一種多孔橡膠填充波紋板復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種多孔橡膠填充波紋板復(fù)合材料的制備方法，首先使平整過的金屬板材形成波紋結(jié)構(gòu)芯體；采用連接技術(shù)將波紋結(jié)構(gòu)芯體與金屬板材面板連接制成波紋結(jié)構(gòu)夾層板；根據(jù)波紋結(jié)構(gòu)夾層板中孔的空間尺寸，制作多孔橡膠；將各多孔橡膠分別塞入相應(yīng)的波紋結(jié)構(gòu)夾層板并鑄工膠膠接，將波紋結(jié)構(gòu)夾層板的孔全部插滿，固化，得到多孔橡膠填充波紋結(jié)構(gòu)夾層板。本發(fā)明的制備方法制成的多孔橡膠填充波紋結(jié)構(gòu)夾層板力學(xué)性能優(yōu)異，且能吸能減振，是綜合性能更加優(yōu)異的結(jié)構(gòu)功能材料。
【專利說明】
一種多孔橡膠填充波紋板復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料及其制備方法，尤其是一種多孔橡膠填充波紋板復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來隨著材料制備以及機(jī)械加工技術(shù)的迅速發(fā)展，超輕多孔金屬材料成為一類新穎的多功能材料。該類材料的芯體具有高孔隙率，其微結(jié)構(gòu)按規(guī)則程度可分為無序和有序兩大類，前者包括閉孔泡沫鋁材料，而后者包括二維點(diǎn)陣材料(如波紋結(jié)構(gòu))與三維桁架結(jié)構(gòu)(如金字塔結(jié)構(gòu)、四面體結(jié)構(gòu))。
[0003]目前，波紋夾層結(jié)構(gòu)作為金屬類復(fù)合材料，由于其自身阻尼較小，沒有損耗能量的途徑，所以其在減振方面有天生的缺陷。而阻尼橡膠材料具有高阻尼特性，能在相當(dāng)寬的頻帶內(nèi)起到抑制振動(dòng)和噪聲的作用，被廣泛應(yīng)用于阻尼減振結(jié)構(gòu)，是控制結(jié)構(gòu)及儀器設(shè)備振動(dòng)、沖擊和噪聲的有效手段。但是橡膠材料由于模量較低，一般不能成為工程中的結(jié)構(gòu)材料。
[0004]因此，一種減震效果好的工程結(jié)構(gòu)材料顯得尤為重要，本發(fā)明將金屬材料和阻尼橡膠材料復(fù)合使用，達(dá)到二者的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，制備一種輕質(zhì)、高強(qiáng)度的工程減振材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種輕質(zhì)、高強(qiáng)度的多孔橡膠填充波紋板復(fù)合材料及其制備方法，解決了波紋夾層結(jié)構(gòu)類工程結(jié)構(gòu)材料減震效果不好的問題。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0007]提供一種多孔橡膠填充波紋板復(fù)合材料，其特別之處在于:包括金屬板材面板、波紋結(jié)構(gòu)芯體和橡膠棒，所述波紋結(jié)構(gòu)芯體位于兩塊金屬板材面板之間，形成波紋結(jié)構(gòu)夾層板;所述橡膠棒的徑向方向上具有至少一個(gè)通孔，形成多孔橡膠;所述多孔橡膠橫截面形狀和波紋結(jié)構(gòu)夾層板中孔的形狀相匹配，多孔橡膠位于波紋結(jié)構(gòu)夾層板的孔中。
[0008]上述的金屬板材為碳鋼鋼板、不銹鋼板、鋁板或鈦板。
[0009 ]上述的橡膠棒的材料為三元乙丙合成橡膠。
[0010]上述波紋結(jié)構(gòu)芯體的相對(duì)密度為I?10%，多孔橡膠的壁厚為0.5-2mm。
[0011 ]提供一種制備上述多孔橡膠填充波紋板復(fù)合材料的方法，其特別之處在于:包括以下步驟:
[0012]I)將平整過的金屬板材制成波紋結(jié)構(gòu)芯體；
