一種多孔橡膠填充波紋板復合材料及其制備方法
【專利摘要】本發明提供一種多孔橡膠填充波紋板復合材料的制備方法，首先使平整過的金屬板材形成波紋結構芯體；采用連接技術將波紋結構芯體與金屬板材面板連接制成波紋結構夾層板；根據波紋結構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的波紋結構夾層板并鑄工膠膠接，將波紋結構夾層板的孔全部插滿，固化，得到多孔橡膠填充波紋結構夾層板。本發明的制備方法制成的多孔橡膠填充波紋結構夾層板力學性能優異，且能吸能減振，是綜合性能更加優異的結構功能材料。
【專利說明】
一種多孔橡膠填充波紋板復合材料及其制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種復合材料及其制備方法，尤其是一種多孔橡膠填充波紋板復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]近些年來隨著材料制備以及機械加工技術的迅速發展，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，其微結構按規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，而后者包括二維點陣材料(如波紋結構)與三維桁架結構(如金字塔結構、四面體結構)。
[0003]目前，波紋夾層結構作為金屬類復合材料，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，能在相當寬的頻帶內起到抑制振動和噪聲的作用，被廣泛應用于阻尼減振結構，是控制結構及儀器設備振動、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構材料。
[0004]因此，一種減震效果好的工程結構材料顯得尤為重要，本發明將金屬材料和阻尼橡膠材料復合使用，達到二者的優勢互補，制備一種輕質、高強度的工程減振材料。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種輕質、高強度的多孔橡膠填充波紋板復合材料及其制備方法，解決了波紋夾層結構類工程結構材料減震效果不好的問題。
[0006]本發明的技術解決方案是:
[0007]提供一種多孔橡膠填充波紋板復合材料，其特別之處在于:包括金屬板材面板、波紋結構芯體和橡膠棒，所述波紋結構芯體位于兩塊金屬板材面板之間，形成波紋結構夾層板;所述橡膠棒的徑向方向上具有至少一個通孔，形成多孔橡膠;所述多孔橡膠橫截面形狀和波紋結構夾層板中孔的形狀相匹配，多孔橡膠位于波紋結構夾層板的孔中。
[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]上述波紋結構芯體的相對密度為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構芯體；
[0013]2)采用連接技術將波紋結構芯體與金屬板材面板連接制成波紋結構夾層板；
[0014]3)根據波紋結構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的波紋結構夾層板的孔中，并鑄工膠膠接，將波紋結構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]采用模壓折疊技術制備波紋結構芯體。
[0017]為了波紋結構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構芯體和金屬板材面板的步驟。
[0018]步驟2)所用的連接技術為釬焊、激光焊或環氧膠接技術。
[0019]為了提高橡膠生產效率及產品質量，步驟3)采用擠壓成型工藝制備多孔橡膠，其是膠料在擠壓機螺桿的擠壓下，通過所設計的不同截面形狀的橡膠棒的通孔的口型進行連續造型的工藝過程，通過該工藝即獲得擠壓成型的多孔橡膠試件。
[0020]本發明的有益效果是:
[0021]本發明所使用的波紋夾層結構，其制造成本低，力學性能優異，將橡膠材料作為工程結構材料，克服了其模量低，不能作為工程結構材料的缺點，且多孔橡膠材料，具有吸能減振的優勢，將二者復合，實現多功能的耦合，獲得綜合性能更加優異的結構功能材料。
【附圖說明】
[0022]圖1為波紋結構夾層板的結構示意圖；
[0023]圖2為實施例一和實施例三中多孔橡膠的結構示意圖；
[0024]圖3為多孔橡膠填充波紋夾層板的結構示意圖；
[0025]圖4為為實施例二中多孔橡膠結構示意圖；
[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自由衰減過程對比；
[0029]圖8鋁合金波紋板與多孔橡膠填充鋁合金波紋板振動自由衰減過程對比。
[0030]圖中附圖標記為:1_面板;2-波紋結構芯體;3-多孔橡膠1;4_多孔橡膠II。
【具體實施方式】
[0031 ]下面結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0032]如圖1和圖3所示是本發明復合材料的結構示意圖，將金屬板材制成波紋夾層結構，將其和橡膠復合，實現多功能的耦合，既具有多孔金屬材料質輕的特點又具有橡膠材料減振的性能，是一種輕質、高強度的工程減振材料。
[0033]實施例一:
[0034]I)首先將平整過的厚度為0.5-2mm，牌號為5083鋁合金板材采用模壓技術形成具有平臺結構的波紋結構芯體2，然后將波紋結構芯體2和面板I清洗去除油污和銹跡，采用鑄工膠膠接技術將波紋結構芯體2與面板I連接制成波紋結構夾層板，如圖1所示。
