合多個(gè)片材的步驟的一個(gè)實(shí)施方 案。就典型六邊形單元而言，在任何一個(gè)片材上一個(gè)所施加節(jié)線的后沿至下 一個(gè)所施加節(jié)線的前沿的距離等于一個(gè)單元壁長(zhǎng)度的三倍。在圖7中，通過(guò)任何施加方法或印刷方法將粘合劑112沿多條線以一定寬度和節(jié)距施加到含 有高^(guò)t量纖維的紙材101的帶上。粘合劑可以為選自環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、
丙烯酸類樹脂、聚酰亞胺樹脂和其他樹脂的樹脂；然而優(yōu)選使用熱固性樹 脂。在圖中，將來(lái)自巻軸113的包含高模量纖維的帶狀紙材101送入至少一 組輥的輥隙中，該組輥包括施加輥114和壓輥115。穿過(guò)布置在施加輥114 上的凹槽，將包含在粘合劑槽116中的粘合劑112沿多條線施加或涂覆到紙 材101的一個(gè)表面上，然后將其干燥。
在圖8中，將包含高模量纖維的帶狀紙材101以預(yù)定間隔切割成多個(gè) 片材lll。將切出的片材相互堆疊，使得每個(gè)片材按所施加粘合劑112的一 半節(jié)距或一半間隔轉(zhuǎn)移到另一個(gè)片材上。就典型實(shí)例而言，可將400個(gè)切出 的片材如箭頭117所示豎直堆疊以形成塊，其位置關(guān)系使得每個(gè)片材按所涂 覆粘合劑線的間隔的一半進(jìn)行轉(zhuǎn)移。
在圖9中，每個(gè)包含高模量纖維的堆疊紙片111通過(guò)壓力和熱量彼此 粘合。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，隨后在粘合劑112的軟化點(diǎn)下將多個(gè)包含 高模量纖維的堆疊紙片111進(jìn)行熱壓。然后使粘合劑硬化以將片材彼此粘 合。


圖10a和10b示出了將粘合的片材沿垂直于片材平面的方向拉開以形 成具有單元的蜂窩結(jié)構(gòu)的步驟。這也可稱為展開步驟。堆疊的和粘合的包含 高模量纖維的紙片111通過(guò)施加在箭頭117所示方向的拉力或張力沿與堆疊 方向相反的方向核尿開。每個(gè)片材111由此核尿開或在彼此間;故延伸，使得 片材沿粘合部分的邊緣^皮折疊，并且未粘合的部分在與堆疊方向相反的方向 上被延伸，從而使片材彼此分離。因此形成了由中空柱形單元119的平面組 合件構(gòu)成的蜂窩結(jié)構(gòu)單元，單元119被由片材111形成的單元壁118隔開， 片材111沿多條粘合劑節(jié)線115彼此粘合并^皮展開。
這種制造蜂窩結(jié)構(gòu)的方法的下一步驟是加熱蜂窩結(jié)構(gòu)以軟化蜂窩結(jié)構(gòu) 單元壁中的熱塑性材料?？赏ㄟ^(guò)任何能提供熱源的可用方法例如熱輻射、強(qiáng) 制通風(fēng)加熱爐和介電爐等來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。然而，在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中， 熱輻射是優(yōu)選的。以足以軟化單元壁中的熱塑性材料的溫度和時(shí)間進(jìn)行加 熱。通常，溫度接近或高于熱塑性材料的熔點(diǎn)，所需時(shí)間由存在的材料質(zhì)量 來(lái)確定。在一些實(shí)施方案中，優(yōu)選的加熱溫度為熱塑性材料的熔融溫度+/-10°C。如果需要，可以對(duì)熱源和模具或模殼進(jìn)行結(jié)合，以便在不干涉受熱蜂 窩結(jié)構(gòu)的處理的情況下來(lái)加熱并形成蜂窩結(jié)構(gòu)。
然后，通過(guò)在具有曲率區(qū)域的模具中或模殼上彎曲、模制或成形受熱
