專利名稱：Pmi泡沫夾層結構的熱成型方法
技術領域：
本發明涉及一種PMI泡沫夾層結構的熱成型方法，尤其是用PMI泡沫夾層結構減輕高速列車、飛行器重量，降低行駛噪音，提高金屬面板或復合材料面板泡沫夾層構件的夾層強度和耐熱溫度的熱成型工藝方法。
背景技術：
公知技術中，為加強高速車輛、飛行器金屬面板夾層構件的剛度、強度，減輕重量，降低噪音，通常都要對它采用金屬或非金屬蜂窩夾層結構。紙蜂窩夾層結構雖然具有較好的曲面加工性能，但它的強度、剛度、耐熱性、隔音和阻燃性不如近年廣泛采用在飛機、高速磁浮列車的面板-夾心泡沫塑料。而目前普遍使用的PF、PU泡沫塑料芯材仍存在低強度、脆性的不足。隨著技術的發展，高強度、高韌性、高剛度、耐燃且可以加熱或機械加工成異型面的聚醚酰亞胺PEI或聚酯酰亞胺PMI泡沫塑料作為夾心材料的夾層結構應運而生。該聚酯酰亞胺PMI泡沫塑料(以下簡稱PMI泡沫)是目前強度和剛度最高的耐熱泡沫塑料，它在高溫下具有很高的抗蠕變性能，能夠承受190℃的共固化工藝對泡沫尺寸穩定性的要求，與樹脂之間具有良好的粘接性和各向同性，而且容易加工成型各種復雜的形狀，且不含氟里昂，防火性能能達到FAR25.8和AITM等標準，是可以取代蜂窩結構的新型芯材。其綜合性能十分突出，應用價值極高。但是聚酯酰亞胺PMI泡沫塑料作為一種熱固性高分子材料，本身不溶不熔，即使在在任何高溫下也不能融化，也不溶解于任何溶劑中，幾乎沒有軟化的可能。從而使得聚酯酰亞胺PMI泡沫塑料形成了只能熱成型曲度很小的產品的定式偏見。在膠接方面，還存在泡沫夾層與金屬內側接觸界面膠接強度，復合后氣泡如何順利排除的問題。為了解決聚酯酰亞胺PMI泡沫塑料存在的上述問題，目前能制造高速磁懸浮車輛的日本東日本鐵路公司、加拿大的Bombardier(龐巴迪公司)和德國的Adtranz公司對涉及機頭、裙板、車頂板、地板、側墻板的制造采用了比較先進的真空熱成型技術、真空袋/熱壓罐固化技術、真空輔助注射技術、整體纏繞技術、樹脂傳遞模塑(RTM)技術。這些技術都是采用泡沫軟化的條件下，利用真空吸塑成型專用設備成形產品和高溫高壓的粘接技術。成形的設備十分的高昂，而且復雜，工藝條件要求也極高。我國在PEI和PMI泡沫塑料的研制還處于摸索研究的初級階段，還沒有一個能夠滿足涉及金屬面板或復合材料面板與PMI泡沫夾層結構結合的成熟制造工藝和有關泡沫與金屬膠接技術的方法的尤其是超大型(尺寸達到5m×4m)的文獻報道和應用事例。
發明內容
本發明的目的是提供一種設備簡單，價格低廉，工藝條件要求不高，能夠熱成型一定曲度型面，無氣泡膠接的金屬面板或復合材料面板與PMI泡沫夾層結構結合的熱成型方法。
本發明提供的一種PMI泡沫夾層結構的熱成型方法，包括下列步驟(1).將PMI泡沫板放在曲面成型模上，表面放透氣氈，密封于真空袋中，然后放入烘箱或熱壓罐，加溫到170～210℃進行成型前軟化；(2).根據泡沫厚度保溫15分鐘以上，同時抽真空或加壓成形，待成形之后脫模取件，對厚度大的加外壓0.3MPa以下至少15分鐘后保壓降溫；(3).將表面處理好的金屬板或復合材料面板與成型好的PMI泡沫放入金屬或非金屬帶曲率型腔的工裝或膠接工裝，再用膠膜或膠粘劑鋪疊完成膠接；(4).用真空袋/熱壓罐或真空袋/烘箱進行固化成型。