[0013]2)采用連接技術(shù)將波紋結(jié)構(gòu)芯體與金屬板材面板連接制成波紋結(jié)構(gòu)夾層板；
[0014]3)根據(jù)波紋結(jié)構(gòu)夾層板中孔的空間尺寸，制作多孔橡膠；
[0015]4)將各多孔橡膠分別塞入相應(yīng)的波紋結(jié)構(gòu)夾層板的孔中，并鑄工膠膠接，將波紋結(jié)構(gòu)夾層板的孔全部插滿，靜置或者在烘箱中加熱至40?60°C固化。
[0016]采用模壓折疊技術(shù)制備波紋結(jié)構(gòu)芯體。
[0017]為了波紋結(jié)構(gòu)芯體和金屬板材面板連接牢固，上述步驟I)和步驟2)之間還包括清洗波紋結(jié)構(gòu)芯體和金屬板材面板的步驟。
[0018]步驟2)所用的連接技術(shù)為釬焊、激光焊或環(huán)氧膠接技術(shù)。
[0019]為了提高橡膠生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量，步驟3)采用擠壓成型工藝制備多孔橡膠，其是膠料在擠壓機(jī)螺桿的擠壓下，通過所設(shè)計(jì)的不同截面形狀的橡膠棒的通孔的口型進(jìn)行連續(xù)造型的工藝過程，通過該工藝即獲得擠壓成型的多孔橡膠試件。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:
[0021]本發(fā)明所使用的波紋夾層結(jié)構(gòu)，其制造成本低，力學(xué)性能優(yōu)異，將橡膠材料作為工程結(jié)構(gòu)材料，克服了其模量低，不能作為工程結(jié)構(gòu)材料的缺點(diǎn)，且多孔橡膠材料，具有吸能減振的優(yōu)勢(shì)，將二者復(fù)合，實(shí)現(xiàn)多功能的耦合，獲得綜合性能更加優(yōu)異的結(jié)構(gòu)功能材料。
【附圖說明】
[0022]圖1為波紋結(jié)構(gòu)夾層板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為實(shí)施例一和實(shí)施例三中多孔橡膠的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為多孔橡膠填充波紋夾層板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4為為實(shí)施例二中多孔橡膠結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖5為多孔橡膠填充不銹鋼波紋板試件隔聲性能曲線；
[0027]圖6為多孔橡膠填充鋁合金波紋板試件隔聲性能曲線；
[0028]圖7不銹鋼波紋板與多孔橡膠填充不銹鋼波紋板振動(dòng)自由衰減過程對(duì)比；
[0029]圖8鋁合金波紋板與多孔橡膠填充鋁合金波紋板振動(dòng)自由衰減過程對(duì)比。
[0030]圖中附圖標(biāo)記為:1_面板;2-波紋結(jié)構(gòu)芯體;3-多孔橡膠1;4_多孔橡膠II。
【具體實(shí)施方式】
[0031 ]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0032]如圖1和圖3所示是本發(fā)明復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)示意圖，將金屬板材制成波紋夾層結(jié)構(gòu)，將其和橡膠復(fù)合，實(shí)現(xiàn)多功能的耦合，既具有多孔金屬材料質(zhì)輕的特點(diǎn)又具有橡膠材料減振的性能，是一種輕質(zhì)、高強(qiáng)度的工程減振材料。
[0033]實(shí)施例一:
[0034]I)首先將平整過的厚度為0.5-2mm，牌號(hào)為5083鋁合金板材采用模壓技術(shù)形成具有平臺(tái)結(jié)構(gòu)的波紋結(jié)構(gòu)芯體2，然后將波紋結(jié)構(gòu)芯體2和面板I清洗去除油污和銹跡，采用鑄工膠膠接技術(shù)將波紋結(jié)構(gòu)芯體2與面板I連接制成波紋結(jié)構(gòu)夾層板，如圖1所示。