蜂窩結(jié)構(gòu)來(lái)成型蜂窩結(jié)構(gòu)。如圖lla所示，對(duì)設(shè)置在具有所需制品形狀的模 制模殼121上的蜂窩結(jié)構(gòu)120施加熱量124。然后以任何可用方法將蜂窩結(jié) 構(gòu)按壓在模殼上，以使蜂窩結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出模殼的彎曲或彎形的表面125。在一 些實(shí)施方案中，如圖lib所示，模殼為具有陽(yáng)塊132和陰塊133的模具 131，陽(yáng)塊和陰塊壓在一起以在它們兩者之間模制和成形彎曲的蜂窩結(jié)構(gòu) 125。使蜂窩結(jié)構(gòu)適形于模具所代表的所需形狀。模具或模殼可進(jìn)行溫度控 制，從而對(duì)蜂窩結(jié)構(gòu)進(jìn)行額外的加熱或冷卻。
然后，將加熱和成型的蜂窩結(jié)構(gòu)冷卻至熱塑性材料的軟化溫度以下， 以固定和保持才莫具或模殼的曲率區(qū)域的形狀。這種冷卻可通過(guò)如下方式來(lái)完 成；故動(dòng)冷卻，例如自由對(duì)流；或主動(dòng)冷卻，例如通過(guò)一些諸如空氣、水或 其他流體之類的冷卻劑來(lái)冷卻模具。通常，在蜂窩結(jié)構(gòu)保持在模具中或設(shè)置 在模殼上時(shí)完成冷卻。如果需要，可從模具或模殼上移除蜂窩結(jié)構(gòu)后單獨(dú)冷 卻。如果蜂窩結(jié)構(gòu)未經(jīng)冷卻便從;漠具上移除，則可能需要采取措施來(lái)確保蜂 窩結(jié)構(gòu)保持曲率區(qū)域的所需形狀。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，在冷卻步驟之 后，蜂窩結(jié)構(gòu)曲率區(qū)域中少于約25%的蜂窩結(jié)構(gòu)單元具有大于180度的凹 角。該方法還可包括用樹脂優(yōu)選熱固性樹脂來(lái)浸漬蜂窩結(jié)構(gòu)的步驟。
在蜂窩結(jié)構(gòu)的單元壁中使用大量熱塑性材料使得可形成這些彎曲的或 彎形形狀，而不會(huì)使成型期間受壓縮的蜂窩結(jié)構(gòu)側(cè)上的蜂窩結(jié)構(gòu)單元過(guò)度損 壞或塌陷。
另一種制造蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，該蜂窩結(jié)構(gòu)包括具有形成蜂窩結(jié)構(gòu)的面 的邊緣的單元，該面由多個(gè)點(diǎn)來(lái)限定并具有曲率區(qū)域，其中至少兩個(gè)點(diǎn)位于 不同的切面內(nèi)，該方法包括下列步驟
a) 沿粘合劑的平行線粘合多個(gè)片材，所述片材包含按壁中熱塑性材料 和高沖莫量纖維的總量計(jì)5至50重量份的具有12(TC至35(TC的熔點(diǎn)的熱塑性 材料以及50至95重量份的具有600克/旦尼爾(550克/分特)或更高模量 的高模量纖維；
b) 將粘合的片材沿垂直于片材平面的方向拉分開，以形成具有單元的蜂窩結(jié)構(gòu)；
c) 用熱固性樹脂浸漬蜂窩結(jié)構(gòu)；
d) 加熱蜂窩結(jié)構(gòu)以固化熱固性樹脂；
e) 將蜂窩結(jié)構(gòu)切割成片；
f) 將蜂窩結(jié)構(gòu)片加熱至高于熱固性樹脂和熱塑性材料這二者軟化點(diǎn)的
溫度；
g) 在具有曲率區(qū)域的模具中或模殼上彎曲、模制或成形蜂窩結(jié)構(gòu)片；
以及
h) 冷卻蜂窩結(jié)構(gòu)片，以基本上保持模具或模殼曲率區(qū)域的形狀。 在形成蜂窩結(jié)構(gòu)的方法的該實(shí)施方案中，在蜂窩結(jié)構(gòu)展開之后用熱固
