一種多孔吸音結構復合材料的制備方法
【專利摘要】一種多孔吸音結構復合材料的制備方法。將3～5層預編織的高性能纖維布疊層放置，每一層層間分別由3D打印機用蠟材、PLA環保材料等在高性能纖維布上打印出10～40根相互平行的三維直管道，相鄰兩層間的管道位置呈空間正交。管道直徑為1mm～3mm，相鄰兩層預制管道中心線之間的距離為2mm～4mm。注射環氧樹脂，采用模壓工藝成型后置于烘箱中，在40℃～200℃溫度范圍內進行加熱至3D打印管道材料揮發或熔化完全后得到多孔吸音結構復合材料。多孔吸音結構復合材料制備過程中使用的3D打印機打印速度快、精度高、性能穩定，使用受熱易會揮發或熔化的打印材料，大大簡化了貫通孔洞的制備工藝且價格低廉；制得的產品集結構材料和吸聲性能于一體，簡化施工工藝，降低成本，同時具備吸音效果優、耐腐蝕、環保、重量輕、強度高、產品尺寸穩定性高等優異的性能。
【專利說明】一種多孔吸音結構復合材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種復合材料的制備方法，特別是涉及一種多孔吸音結構復合材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著科技和現代工業的發展，噪聲污染已成為世界性難題。同時，隨著環保意識的增強，人們對聲音環境的要求也越來越高。吸聲降噪逐漸演變成為一個有關高科技、環境以及人類協調發展急需解決的重要課題，如列車高速化所產生的噪聲與振動的吸收和隔離等，尤其是潛艇的“隱聲”技術，由于潛艇的特征是隱蔽、突襲，在現代反潛技術高度發展的時代，潛艇是否具備良好的隱身性能至關重要，現代戰場上的主要矛盾已經從“打擊”和“抗打擊”逐步向“發現”和“抗發現”轉化，消聲技術的發展是提高潛艇戰斗力和生存能力的最有效措施之一。
[0003]申請號為200510048987.5的中國專利中公開了一種柔性隔聲材料及其制備方法。它選用纖維織物，用化學施鍍的方法在纖維織物的表面復合一層具有消聲抗振功能的鐵鎳合金層，使其成為表面金屬化的纖維織物層，將其放入專用模具中，然后將高分子材料注入專用模具內，與金屬化的纖維織物進行復合，然后放入烘箱內烘干后即得柔性隔聲材料；具有柔軟性好、易加工、隔聲效果好、重量輕、制造成本低、力學性能良好的優點。
[0004]申請號為200710030504.8的中國專利中公開了一種高性能吸音材料及其制備方法。其中吸音材料每IOmm厚度是由3?8層10g/m2的丙綸紡粘布和夾在丙綸紡粘布之間的立體網狀混合短纖維層構成；制備方法包括原料準備、短纖維開松、混合梳理、混合鋪網、加熱成型、冷壓定型、收卷存放七個過程，具有原來源廣、制造方便、吸音效果好、價格較低等優點。
[0005]申請號為201210521776.9的中國專利中公開了一種吸音隔音復合材料的制備方法。該方法對不同直徑和長度的玄武巖纖維分別通過堿、酸和偶聯劑溶液對纖維表面進行處理，增加纖維表面的親和力；按比例制備PVC粘結劑；將表面處理后的玄武巖纖維與PVC粘結劑混合后放入模具中，并加熱烘干，成型后冷卻；具有易成型、成本低、污染小的優點。
[0006]然而現實中的吸聲功能材料并不理想，不是降噪效果差就是顯得過于笨重，滿足不了現代人們的需求。目前吸音隔音材料主要從單一材料到復合材料，單層到多層夾心式的方向發展，在改善聲學性能的同時盡量地減少重量和厚度。上述專利中所提到的消聲材料都利用了多孔材料的吸聲特性，僅僅作為單一的吸聲層，在實際使用過程中需要依賴結構材料來承載外力，易出現吸聲層剝離失效的現象以及由于增加的工藝環節而帶來的高成本；另一方面，現有的多孔材料多是泡沫金屬、泡沫玻璃、泡沫塑料等經發泡處理后在材料內部形成大量的氣泡，孔隙的大小、數量和排布不能很好的控制，由此帶來材料吸聲性能的不穩定；泡沫金屬如泡沫鎳的制備更是有著工藝復雜、成型困難的缺點。因此，探索一種集外殼結構與吸聲功能于一體且成型容易的多孔吸音結構復合材料成為現今的一個研究熱點。
【發明內容】
[0007]本發明旨在克服現有吸音材料制備技術的不足，提供了一種多孔吸音結構復合材料的制備方法。該方法制得的吸音結構復合材料集外殼結構與吸聲功能于一體，具有振動阻尼性能好、浮力增加、磁信號降低、成型容易等一系列優點，可應用于未來水下目標隱聲結構的發展。
[0008]本發明所述的一種多孔吸音結構復合材料的制備方法，其特征在于包括下述順序的步驟:
[0009](I)清理模具，涂脫模劑；
[0010](2)將3?5層預編織的高性能纖維布疊層放置，每一層層間分別由3D打印機用蠟材、PLA環保材料等在面積為210mmX 297mm的高性能纖維布上打印出10?40根相互平行的三維直管道，相鄰兩層間的管道位置呈空間正交。管道直徑為Imm?3mm，相鄰兩層預制管道中心線之間的距離為2mm?4mm ;
[0011](3)將預制件置于模具中，合模固定，注射環氧樹脂，采用模壓工藝成型；
[0012](4)固化脫模，修整制得的高性能纖維增強環氧樹脂基復合材料；
[0013](5)將制品置于烘箱中，在40°C?200°C溫度范圍內進行加熱；
[0014](6) 一定時間后取出制品得到一塊A4紙大小的多孔吸音結構復合材料。
[0015]3D打印時，首先在電腦中完成三維直管道的編程，在電腦的三維數據圖像的控制下，從打印機不同的噴頭一層層交替噴出液態材料和液體黏合劑，在機械噴頭指定的位置迅速混合固化，一層一層疊加成型，每一層厚度為0.01mm。