本發明所述PMI泡沫板在烘箱或熱壓罐中進行的加溫軟化溫度最好是190℃～205℃，本發明所放入環氧樹脂膠膜或膠接工裝進行膠接的PMI泡沫可以是多層鋪疊完成復合材料面板或金屬面板與PMI泡沫板內側界面的膠接，再用真空袋/熱壓罐或真空袋/烘箱進行共固化成型。
本發明所述根據泡沫厚度保溫時間最好由經驗公式t≥15+δ(式中t保溫分鐘數，δ泡沫厚度(單位mm)經驗確定。
本發明所述的膠膜可以是環氧樹脂膠膜。
本發明對于超大型的夾芯PMI泡沫還可以通過拼接膠接加壓成形。
本發明所述的復合材料可以是玻璃纖維織物/不飽和聚酯或環氧樹脂復合材料混雜，也可以是玻璃鋼材料。
本發明相比于現有技術具有如下積極效果。
本發明采用烘箱或熱壓罐現有技術設備，將PMI泡沫板密封于真空袋加溫到170～210℃進行成型前軟化，尤其是190℃～205℃軟化溫度，恰到好處地避開了聚酯酰亞胺PMI泡沫塑料溫度過高易分解，溫度過低不軟化的缺陷。它不僅避免了只能用國外高昂設備才能成形產品的依賴，而且簡化了工藝，加快了產品的成形進程，縮短了生產周期，降低了成本，同時也克服了PMI泡沫只能熱成型曲度很小的產品的定式偏見。其中將PMI泡沫放入曲面成型模加壓成形的工藝步驟解決了較復雜型面的成形。用膠膜鋪疊完成膠接的方法解決了金屬面板與PMI泡沫板內側界面用粘膠劑膠接需排除氣泡的問題，膠接界面平整可靠，強度高。超大型的夾芯PMI泡沫通過拼接膠接加壓成形方法在國內率先解決了超大型復雜型面、高強度、高剛度、耐高溫、隔音好的磁浮車輛車體壁板的制造。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明作進一步的描述。
首先把PMI泡沫板放入模具，表面放透氣氈，密封在真空袋中，然后把PMI泡沫板放入烘箱或熱壓罐進行加溫，加溫至170～210℃使其軟化后，軟化的最佳溫度為190℃～205℃，根據泡沫厚度保溫時間的經驗公式t≥15+δ(t保溫分鐘數，δ泡沫厚度(單位mm)計算并憑借工作經驗確定保溫的時間，對20mm～40mm厚度的PMI泡沫板保溫的時間通常在30～60分鐘左右，同時對軟化后的PMI泡沫板抽真空或加壓，待成形之后脫模取出。對厚度大的PMI泡沫板可加外壓0.3MPa以下至少15分鐘后保壓降溫。然后在將氧化好的有色金屬板或鋁合金面板，或復合材料板與成型好的PMI泡沫放入金屬或非金屬有曲率型腔的工裝或膠接工裝，再用膠膜或膠粘劑鋪疊進行膠接。最后用真空袋/熱壓罐或真空袋/烘箱進行固化成。共固化膠接技術可借用復合材料的固化方法和使用膠接工裝。
放入膠模或膠接工裝進行膠接的PMI泡沫可以是采用多層鋪疊，在金屬面板與PMI泡沫板內側界面按技術要求進行膠接之后，再用真空袋/熱壓罐或真空袋/烘箱進行共固化成型。所述的膠膜可以是環氧樹脂膠膜。由于目前的PMI泡沫板的規格只有1.25m×2.5m。對于超大型的夾芯PMI泡沫，比如高速磁懸浮車輛最大尺寸約為12.2m×2.6m，曲率最大的車廂頂板；最長約25m，寬約0.8m的側壁板；形狀為R6.0m的柱體，可以通過對接拼接膠接真空或加壓成形。