性樹脂將其浸漬。通常，這可通過(guò)將步驟b)之后制成的展開的蜂窩結(jié)構(gòu)浸 漬在熱固性樹脂浴中來(lái)完成，然而也可使用其他方法例如噴涂來(lái)涂覆和完全 浸漬展開的蜂窩結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方案中，可用作浸漬劑的熱固性樹脂包括 環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、丙烯酸類樹脂、聚酰亞胺樹脂、以及它們的混合物。
在用熱固性樹脂完全浸漬蜂窩結(jié)構(gòu)之后，通過(guò)加熱飽和的蜂窩結(jié)構(gòu)以 使熱固性樹脂交聯(lián)來(lái)固化該樹脂。該溫度通常在15(TC至18(TC的范圍內(nèi)。 固化熱固性樹脂可為蜂窩結(jié)構(gòu)提供剛度。然后，將固化的蜂窩結(jié)構(gòu)切割成 片。這樣，可從大的蜂窩結(jié)構(gòu)塊得到蜂窩結(jié)構(gòu)的多個(gè)薄層或片。沿垂直于單 元邊緣的平面切割蜂窩結(jié)構(gòu)以便保留蜂窩結(jié)構(gòu)的多孔性質(zhì)。
然后將片加熱并模制或成形，隨后按前述方法進(jìn)行冷卻。雖然蜂窩結(jié) 構(gòu)具有固化的熱固性樹脂，但額外加熱不僅會(huì)軟化單元壁上的熱塑性材料， 而且還可使壁上的熱固性樹脂塑化。單元壁材料的軟化和塑化有助于形成彎 曲的或彎形形狀，而不使成型期間受壓縮的蜂窩結(jié)構(gòu)側(cè)上的蜂窩結(jié)構(gòu)單元過(guò) 度損壞或塌陷。如果需要，可將片浸漬在熱水中。同樣，可在加熱和才莫制或 成形之前將片浸漬在水中。在一些樹脂體系中，這會(huì)使一些樹脂例如一些酚 醛樹脂進(jìn)一步塑化以更好地成型。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，在冷卻步驟之 后，蜂窩結(jié)構(gòu)曲率區(qū)域中少于約25%的蜂窩結(jié)構(gòu)單元具有大于180度的凹 角。
另一種制造蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，該蜂窩結(jié)構(gòu)包括具有形成蜂窩結(jié)構(gòu)的面 的邊緣的單元，該面由多個(gè)點(diǎn)來(lái)限定并具有曲率區(qū)域，其中至少兩個(gè)點(diǎn)位于不同的切面內(nèi)，該方法包括下列步驟
a) 沿粘合劑的平行線粘合多個(gè)片材，所述片材包含按壁中熱塑性材料 和高模量纖維的總量計(jì)5至50重量份的具有12(TC至350'C的熔點(diǎn)的熱塑性 材料以及50至95重量份的具有600克/旦尼爾(550克/分特)或更高模量 的高模量纖維；
b) 將粘合的片材沿垂直于片材平面的方向拉分開，以形成具有單元的 蜂窩結(jié)構(gòu)；
c) 用熱固性樹脂浸漬蜂窩結(jié)構(gòu)；
d) 將蜂窩結(jié)構(gòu)加熱至B階段或部分地固化熱固性樹脂；
e) 將蜂窩結(jié)構(gòu)切割成片；
f) 將蜂窩結(jié)構(gòu)片加熱至高于熱固性樹脂和熱塑性材料這二者軟化點(diǎn)的
溫度；
d)在具有曲率區(qū)域的模具中或模殼上彎曲、模制或成形蜂窩結(jié)構(gòu)片；
h) 以足以固化熱固性樹脂的時(shí)間和溫度將蜂窩結(jié)構(gòu)片保持在模具中或 模殼上；以及
i) 冷卻蜂窩結(jié)構(gòu)，以基本上保持模具或模殼的曲率區(qū)域的形狀。 在該方法中，用熱固性樹脂再次浸漬展開的蜂窩結(jié)構(gòu)，但在該實(shí)施方