[0035]2)其次，如圖2所示，根據(jù)波紋結(jié)構(gòu)夾層板中的孔的空間尺寸，通過所設(shè)計(jì)中空形狀的橡膠棒的通孔的口型進(jìn)行連續(xù)造型的工藝過程，采用擠壓成型工藝制作多孔橡膠13。
[0036]3)最后，將各多孔橡膠13制品分別塞入相應(yīng)的波紋結(jié)構(gòu)夾層板的孔中并鑄工膠膠接，將波紋結(jié)構(gòu)夾層板的孔全部插滿，靜置或者在烘箱中加熱至40?60°C固化，即可獲得多孔橡膠填充波紋板試件，參見圖3。其中波紋結(jié)構(gòu)芯體的相對(duì)密度為I?10%，多孔橡膠13材料的壁厚為0.5-2mm。
[0037]實(shí)施例二:
[0038]I)首先將平整過的厚度為0.5-2mm，牌號(hào)為304的不銹鋼板材采用模壓技術(shù)形成具有平臺(tái)結(jié)構(gòu)波紋芯體2，然后將波紋結(jié)構(gòu)芯體2和面板I清洗去除油污和銹跡，采用釬焊技術(shù)將波紋芯體2與面板I連接制成波紋結(jié)構(gòu)夾層板。
[0039]2)其次，如圖4所示，根據(jù)波紋結(jié)構(gòu)夾層板中孔的空間尺寸，通過所設(shè)計(jì)不同截面形狀的橡膠棒的通孔的口型進(jìn)行連續(xù)造型的工藝過程，采用擠壓成型工藝制作多孔橡膠114。
[0040]3)最后，將各多孔橡膠114制品分別塞入相應(yīng)的波紋結(jié)構(gòu)夾層板的孔中并鑄工膠膠接，將波紋結(jié)構(gòu)夾層板的孔全部插滿，靜置或者在烘箱中加熱至40?60°C固化，即可獲得多孔橡膠填充波紋板試件。其中波紋結(jié)構(gòu)芯體的相對(duì)密度為I?10%，多孔橡膠114材料的壁厚和筋厚為0.5-2mm。
[0041]實(shí)施例三:
[0042]I)首先將平整過的厚度為0.5-2mm，牌號(hào)為1060鋁板采用折疊技術(shù)形成具有平臺(tái)結(jié)構(gòu)波紋結(jié)構(gòu)芯體2，然后將波紋結(jié)構(gòu)芯體2和面板I清洗去除油污和銹跡，采用鑄工膠膠接技術(shù)將波紋結(jié)構(gòu)芯體2與面板I連接制成波紋結(jié)構(gòu)夾層板。
[0043]2)其次，如圖2所示，根據(jù)波紋結(jié)構(gòu)夾層板中孔的空間尺寸，通過所設(shè)計(jì)中空形狀橡膠棒通孔的口型進(jìn)行連續(xù)造型的工藝過程，采用擠壓成型工藝制作多孔橡膠13。
[0044]3)最后，將各多孔橡膠13制品分別塞入相應(yīng)的波紋結(jié)構(gòu)夾層板的孔中并鑄工膠膠接，將波紋結(jié)構(gòu)夾層板的孔全部插滿，靜置或者在烘箱中加熱至40?60°C固化，即可獲得多孔橡膠填充波紋板試件。其中波紋結(jié)構(gòu)芯體的相對(duì)密度為I?10 %，多孔橡膠13材料的壁厚為0.5_2mm0
[0045]通過夾層結(jié)構(gòu)的駐波管實(shí)驗(yàn)對(duì)多孔橡膠填充波紋板的隔聲性能進(jìn)行測(cè)試，采用的駐波管是B&K公司的4207，測(cè)試頻率范圍為50-1600HZ，測(cè)試試件的直徑必須為100mm。根據(jù)此要求，采用線切割先切割出直徑為10mm的面板與芯體，然后制備出試件進(jìn)行測(cè)試，如圖5所示，為多孔橡膠填充不銹鋼波紋板試件隔聲性能曲線，圖6為多孔橡膠填充鋁合金波紋板試件隔聲性能曲線，結(jié)果表明復(fù)合多孔橡膠后，其隔聲性能均提高1dB以上，其中多孔橡膠填充不銹鋼波紋板試件的隔聲性能提高更顯著一些，如果考慮質(zhì)量的因素，多孔橡膠填充鋁合金波紋板試件隔聲性能更佳。
