用于芯材的孔形呈平行四边形的多孔结构和夹芯结构的制作方法

1.本实用新型涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种用于芯材的孔形呈平行四边形的多孔结构和夹芯结构。


背景技术：

2.夹芯结构用芯材，主要由芳族聚酰胺纸、铝箔、玻璃纤维布、碳纤维布、不锈钢箔、高温合金箔、牛皮纸等非金属材料或金属材料之一制成。其中，以芳族聚酰胺纸为主要材料制成的六边形蜂窝芯材(如图1所示)是目前研发的热点，六边形蜂窝芯材具有轻质、高强、高模、阻燃、耐高温、低介电损耗等众多优点，已经广泛应用于航空航天领域和其他多个民用领域中。
3.本实用新型涉及一种新型结构的芯材。


技术实现要素：

4.(一)要解决的技术问题
5.鉴于上述技术中存在的问题，本实用新型至少从一定程度上进行解决。为此，本实用新型的第一个目的在于提出一种用于芯材的孔形呈平行四边形的多孔结构，结构简单，孔格尺寸小、有利于夹层结构的共固化制造。
6.本实用新型的第二个目的在于提出一种应用上述多孔结构的夹芯结构。
7.(二)技术方案
8.为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：
9.一方面，本实用新型提供一种用于芯材的孔形呈平行四边形的多孔结构，该多孔结构由多个同一类型的孔格单元无间隙排列组成；孔格单元包括两个相向设置的第一类单元壁和两个相向设置的第二类单元壁，两个第一类单元壁之间通过两个第二类单元壁连接，共同围绕形成孔形呈平行四边形的孔格单元。
10.可选地，第一类单元壁和第二类单元壁均是相邻孔格单元共有的壁。
11.可选地，第一类单元壁与第二类单元壁之间形成的夹角为10～90
°
。
12.可选地，第一类单元壁与第二类单元壁之间形成的夹角为50～70
°
。
13.可选地，孔格单元的孔形呈菱形。
14.可选地，第一类单元壁的宽度和第二类单元壁的宽度为0.5～20mm。
15.可选地，第一类单元壁的宽度和第二类单元壁的宽度为0.5～5mm。
16.可选地，多孔结构由多层弯折薄板堆叠形成；每一层弯折薄板由多个同一类型的折叠单元依次相连而成，折叠单元包括依次相连的第一板部和第二板部，第一板部的形状与2个以上依次相连的第一类单元壁的形状相同，第二板部的形状与1个第二类单元壁的形状相同；相邻两个弯折薄板之间围绕形成孔格单元，相邻两个弯折薄板之间的贴合部位通过连接结构连接。
17.可选地，第一类单元壁由2层以上薄板材料堆叠形成。
18.另一方面，本实用新型提供一种用于复合材料的夹芯结构，包括如上所述的用于芯材的孔形呈平行四边形的多孔结构和覆盖于多孔结构的面板。
19.(三)有益效果
20.本实用新型的有益效果是：
21.1、本实用新型提出的芯材，具有轻质、高强、高模、阻燃、耐高温、低介电损耗的优点，可替代传统六边形孔格蜂窝芯材，应用于航空航天领域和船舶、高速铁路等民用领域中；并且，本实施例提出的芯材只由一种类型的孔格单元组成，该孔格单元为平行四边形，结构简单，为简单、成本低廉的芯材制备工艺的提出创造条件；而且，本实施例提出的芯材，同样边长的情况下，孔格尺寸更小、有利于三明治夹层结构的共固化制造，芯材的l方向强度可无限加大，增加了芯材强度的可设计性。
22.2、本实用新型提出的芯材的制备方法，首先通过堆叠多张薄板材料，在相邻薄板材料之间进行粘接，形成叠层板，然后对叠层板进行展开操作，即可制备获得芯材，工艺简单、制备迅速，可大批量生产，并且成本非常低。