案中，熱固性樹脂僅部分地被固化，在本領(lǐng)域中被稱為"B階段化"。"B 階段化"通常用于指某些熱固性聚合物反應(yīng)的中間階段，其中當(dāng)與某些液體 接觸而受熱或溶脹時(shí)材料仍然會(huì)軟化，但不完全熔融或溶解；B階段的樹脂 通常具有一定程度的可成形性或可成型為某些具體構(gòu)型。
隨后將B階段的蜂窩結(jié)構(gòu)以與前述方法類似的方式切割成片，以便保 留蜂窩結(jié)構(gòu)的多孔性質(zhì)。然后將片加熱并模制或成形，隨后按前述方法進(jìn)行 冷卻。然而，在該方法中，加熱同時(shí)起到軟化熱塑性材料和固化熱固性樹脂 的作用。與前面一樣，額外加熱足以軟化熱塑性材料，從而在模制期間使壁 伸長(zhǎng)一些以便能夠形成這些彎曲的或彎形形狀，而不會(huì)使成型期間受壓縮的 蜂窩結(jié)構(gòu)側(cè)上的曲率區(qū)域中的蜂窩結(jié)構(gòu)單元過(guò)度損壞或塌陷。在一個(gè)優(yōu)選的 實(shí)施方案中，在冷卻步驟之后，蜂窩結(jié)構(gòu)曲率區(qū)域中少于約25%的蜂窩結(jié) 構(gòu)單元具有大于180度的凹角。測(cè)試方法
使用ASTM D1907測(cè)量纖維的纖度。使用ASTM D885測(cè)量纖維才莫量。使 用由ASTM D374測(cè)得的紙材厚度和由ASTM D646測(cè)得的基重來(lái)計(jì)算紙材密 度。使用ASTM D3418測(cè)量玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和熔點(diǎn)溫度(Tm)。
實(shí)施例1
在常規(guī)造紙?jiān)O(shè)備上形成由Teijin Twaron 1080碎長(zhǎng)絲纖維、Teijin Twaron 1094紙漿和Toray Tetoron 熱塑性聚酯纖維構(gòu)成的芳族聚酰胺/ 熱塑性紙材。該紙材的組成為52重量°/。的Twaron 1080纖維、18重量％的 Twaron 1094紙漿和30重量°/。的Tetoron 纖維。Twaron 1080纖維具有 1. 5旦尼爾/長(zhǎng)絲(1. 7分特/長(zhǎng)絲)的標(biāo)稱長(zhǎng)絲線密度和6隱的切割長(zhǎng)度。 Tetoron 熱塑性纖維具有2旦尼爾/長(zhǎng)絲(2.2分特/長(zhǎng)絲)的標(biāo)稱長(zhǎng)絲線 密度和6mm的切割長(zhǎng)度。在245。C和2Mpa壓力下對(duì)紙材預(yù)熱和預(yù)壓。然后 在260。C下在1200N/cm的線性壓力下壓光。如此制造出具有約0. 75g/cm3密 度的芳族聚酰胺/熱塑性紙材。
然后由壓光紙形成蜂窩結(jié)構(gòu)。以2畫的寬度和5mm的節(jié)距將粘合劑節(jié) 線施加到紙材表面上。粘合劑為50%固體溶液，包含70重量份的由Shell Chemical Co.銷售的標(biāo)記為Epon 826的環(huán)氧樹脂；30重量份的由 Wilmington Chemical Corp (Wilmington, DE， USA)銷售的標(biāo)記為Heloxy WC 8006的彈性體改性的環(huán)氧樹脂；54重量份的由Union Carbide Corp.銷 售的標(biāo)記為UCAR BRWE 5400的雙酚A-甲醛樹脂固化劑；0.6重量^f分的作為 固化催化劑的二元醇醚溶劑中的2-曱基咪唑，其標(biāo)記為Dowanol PM，由 The Dow Chemical Company銷售；7 重量份的由 Miller-Stephenson Chemical Co.銷售的標(biāo)記為Eponol 55-B-40的聚醚樹脂；以及1.5重量份 的由Cabot Corp.銷售的標(biāo)記為Cab-O-Sil的熱解二氧化硅。在130。C下在 爐中將粘合劑在紙材上部分地固化6. 5分鐘。