綜上所述，PMI泡沫的熱成型是采用真空袋/烘箱或真空袋/熱壓罐成型技術，在PMI泡沫板表面放透氣氈、制真空袋，加溫到PMI成型軟化溫度(200～210℃)，根據泡沫厚度保溫30～60分鐘，保溫抽全真空、對厚度大的加外壓0.3MPa以下至少15分鐘后保壓降溫、脫模取件。
復合材料面板與PMI泡沫夾層復合結構的膠接可以采用復合材料共固化技術，使用膠接工裝、將鋪疊的復合材料面板與成型好的PMI泡沫、環氧樹脂復合膠膜或膠粘劑以及其它復合結構如嵌件鋪疊完成，真空袋/熱壓罐或真空袋/烘箱固化成型。
權利要求
1.一種PMI泡沫夾層結構的熱成型方法，包括下列步驟(1).將PMI泡沫板放在曲面成型模上，表面放透氣氈，密封于真空袋中，然后放入烘箱或熱壓罐，加溫到170～210℃進行成型前軟化；(2).根據泡沫厚度保溫15分鐘以上，同時抽真空或加壓成形，待成形之后脫模取件，對厚度大的加外壓0.3MPa以下至少15分鐘后保壓降溫；(3).將表面處理好的金屬板或復合材料面板與成型好的PMI泡沫放入金屬或非金屬帶曲率型腔的工裝或膠接工裝，再用膠膜或膠粘劑鋪疊完成膠接；(4).用真空袋/熱壓罐或真空袋/烘箱進行固化成型。
2.根據權利要求1所述的熱成型方法，其特征在于，所述PMI泡沫板在烘箱或熱壓罐中進行的加溫軟化溫度是190℃～205℃。
3.根據權利要求1或2所述的熱成型方法，其特征在于放入環氧樹脂膠膜或膠接工裝進行膠接的PMI泡沫可以是多層鋪疊完成復合材料面板或金屬面板與PMI泡沫板內側界面的膠接，再用真空袋/熱壓罐或真空袋/烘箱進行共固化成型。
4.根據權利要求1或2所述的熱成型方法，其特征在于所述根據泡沫厚度保溫時間最好由經驗公式t≥15+δ(式中t保溫分鐘數，δ泡沫厚度(單位mm)經驗確定。
5.根據權利要求1或2所述的熱成型方法，其特征在于膠膜是環氧樹脂膠膜。
6.根據權利要求1或2所述的熱成型方法，其特征在于對于超大型的夾芯PMI泡沫通過拼接膠接加壓成形。
7.根據權利要求1或2所述的熱成型方法，其特征在于所述的復合材料是玻璃纖維織物/不飽和聚酯或環氧樹脂復合材料混雜，也可以是玻璃鋼材料。
全文摘要
本發明公開了一種PMI泡沫夾層結構的熱成型方法。該方法主要包括采用真空袋/烘箱或真空袋/熱壓罐成型技術，在PMI泡沫板表面放透氣氈、制真空袋，加溫到PMI成型軟化溫度，根據泡沫厚度保溫30～60分鐘，保溫抽全真空、對厚度大的加外壓0.3MPa以下至少15分鐘后保壓降溫、脫模取件。本發明將PMI泡沫板密封于真空袋加溫到170～ 210℃進行成型前軟化，恰到好處地避開了聚酯酰亞胺PMI泡沫塑料溫度過高易分解，溫度過低不軟化的缺陷。它不僅避免了只能用國外高昂設備才能成形產品的依賴，而且簡化了工藝，加快了產品的成形進程，縮短了生產周期，降低了成本，同時也克服了PMI泡沫只能熱成型曲度很小的產品的定式偏見。
文檔編號B29C51/14GK1775507SQ20051002188
公開日2006年5月24日 申請日期2005年10月18日 優先權日2005年10月18日
發明者何凱, 羅輯, 趙寶福 申請人:成都飛機工業(集團)有限責任公司