附图说明
23.本实用新型借助于以下附图进行描述：
24.图1是现有技术中六边形蜂窝芯材的结构示意图；
25.图2是本实用新型实施例2中单面涂布粘合剂线条的薄板材料堆叠形成的第一种形式叠层板的结构示意图；
26.图3是本实用新型实施例2中单面涂布粘合剂线条的薄板材料堆叠形成的第二种形式叠层板的结构示意图；
27.图4是本实用新型实施例2中双面涂布粘合剂线条的薄板材料与不涂布粘合剂线条的薄板材料交替堆叠形成的叠层板的结构示意图；
28.图5是图2至图4中任一幅示出的叠层板展开形成的菱形孔格芯材的结构示意图，其中描粗的线条示出了一个弯折薄板和一个折叠单元；
29.图6是本实用新型实施例3中单面涂布粘合剂线条的薄板材料堆叠形成的第一种形式叠层板的结构示意图，其中，粘合剂线条的重合部位的宽度为一个第一类单元壁的宽度；
30.图7是本实用新型实施例3中单面涂布粘合剂线条的薄板材料堆叠形成的第二种形式叠层板的结构示意图，其中，粘合剂线条的重合部位的宽度为一个第一类单元壁的宽度；
31.图8是本实用新型实施例3中双面涂布粘合剂线条的薄板材料与不涂布粘合剂线条的薄板材料交替堆叠形成的叠层板的结构示意图，其中，粘合剂线条的重合部位的宽度为一个第一类单元壁的宽度；
32.图9是图6至图8中任一幅示出的叠层板展开形成的菱形孔格芯材的结构示意图，其中描粗的线条示出了一个单层薄板和一个折叠单元。
33.【附图标记说明】
34.1：孔格单元；
35.11：第一类单元壁；12：第二类单元壁；
36.2：薄板材料；
37.4：粘合剂线条；41：粘合剂线条的第一端端部；42：粘合剂线条的第二端端部；
38.5：单层薄板；
39.51：折叠单元。
具体实施方式
40.为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。需要说明的是，本文中提到的“l方向”为芯材条带方向，“w方向”为芯材展开方向，“t方向”为芯材厚度方向，这3个方向以图1、图5和图9的定向为参照，这3个方向相互垂直。
41.实施例1
42.如图5和图9所示，本实施例提供一种芯材，该芯材由多个同一类型的孔格单元1无间隙排列组成，其中，孔格单元1为芯材中形成闭合结构的最小重复单元。该孔格单元1包括两个相向设置的第一类单元壁11和两个相向设置的第二类单元壁12，两个第一类单元壁11之间通过两个第二类单元壁12连接，共同围绕形成孔形呈平行四边形的孔格单元1。
43.如此设置的芯材，具有轻质、高强、高模、阻燃、耐高温、低介电损耗的优点，可替代传统六边形孔格蜂窝芯材，应用于航空航天领域和船舶、高速铁路等民用领域中；并且，本实施例提出的芯材只由一种类型的孔格单元1组成，该孔格单元1为平行四边形，结构简单，为简单、成本低廉的芯材制备工艺的提出创造条件。而且，本实施例提出的芯材，同样边长的情况下，孔格尺寸更小、有利于三明治夹层结构的共固化制造。
44.优选地，第一类单元壁11和第二类单元壁12均是相邻孔格单元共有的壁。如此结构的芯材，强度、模量进一步提升，同时进一步为简单、成本低廉的芯材制备工艺的提出创造条件。
45.优选地，第一类单元壁11与第二类单元壁12之间形成的夹角为10～90
°
。进一步优选地，第一类单元壁11与第二类单元壁12之间形成的夹角为50～70
°
。