將具有粘合劑節(jié)線的片材切割成500mm的長(zhǎng)度。將40個(gè)片材相互堆 疊，使得每個(gè)片材按所施加粘合劑節(jié)線的一半節(jié)距或一半間隔轉(zhuǎn)移至另 一個(gè) 片材上。轉(zhuǎn)移可交替地發(fā)生在一面或另一面上，以便最終的堆疊件均勻地豎 直。然后，在粘合劑的軟化點(diǎn)下在板之間熱壓這些堆疊的片材，使粘合劑節(jié) 線熔融。移除熱源之后，粘合劑隨即硬化，從而使片材彼此粘合。就上述節(jié)線粘合劑而言，熱壓是以3. 5kg/cn^的壓力在14(TC下操作30分鐘，然后在 177'C下操作40分鐘。
然后，將粘合的芳族聚酰胺片材沿與堆疊方向相反的方向展開，以形 成具有等邊橫截面的單元。每個(gè)片材在彼此間被延伸，使得片材沿粘合的節(jié) 線的邊緣被折疊，并且未粘合的部分沿張力方向被延伸，從而使片材彼此分 離。使用機(jī)架來(lái)展開蜂窩結(jié)構(gòu)并將其保持為展開的形狀。
然后，將展開的蜂窩結(jié)構(gòu)放置在包含PLYOPHEN 23900溶劑基酚醛樹脂 的浴中，該酚醛樹脂得自Durez Corporation,以液體形式使用酚醛樹脂， 其中樹脂溶解在乙醇中。樹脂粘附到單元壁的內(nèi)表面上并覆蓋單元壁的內(nèi)表 面，并且還可填充和滲入到紙材的孔內(nèi)。在用樹脂浸漬之后，將蜂窩結(jié)構(gòu)從 浴中取出并在干燥爐中用熱空氣首先在82。C下干燥15分鐘，然后在121°C 下干燥15分鐘，再在182。C下千燥60分鐘，以便去除溶劑并固化酚醛樹 脂。隨后移除保持蜂窩結(jié)構(gòu)的機(jī)架。將在樹脂浴中的浸漬步驟和在干燥爐中 的干燥步驟重復(fù)5次，使得蜂窩結(jié)構(gòu)的單元壁總共被730克強(qiáng)化樹脂涂覆或 浸漬。
為形成彎曲半徑為10倍的芯厚度的彎曲的蜂窩結(jié)構(gòu)，將蜂窩結(jié)構(gòu)浸泡 在水中直到浸濕，以使酚醛基體塑化。將芯放置在低熱質(zhì)量的金屬模具中， 其中芯單元直接接觸模具表面。將載有彈簧的絲網(wǎng)置于芯的頂部，以將芯保 持在模具中的合適位置。將模具和芯放入預(yù)熱至27(TC的熱空氣對(duì)流烘箱 中。模具達(dá)到26(TC之后，使之在烘箱中保持5分鐘。移除模具并強(qiáng)制通風(fēng) 冷卻30分鐘以使芯恢復(fù)至環(huán)境溫度。打開模具，取出成型的芯。觀察芯中 有無(wú)凹角大于180°的塌陷的單元。在曲率區(qū)域中任一面上的塌陷的單元的 總計(jì)數(shù)小于曲率區(qū)域中單元總數(shù)的25%。
實(shí)施例2
如實(shí)施例1中所述來(lái)制造紙材。如實(shí)施例1中所述，將紙材印刷上粘 合劑節(jié)線、制成片狀、堆疊并進(jìn)行粘合。
然后，將粘合的芳族聚酰胺片材沿與堆疊方向相反的方向展開，以形 成具有等邊橫截面的單元。每個(gè)片材在彼此間被延伸，使得片材沿粘合的節(jié) 線的邊緣被折疊，并且未粘合的部分沿張力方向被延伸，從而使片材彼此分 離。使用機(jī)架來(lái)展開蜂窩結(jié)構(gòu)并將其保持在展開的形狀。然后，將展開的蜂窩結(jié)構(gòu)放置在包含PLY0PHEN 23900溶劑基酚醛樹脂 的浴中，該酚醛樹脂得自Durez Corporation:以液體形式使用酚醛樹脂， 其中樹脂溶解在乙醇中。樹脂粘附到單元壁的內(nèi)表面上并覆蓋單元壁的內(nèi)表 面，并且還可填充和滲入到紙材的孔內(nèi)。用樹脂浸漬之后，將蜂窩結(jié)構(gòu)從浴 中取出，并在干燥爐中用熱空氣首先在82X:干燥15分鐘，然后在12rc干 燥15分鐘，以便去除溶劑并使酚醛樹脂部分地固化或b階段化。這種展開 的蜂窩結(jié)構(gòu)芯與實(shí)施例1中的相比更柔韌。隨后移除保持蜂窩結(jié)構(gòu)的機(jī)架。