[0016]當打印材料為蠟材時，打印機內部另設置一冷室，冷室內裝有液態二氧化碳，打印時，噴頭噴出的液態蠟經不同噴頭交替噴出的液態二氧化碳冷卻后迅速固化，一層一層疊加成型。
[0017]本發明的主要優點是:①集結構材料和吸聲性能于一體,簡化施工工藝，降低成本；②吸音效果優、耐腐蝕、環保、重量輕、強度高、產品尺寸穩定性高；③比起制備工藝復雜的泡沫金屬吸聲材料，本發明中通孔的制備簡單便易，且孔洞尺寸精度高、分布均勻；④3D打印機打印速度快、精度高、性能穩定、使用方便，其使用的打印材料價格低廉逾使用受熱易揮發或熔化的打印材料，使得打印出的三維管道在隨后的加熱過程中能夠迅速揮發或熔化，留下通孔，大大簡化了貫通孔洞的制備工藝；⑥模壓成型工藝生產效率高、成本低、無需輔助加工。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明的外觀示意圖
[0019]圖示10為高性能纖維增強環氧樹脂基復合材料；20為通孔
[0020]圖2為單層到多層預編織的高性能纖維布與3D打印管道的鋪層示意圖
[0021]圖示11為3D打印管道；圖12為預編織的高性能纖維布
【具體實施方式】
[0022]下面結合具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定。
[0023]實施例1
[0024](I)清理模具，涂脫模劑；
[0025](2)將3層預編織的含量為40%的玻璃纖維布疊層放置，每一層層間分別由3D打印機用蠟材在面積為210mmX297mm的高性能纖維布上打印出10根相互平行的三維直管道，相鄰兩層間的管道位置呈空間正交，管道直徑為3mm，相鄰兩層預制管道中心線之間的距離為4_ ；
[0026](3)將預制件置于模具中，合模固定，注射環氧樹脂，采用模壓工藝成型；
[0027](4)固化脫模，修整制得的玻璃纖維增強環氧樹脂基復合材料；
[0028](5)將制品置于烘箱中，在40°C溫度下進行加熱；
[0029](6)45min后取出制品得到一塊A4紙大小的多孔吸音結構復合材料。
[0030]實施例2
[0031](I)清理模具，涂脫模劑；
[0032](2))將含量為15%的碳纖維和含量35%的玻璃纖維進行預編織后疊層放置，共5層，每一層層間分別由3D打印機用PLA環保材料在面積為210mmX 297mm的高性能纖維布上打印出40根相互平行的三維直管道，相鄰兩層間的管道位置呈空間正交，管道直徑為1mm，相鄰兩層預制管道中心線之間的距離為2mm ；
[0033](3)將預制件置于模具中，合模固定，注射環氧樹脂，采用模壓工藝成型；
[0034](4)固化脫模，修整制得的高性能纖維增強環氧樹脂基復合材料；
[0035](5)將制品置于烘箱中，在180°C溫度下進行加熱；
[0036](6)40min后取出制品得到一塊A4紙大小的多孔吸音結構復合材料。
[0037]上述僅為本發明的兩個【具體實施方式】，但本發明的設計構思并不局限于此，凡利用此構思對本發明進行非實質性的改動，均應屬于侵犯本發明保護的范圍的行為。但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何形式的簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發明技術方案的保護范圍。
【權利要求】
1.一種多孔吸音結構復合材料的制備方法，其特征在于包括下述順序的步驟: (1)清理模具，涂脫模劑； (2)將3?5層預編織的高性能纖維布疊層放置，每一層層間分別由3D打印機用蠟材、PLA環保材料等在面積為210mmX 297mm的高性能纖維布上打印出10?40根相互平行的三維直管道，相鄰兩層間的管道位置呈空間正交；管道直徑為Imm?3mm，相鄰兩層預制管道中心線之間的距離為2mm?4mm ; (3)將預制件置于模具中，合模固定，注射環氧樹脂，采用模壓工藝成型； (4)固化脫模，修整制得的高性能纖維增強環氧樹脂基復合材料； (5)將制品置于烘箱中，在40°C?200°C溫度范圍內進行加熱； (6)一定時間后取出制品得到一塊A4紙大小的多孔吸音結構復合材料。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述的3D打印指首先在電腦中完成三維直管道的編程，在電腦的三維數據圖像的控制下，從打印機不同的噴頭一層層交替噴出液態材料和液體黏合劑，在機械噴頭指定的位置迅速混合固化，一層一層疊加成型，每一層厚度為0.01mm。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述的3D打印機用蠟材打印時，打印機內部另設置一冷室，冷室內裝有液態二氧化碳，打印時，噴頭噴出的液態蠟經不同噴頭交替噴出的液態二氧化碳冷卻后迅速固化，一層一層疊加成型。
【文檔編號】B29C70/34GK103722749SQ201310203792
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年5月28日 優先權日:2013年5月28日
【發明者】陳照峰, 王璐 申請人:太倉派歐技術咨詢服務有限公司