46.优选地，孔格单元1的孔形呈菱形。即第一类单元壁11在lw平面(“lw平面”即芯材的l方向和w方向组成的平面)内的长度(“第一类单元壁11在lw平面内的长度”即为第一类单元壁11的宽度)与第二类单元壁12在lw平面内的长度(“第二类单元壁12在lw平面内的长度”即为第二类单元壁12的宽度)相等。设置如此形状的孔格单元1，利于高强度、高结构稳定性的芯材形成。可以想见，第一类单元壁11的宽度与第二类单元壁12的宽度不相等，也能够实现类似的效果。
47.优选地，第一类单元壁11的宽度和第二类单元壁12的宽度均为0.5～20mm。进一步优选地，第一类单元壁11的宽度和第二类单元壁12的宽度均为0.5～5mm。
48.优选地，芯材由多层弯折薄板5堆叠形成；每一层弯折薄板5由多个同一类型的折叠单元51依次相连而成，折叠单元51包括依次相连的第一板部和第二板部，第一板部的形状与2个以上依次相连的第一类单元壁11的形状相同，第二板部的形状与1个第二类单元壁12的形状相同；相邻两个弯折薄板5之间围绕形成孔格单元1，相邻两个弯折薄板5之间的贴合部位通过连接结构连接。如此设置的芯材，方便制备。
49.由于第一板部的形状与2个以上依次相连的第一类单元壁11的形状相同，导致形
成的芯材中第一类单元壁包括至少2层薄板材料。使得芯材的l方向强度可无限加大，增加了芯材强度的可设计性。如图5所示，折叠单元51第一板部的形状与2个依次相连的第一类单元壁11的形状相同，形成的芯材中第一类单元壁由2层薄板材料堆叠形成。如图9所示，折叠单元51第一板部的形状与3个依次相连的第一类单元壁11的形状相同，形成的芯材中第一类单元壁由3层薄板材料堆叠形成。进一步优选地，第一类单元壁由2～5层薄板材料堆叠形成。
50.进一步优选地，在本实施例中，连接结构为粘结剂，即相邻两个单层薄板5之间的贴合部位通过粘结剂连接。可以想见，连接结构也可以为焊料，从而使相邻两个单层薄板5之间焊接，在具体实施时，可采用激光焊等多种焊接方式。当然，上述连接结构也可为本领域其他能够起到连接作用的结构或材料。
51.具体地，单层薄板5材料为芳族聚酰胺纸、聚酰亚胺纸、pbo纤维纸、牛皮纸、玻璃纤维布、碳纤维布，铝箔、不锈钢箔、钛合金箔、高温合金箔和铁铬铝箔中的一种。
52.实施例2
53.本实施例提供一种制备实施例1中芯材的方法，包括以下步骤：
54.步骤s1、将多张薄板材料2进行堆叠，并在相邻薄板材料2之间进行粘接，获得叠层板。
55.其中，如图2至图4所示，叠层板中，相邻薄板材料2之间布置多根等间距相互平行的粘合剂线条4将相邻薄板材料2粘接，后一层薄板材料2上的粘和剂线条4的长度方向与前一层薄板材料2的粘和剂线条4的长度方向相同，后一层薄板材料2上的粘和剂线条4同向错位排列于前一层薄板材料2的粘和剂线条4上，并且后一层薄板材料2上的粘和剂线条的第一端端部41与前一层薄板材料2上的粘和剂线条的第二端端部42平齐设置。
56.图2和图4所示的叠层板，后一层薄板材料2上的粘和剂线条4沿第一宽度方向(“宽度方向”为粘合剂线条4的宽度方向)错位排列于前一层薄板材料2的粘和剂线条4上；图3所示的叠层板，后一层薄板材料2上的粘和剂线条4沿第二宽度方向错位排列于前一层薄板材料2的粘和剂线条4上。
57.优选地，叠层板中，相邻薄板材料2完全重叠，每一层薄板材料2上的多根粘合剂线条4布满其所在薄板材料2的面。如此，有效利用薄板材料2，以制备实施例中的芯材。
58.优选地，后一层薄板材料2上粘合剂线条4的宽度与前一层薄板材料2上粘合剂线条4的宽度相等，均为一个单元宽度；一层薄板材料2上，相邻两个粘合剂线条4之间的间距为两个单元宽度。如此，制备出的芯材的孔格单元1的孔形为菱形。