為形成彎曲半徑為10倍芯厚度的彎曲的蜂窩結(jié)構(gòu)，將芯放置在低熱質(zhì) 量的金屬模具中，其中金屬模具具有芯單元直接接觸模具表面的曲率區(qū)域。 將載有彈簧的絲網(wǎng)置于芯的頂部，以將芯保持在模具中的合適位置。將模具 和芯放入預(yù)熱至190。C的熱空氣對(duì)流爐中。模具達(dá)到182。C之后，使之在爐 中保持60分鐘。移除^^莫具并強(qiáng)制通風(fēng)冷卻30分鐘以使芯恢復(fù)至環(huán)境溫度。 打開才莫具，取出成型的芯。觀察芯中有無(wú)曲率區(qū)域中凹角大于180°的塌陷 的單元。在曲率區(qū)域中任一面上的塌陷的單元的總計(jì)數(shù)小于曲率區(qū)域中單元 總數(shù)的25%。
權(quán)利要求
1.制造蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，所述蜂窩結(jié)構(gòu)包括具有形成蜂窩結(jié)構(gòu)的面的邊緣的單元，所述面由多個(gè)點(diǎn)來(lái)限定并具有曲率區(qū)域，其中所述點(diǎn)中的至少兩個(gè)位于不同的切面內(nèi)，所述方法包括以下步驟a)沿粘合劑的平行線粘合多個(gè)片材，所述片材包含按所述壁中熱塑性材料和高模量纖維的總量計(jì)i)5至50重量份的具有120℃至350℃的熔點(diǎn)的熱塑性材料，以及ii)50至95重量份的具有600克/旦尼爾(550克/分特)或更高模量的高模量纖維；b)將所述粘合的片材沿垂直于所述片材的平面的方向拉分開，以形成具有單元的蜂窩結(jié)構(gòu)；c)加熱所述蜂窩結(jié)構(gòu)以軟化所述熱塑性材料；d)在具有曲率區(qū)域的模具中或模殼上彎曲、模制或成形所述蜂窩結(jié)構(gòu)；以及e)冷卻所述蜂窩結(jié)構(gòu)，以保持所述模具或模殼的曲率區(qū)域的形狀。
2 權(quán)利要求1的制造蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，其中所述高模量纖維以約60 至80重量份的量存在。
3 權(quán)利要求1的制造蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，其中所述熱塑性材料以20至 40重量份的量存在。
4 權(quán)利要求1的制造蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，所述方法還包括用樹脂浸漬所 述蜂窩結(jié)構(gòu)的步驟。
5 權(quán)利要求1的制造蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，其中所述高模量纖維包括聚對(duì) 苯二甲酰對(duì)苯二胺。
6 權(quán)利要求1的制造蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，其中所述高模量纖維選自芳族 聚酰胺纖維、碳纖維、聚苯并唑纖維、聚吡啶并唑纖維、以及它 們的混合物。
7 權(quán)利要求1的制造蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，其中所述熱塑性材料包括聚酉旨。
8. 由權(quán)利要求1的方法制造的蜂窩結(jié)構(gòu)，其中在所述冷卻步驟之后，所述曲率區(qū)域中少于25%的所述蜂窩結(jié)構(gòu)單元具有大于180度的 凹角。