[0035]2)其次，如圖2所示，根據波紋結構夾層板中的孔的空間尺寸，通過所設計中空形狀的橡膠棒的通孔的口型進行連續造型的工藝過程，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制品分別塞入相應的波紋結構夾層板的孔中并鑄工膠膠接，將波紋結構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。其中波紋結構芯體的相對密度為I?10%，多孔橡膠13材料的壁厚為0.5-2mm。
[0037]實施例二:
[0038]I)首先將平整過的厚度為0.5-2mm，牌號為304的不銹鋼板材采用模壓技術形成具有平臺結構波紋芯體2，然后將波紋結構芯體2和面板I清洗去除油污和銹跡，采用釬焊技術將波紋芯體2與面板I連接制成波紋結構夾層板。
[0039]2)其次，如圖4所示，根據波紋結構夾層板中孔的空間尺寸，通過所設計不同截面形狀的橡膠棒的通孔的口型進行連續造型的工藝過程，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制品分別塞入相應的波紋結構夾層板的孔中并鑄工膠膠接，將波紋結構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。其中波紋結構芯體的相對密度為I?10%，多孔橡膠114材料的壁厚和筋厚為0.5-2mm。
[0041]實施例三:
[0042]I)首先將平整過的厚度為0.5-2mm，牌號為1060鋁板采用折疊技術形成具有平臺結構波紋結構芯體2，然后將波紋結構芯體2和面板I清洗去除油污和銹跡，采用鑄工膠膠接技術將波紋結構芯體2與面板I連接制成波紋結構夾層板。
[0043]2)其次，如圖2所示，根據波紋結構夾層板中孔的空間尺寸，通過所設計中空形狀橡膠棒通孔的口型進行連續造型的工藝過程，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制品分別塞入相應的波紋結構夾層板的孔中并鑄工膠膠接，將波紋結構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。其中波紋結構芯體的相對密度為I?10 %，多孔橡膠13材料的壁厚為0.5_2mm0
[0045]通過夾層結構的駐波管實驗對多孔橡膠填充波紋板的隔聲性能進行測試，采用的駐波管是B&K公司的4207，測試頻率范圍為50-1600HZ，測試試件的直徑必須為100mm。根據此要求，采用線切割先切割出直徑為10mm的面板與芯體，然后制備出試件進行測試，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，結果表明復合多孔橡膠后，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驗來測試多孔橡膠填充波紋板的減振性能，由圖7可知，在相同沖擊擾動條件下，多孔橡膠填充不銹鋼波紋板自由振動衰減過程明顯優于不銹鋼波紋板，這是由于金屬板振動時不斷拉伸、壓縮內部填充的橡膠材料，從而使橡膠材料不斷重復加載卸載過程，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發揮作用，因此在自由振動過程中填充橡膠的波紋板振動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構的復合特性起到了關鍵作用。
【主權項】
1.一種多孔橡膠填充波紋板復合材料，其特征在于:包括金屬板材面板、波紋結構芯體和橡膠棒，所述波紋結構芯體位于兩塊金屬板材面板之間，形成波紋結構夾層板;所述橡膠棒的徑向方向上具有至少一個通孔，形成多孔橡膠;所述多孔橡膠的橫截面形狀和波紋結構夾層板中孔的形狀相匹配，多孔橡膠位于波紋結構夾層板的孔中。2.根據權利要求1所述的多孔橡膠填充波紋板復合材料，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.根據權利要求1或2所述的多孔橡膠填充波紋板復合材料，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.根據權利要求1或2所述的多孔橡膠填充波紋板復合材料，其特征在于:所述波紋結構芯體的相對密度為I?1 %，多孔橡膠的壁厚為0.5-2mm。5.—種制備權利要求1中多孔橡膠填充波紋板復合材料的方法，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構芯體； 2)采用連接技術將波紋結構芯體與金屬板材面板連接制成波紋結構夾層板； 3)根據波紋結構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的波紋結構夾層板的孔中，并鑄工膠膠接，將波紋結構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.根據權利要求5所述的制備權利要求1中多孔橡膠填充波紋板復合材料的方法，其特征在于:步驟I)采用模壓折疊技術。7.根據權利要求5所述的制備權利要求1中多孔橡膠填充波紋板復合材料的方法，其特征在于:步驟I)和步驟2)之間還包括清洗波紋結構芯體和金屬板材面板的步驟。8.根據權利要求5所述的制備權利要求1中多孔橡膠填充波紋板復合材料的方法，其特征在于:步驟2)所用的連接技術為釬焊、激光焊或環氧膠接技術。9.根據權利要求5所述的制備權利要求1中多孔橡膠填充波紋板復合材料的方法，其特征在于:步驟3)采用擠壓成型工藝。
【文檔編號】B32B37/00GK105856666SQ201610200694
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月31日
【發明人】李斌潮, 李鋒, 鄧長華, 黃道瓊
【申請人】西安航天動力研究所