59.优选地，在本实施例中，将多张薄板材料2进行堆叠，并在相邻薄板材料2之间进行粘接，包括：将多张薄板材料2进行堆叠，每一层薄板材料2的同一面涂布粘合剂线条4，以在相邻薄板材料2之间进行粘接，如图2和图3所示。当然，这只是优选，可以想见，将多张薄板材料2进行堆叠，在偶数层薄板材料2的两面均涂布粘合剂线条4，以在相邻薄板材料2之间进行粘接，也能实现类似的效果，如图4所示。
60.具体地，在相邻薄板材料2之间进行粘接，还包括：将堆叠的涂有粘合剂的多张薄板材料2进行固化处理。该步骤针对的是需固化的粘合剂，以在相邻薄板材料2之间形成有效粘接；当然，对于非固化的粘合剂，本步骤也可以采用非固化的其他处理方式，以使相邻薄板材料2之间形成有效粘接。
61.步骤s2、在垂直于薄板材料的方向展开叠层板，将叠层板中未粘合的部位展开，获得芯材。
62.图5所示为，图2至图4示出的叠层板经展开操作后获得的菱形孔格芯材。
63.步骤s3、对芯材进行锯切和/或片切，获得成品芯材。
64.优选地，在步骤s2和步骤s3之间，还包括：步骤s21、对芯材进行高温处理。如此，利于芯材定型。进一步优选地，步骤s21中，高温处理的温度为200～300℃，高温处理的时间为20～50min。
65.优选地，在步骤s2和步骤s3之间，还包括：步骤s22、将芯材浸渍树脂溶液，并固化树脂，然后进行干燥处理。同样利于芯材定型。
66.其中，步骤s21和步骤s22可以选择其一进行，也可以选择都进行。
67.其中，步骤s22中使用的树脂溶液为酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、氰酸脂树脂、聚酯、双马树脂和环氧树脂中的一种或多种。
68.本实施例提出的芯材的制备方法，首先通过堆叠多张薄板材料2，在相邻薄板材料2之间进行粘接，形成叠层板，然后对叠层板进行展开操作，即可制备获得芯材，工艺简单、制备迅速，可大批量生产，并且成本非常低。
69.实施例3
70.本实施例提供一种制备实施例1中芯材的方法，包括以下步骤：
71.步骤s1、将多张薄板材料2进行堆叠，并在相邻薄板材料2之间进行粘接，获得叠层板。
72.其中，如图6至图8所示，叠层板中，相邻薄板材料2之间布置多根等间距相互平行的粘合剂线条4将相邻薄板材料2粘接，后一层薄板材料2上的粘和剂线条4的长度方向与前一层薄板材料2的粘和剂线条4的长度方向相同，后一层薄板材料2上的粘和剂线条4同向错位重合在前一层薄板材料2的粘和剂线条4上。
73.图6和图8所示的叠层板，后一层薄板材料2上的粘和剂线条4沿第一宽度方向(“宽度方向”为粘合剂线条4的宽度方向)错位重合在前一层薄板材料2的粘和剂线条4上；图7所示的叠层板，后一层薄板材料2上的粘和剂线条4沿第二宽度方向错位重合在前一层薄板材料2的粘和剂线条4上。
74.优选地，叠层板中，相邻薄板材料2完全重叠，每一层薄板材料2上的多根粘合剂线条4布满其所在薄板材料2的面。如此，有效利用薄板材料2，以制备实施例中的芯材。
75.优选地，粘合剂线条4包括用于与前一层薄板材料2上的粘合剂线条4重合的重合部和未重合部；后一层薄板材料2上粘合剂线条4的未重合部宽度与前一层薄板材料2上粘合剂线条4的未重合部宽度相等，均为一个单元宽度；一层薄板材料2上，相邻两个粘合剂线条4之间的间距为两个单元宽度。如此，制备出的芯材的孔格单元1的孔形为菱形。