9. 制造蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，所述蜂窩結(jié)構(gòu)包括具有形成所述蜂窩結(jié)構(gòu) 的面的邊緣的單元，所述面由多個(gè)點(diǎn)來(lái)限定并具有曲率區(qū)域，其 中所述點(diǎn)中的至少兩個(gè)位于不同的切面內(nèi)，所述方法包括以下步 驟a) 沿粘合劑的平行線粘合多個(gè)片材，所述片材包含按所述壁中熱 塑性材料和高模量纖維的總量計(jì)i) 5至50重量^f分的具有12(TC至35(TC的熔點(diǎn)的熱塑性材 料，以及ii) 50至95重量份的具有600克/旦尼爾(550克/分特)或更高模量的高模量纖維；b) 將所述粘合的片材沿垂直于所述片材的平面的方向拉分開，以形成具有單元的蜂窩結(jié)構(gòu)；c) 用熱固性樹脂浸漬所述蜂窩結(jié)構(gòu)；d) 加熱所述蜂窩結(jié)構(gòu)以固化所述熱固性樹脂；e) 將所述蜂窩結(jié)構(gòu)切割成片；f) 將所述蜂窩結(jié)構(gòu)片加熱至高于所述熱固性樹脂和所述熱塑性材 料二者軟化點(diǎn)的溫度；g) 在具有曲率區(qū)域的模具中或模殼上彎曲、模制或成形所述蜂窩 結(jié)構(gòu)片；以及h) 冷卻所述蜂窩結(jié)構(gòu)片，以基本上保持所述模具或^^莫?dú)さ那蕝^(qū) 域的形狀。
10. 權(quán)利要求9的制造蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，其中所述高模量纖維以約60至80重量份的量存在。
11. 權(quán)利要求9的制造蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，其中所述熱塑性材料以20至40重量份的量存在。
12. 權(quán)利要求9的制造蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，其中所述高模量纖維選自芳族聚酰胺纖維、碳纖維、聚苯并唑纖維、聚吡啶并唑纖維、以及它 們的混合物。
13. 權(quán)利要求9的制造蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，其中所述熱塑性材料選自聚 西旨、聚烯烴、聚酰胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚酰胺酰亞胺、聚醚 酰亞胺、聚苯石克醚、以及它們的混合物。
14. 由權(quán)利要求9的方法制造的蜂窩結(jié)構(gòu)，其中在所述冷卻步驟之后， 所述曲率區(qū)域中少于25%的所述蜂窩結(jié)構(gòu)單元具有大于180度的 凹角。
15. 制造蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，所述蜂窩結(jié)構(gòu)包括具有形成所述蜂窩結(jié)構(gòu) 的面的邊緣的單元，所述面由多個(gè)點(diǎn)來(lái)限定并且具有曲率區(qū)域， 其中所述點(diǎn)中的至少兩個(gè)位于不同的切面內(nèi)，所述方法包括以下 步驟a)沿粘合劑的平行線粘合多個(gè)片材，所述片材按所述壁中熱塑 性材料和高模量纖維的總量計(jì)包含i) 5至50重量份的具有12(TC至35(TC的熔點(diǎn)的熱塑性材 料，以及ii) 50至95重量份的具有600克/旦尼爾(550克/分特)或 更高模量的高模量纖維；以形成具有單元的蜂窩結(jié)構(gòu)；c) 用熱固性樹脂浸漬所述蜂窩結(jié)構(gòu)；d) 將所述蜂窩結(jié)構(gòu)加熱至B階段或部分地固化所述熱固性樹 脂；e) 將所述蜂窩結(jié)構(gòu)切割成片；f) 將所述蜂窩結(jié)構(gòu)片加熱至高于所述熱固性樹脂和所述熱塑性 材料二者軟化點(diǎn)的溫度；g) 在具有曲率區(qū)域的模具中或模殼上彎曲、模制或成形所述蜂 窩結(jié)構(gòu)片；h) 以足以固化所述熱固性樹脂的時(shí)間和溫度，將所述蜂窩結(jié)構(gòu) 片保持在所述模具中或;t莫?dú)ど希灰约癷)冷卻所述蜂窩結(jié)構(gòu)片，以基本上保留所述模具或;f莫?dú)さ那?區(qū)域的形狀。