[0046]通過正弦掃頻和沖擊實(shí)驗(yàn)來測(cè)試多孔橡膠填充波紋板的減振性能，由圖7可知，在相同沖擊擾動(dòng)條件下，多孔橡膠填充不銹鋼波紋板自由振動(dòng)衰減過程明顯優(yōu)于不銹鋼波紋板，這是由于金屬板振動(dòng)時(shí)不斷拉伸、壓縮內(nèi)部填充的橡膠材料，從而使橡膠材料不斷重復(fù)加載卸載過程，正是由于橡膠材料在加卸載過程中的滯回特性，使其在加卸載過程中阻尼持續(xù)發(fā)揮作用，因此在自由振動(dòng)過程中填充橡膠的波紋板振動(dòng)幅值明顯小于未填充橡膠波紋板。由圖8可知，鋁合金波紋板與多孔橡膠填充鋁合金波紋板具有類似差異，究其原因亦是由于橡膠材料阻尼特性與波紋板結(jié)構(gòu)的復(fù)合特性起到了關(guān)鍵作用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多孔橡膠填充波紋板復(fù)合材料，其特征在于:包括金屬板材面板、波紋結(jié)構(gòu)芯體和橡膠棒，所述波紋結(jié)構(gòu)芯體位于兩塊金屬板材面板之間，形成波紋結(jié)構(gòu)夾層板;所述橡膠棒的徑向方向上具有至少一個(gè)通孔，形成多孔橡膠;所述多孔橡膠的橫截面形狀和波紋結(jié)構(gòu)夾層板中孔的形狀相匹配，多孔橡膠位于波紋結(jié)構(gòu)夾層板的孔中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔橡膠填充波紋板復(fù)合材料，其特征在于:所述的金屬板材面板為碳鋼鋼板、不銹鋼板、鋁板或鈦板。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多孔橡膠填充波紋板復(fù)合材料，其特征在于:所述的多孔橡膠的材料為三元乙丙合成橡膠。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多孔橡膠填充波紋板復(fù)合材料，其特征在于:所述波紋結(jié)構(gòu)芯體的相對(duì)密度為I?1 %，多孔橡膠的壁厚為0.5-2mm。5.—種制備權(quán)利要求1中多孔橡膠填充波紋板復(fù)合材料的方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)將平整過的金屬板材制成波紋結(jié)構(gòu)芯體； 2)采用連接技術(shù)將波紋結(jié)構(gòu)芯體與金屬板材面板連接制成波紋結(jié)構(gòu)夾層板； 3)根據(jù)波紋結(jié)構(gòu)夾層板中孔的空間尺寸，制作多孔橡膠； 4)將各多孔橡膠分別塞入相應(yīng)的波紋結(jié)構(gòu)夾層板的孔中，并鑄工膠膠接，將波紋結(jié)構(gòu)夾層板的孔全部插滿，靜置或者在烘箱中加熱至40?60°C固化。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備權(quán)利要求1中多孔橡膠填充波紋板復(fù)合材料的方法，其特征在于:步驟I)采用模壓折疊技術(shù)。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備權(quán)利要求1中多孔橡膠填充波紋板復(fù)合材料的方法，其特征在于:步驟I)和步驟2)之間還包括清洗波紋結(jié)構(gòu)芯體和金屬板材面板的步驟。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備權(quán)利要求1中多孔橡膠填充波紋板復(fù)合材料的方法，其特征在于:步驟2)所用的連接技術(shù)為釬焊、激光焊或環(huán)氧膠接技術(shù)。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備權(quán)利要求1中多孔橡膠填充波紋板復(fù)合材料的方法，其特征在于:步驟3)采用擠壓成型工藝。
【文檔編號(hào)】B32B37/00GK105856666SQ201610200694
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月31日
【發(fā)明人】李斌潮, 李鋒, 鄧長(zhǎng)華, 黃道瓊
【申請(qǐng)人】西安航天動(dòng)力研究所