76.优选地，粘合剂线条4的重合部宽度为第一类单元壁11宽度的整数倍。如图6至图8所示，粘合剂线条4的重合部宽度为第一类单元壁11宽度的1倍。
77.优选地，在本实施例中，将多张薄板材料2进行堆叠，并在相邻薄板材料2之间进行粘接，包括：将多张薄板材料2进行堆叠，每一层薄板材料2的同一面涂布粘合剂线条4，以在相邻薄板材料2之间进行粘接，如图6和图7所示。当然，这只是优选，可以想见，将多张薄板材料2进行堆叠，在偶数层薄板材料2的两面均涂布粘合剂线条4，以在相邻薄板材料2之间
进行粘接，也能实现类似的效果，如图8所示。
78.具体地，在相邻薄板材料2之间进行粘接，还包括：将堆叠的涂有粘合剂的多张薄板材料2进行固化处理。该步骤针对的是需固化的粘合剂，以在相邻薄板材料2之间形成有效粘接；当然，对于非固化的粘合剂，本步骤也可以采用非固化的其他处理方式，以使相邻薄板材料2之间形成有效粘接。
79.步骤s2、在垂直于薄板材料的方向展开叠层板，将叠层板中未粘合的部位展开，获得芯材。
80.图9所示为，图6至图8示出的叠层板经展开操作后获得的菱形孔格芯材。
81.步骤s3、对芯材进行锯切和/或片切，获得成品芯材。
82.优选地，在步骤s2和步骤s3之间，还包括：步骤s21、对芯材进行高温处理。如此，利于芯材定型。进一步优选地，步骤s21中，高温处理的温度为200～300℃，高温处理的时间为20～50min。
83.优选地，在步骤s2和步骤s3之间，还包括：步骤s22、将芯材浸渍树脂溶液，并固化树脂，然后进行干燥处理。同样利于芯材定型。
84.其中，步骤s21和步骤s22可以选择其一进行，也可以选择都进行。
85.其中，步骤s22中使用的树脂溶液为酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、氰酸脂树脂、聚酯、双马树脂和环氧树脂中的一种或多种。
86.本实施例提出的芯材的制备方法，首先通过堆叠多张薄板材料2，在相邻薄板材料2之间进行粘接，形成叠层板，然后对叠层板进行展开操作，即可制备获得芯材，工艺简单、制备迅速，可大批量生产，并且成本非常低。
87.实施例4
88.本实施例提供一种制备实施例1中芯材的方法。
89.如图5和图9所示，芯材由多层弯折薄板5堆叠形成；每一层弯折薄板5由多个同一类型的折叠单元51依次相连而成，折叠单元51包括依次相连的第一板部和第二板部，第一板部的形状与2个以上依次相连的第一类单元壁11的形状相同，第二板部的形状与1个第二类单元壁12的形状相同；相邻两个弯折薄板5之间围绕形成孔格单元1，相邻两个弯折薄板5之间的贴合部位通过连接结构连接。
90.由此，本实施例提供的零泊松比芯材的制备方法，包括以下步骤：
91.步骤s1、设计第一类单元壁11和第二类单元壁12的宽度，设计第一类单元壁11和第二类单元壁12之间的夹角，根据设计结果制作弯折薄板5的成型摸具。
92.步骤s2、选取弯折薄板5的基体材料，将基体材料在成型摸具中压制形成弯折薄板5。
93.步骤s3、在第一板部上设置连接结构，将多个弯折薄板5依次排列，形成芯材的形状；通过连接结构连接相邻单层薄板5，获得芯材。
94.实施例5
95.本实施例提供一种制备实施例1中芯材的方法，包括以下步骤：
96.步骤s1、根据芯材制作铸模。
97.步骤s2、选取芯材的基体材料，将芯材的基体材料浇注于铸模内；开模得到芯材。
98.实施例6