16. 權(quán)利要求15的制造蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，其中所述高模量纖維以約60 至80重量份的量存在。
17. 權(quán)利要求15的制造蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，其中所述熱塑性材料以20至 40重量份的量存在。
18. 權(quán)利要求15的制造蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，其中所述高模量纖維選自芳 族聚酰胺纖維、碳纖維、聚苯并唑纖維、聚p比啶并唑纖維、以及 它們的混合物。
19. 權(quán)利要求15的制造蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，其中所述熱塑性材料選自聚 酯、聚烯烴、聚酰胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚酰胺酰亞胺、聚醚 酰亞胺、聚苯碌L醚、以及它們的混合物。
20. 由權(quán)利要求15的方法制造的蜂窩結(jié)構(gòu)，其中在所述冷卻步驟之 后，所述曲率區(qū)域中少于25%的所述蜂窩結(jié)構(gòu)單元具有大于180 度的凹角。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造蜂窩結(jié)構(gòu)的方法，所述蜂窩結(jié)構(gòu)包括具有形成所述蜂窩結(jié)構(gòu)的面的邊緣的單元，所述面由多個(gè)點(diǎn)來(lái)限定并具有曲率區(qū)域，其中所述點(diǎn)中的至少兩個(gè)位于不同的切面內(nèi)，所述方法包括以下步驟a)沿粘合劑的平行線粘合多個(gè)片材，按所述壁中熱塑性材料和高模量纖維的所述總量計(jì)，所述片材包含5至50重量份的具有120℃至350℃熔點(diǎn)的熱塑性材料以及50至95重量份的具有600克/旦尼爾(550克/分特)或更高模量的高模量纖維；b)將所述粘合的片材沿垂直于所述片材的平面的方向拉分開，以形成具有單元的蜂窩結(jié)構(gòu)；c)加熱所述蜂窩結(jié)構(gòu)以軟化所述熱塑性材料；d)在具有曲率區(qū)域的模具中或模殼上彎曲、模制或成形所述蜂窩結(jié)構(gòu)；以及e)冷卻所述蜂窩結(jié)構(gòu)，以保持所述模具或模殼的曲率區(qū)域的形狀。制造蜂窩結(jié)構(gòu)的其他方法包括使用樹脂浸漬、B階段化和/或固化所述蜂窩結(jié)構(gòu)的步驟。本發(fā)明還涉及該方法制造的成型蜂窩結(jié)構(gòu)，其中曲率區(qū)域中少于25％的所述蜂窩結(jié)構(gòu)單元具有大于180度的凹角。
文檔編號(hào)B29D99/00GK101557924SQ200780046172
公開日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2007年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月15日
發(fā)明者G·L·亨德倫, M·R·列維特, S·漢 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司