99.本实施例提供一种制备实施例1中芯材的方法，包括以下步骤：以芯材基体材料在3d打印设备上按照预先设计的模型图进行打印，获得此芯材。
100.需要理解的是，以上对本实用新型的具体实施例进行的描述只是为了说明本实用新型的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，但本实用新型并不限于上述特定实施方式。凡是在本实用新型权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

技术特征：
1.一种用于芯材的孔形呈平行四边形的多孔结构，其特征在于，该多孔结构由多个同一类型的孔格单元(1)无间隙排列组成；孔格单元(1)包括两个相向设置的第一类单元壁(11)和两个相向设置的第二类单元壁(12)，两个第一类单元壁(11)之间通过两个第二类单元壁(12)连接，共同围绕形成孔形呈平行四边形的孔格单元(1)。2.根据权利要求1所述的用于芯材的孔形呈平行四边形的多孔结构，其特征在于，第一类单元壁(11)和第二类单元壁(12)均是相邻孔格单元共有的壁。3.根据权利要求1所述的用于芯材的孔形呈平行四边形的多孔结构，其特征在于，第一类单元壁(11)与第二类单元壁(12)之间形成的夹角为10～90
°
。4.根据权利要求1或3所述的用于芯材的孔形呈平行四边形的多孔结构，其特征在于，第一类单元壁(11)与第二类单元壁(12)之间形成的夹角为50～70
°
。5.根据权利要求1所述的用于芯材的孔形呈平行四边形的多孔结构，其特征在于，孔格单元(1)的孔形呈菱形。6.根据权利要求1所述的用于芯材的孔形呈平行四边形的多孔结构，其特征在于，第一类单元壁(11)的宽度和第二类单元壁(12)的宽度为0.5～20mm。7.根据权利要求1或6所述的用于芯材的孔形呈平行四边形的多孔结构，其特征在于，第一类单元壁(11)的宽度和第二类单元壁(12)的宽度为0.5～5mm。8.根据权利要求1所述的用于芯材的孔形呈平行四边形的多孔结构，其特征在于，多孔结构由多层弯折薄板(5)堆叠形成；每一层弯折薄板(5)由多个同一类型的折叠单元(51)依次相连而成，折叠单元(51)包括依次相连的第一板部和第二板部，第一板部的形状与2个以上依次相连的第一类单元壁(11)的形状相同，第二板部的形状与1个第二类单元壁(12)的形状相同；相邻两个弯折薄板(5)之间围绕形成孔格单元(1)，相邻两个弯折薄板(5)之间的贴合部位通过连接结构连接。9.根据权利要求8所述的用于芯材的孔形呈平行四边形的多孔结构，其特征在于，第一类单元壁由2层以上薄板材料堆叠形成。10.一种夹芯结构，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的用于芯材的孔形呈平行四边形的多孔结构和覆盖于多孔结构的面板。

技术总结
本实用新型提供一种用于芯材的孔形呈平行四边形的多孔结构，该多孔结构由多个同一类型的孔格单元无间隙排列组成；孔格单元包括两个相向设置的第一类单元壁和两个相向设置的第二类单元壁，两个第一类单元壁之间通过两个第二类单元壁连接，共同围绕形成孔形呈平行四边形的孔格单元。结构简单，孔格尺寸小、有利于夹层结构的共固化制造。本实用新型还提出一种应用上述多孔结构的夹芯结构。应用上述多孔结构的夹芯结构。应用上述多孔结构的夹芯结构。


技术研发人员：王清明 黄占河 黄静波
受保护的技术使用者：北京弘芯商贸服务中心
技术研发日：2022.05.12
技术公布日：2023/7/14