[发明专利]由可控多孔纸材制成的蜂窝结构

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明涉及包含具有120℃至350℃的熔点的热塑性粘合剂的改进的高 性能蜂窝结构、制备该蜂窝结构的方法以及包括该蜂窝结构的制品；该蜂窝 结构由纸材制成，该纸材使得蜂窝结构能够被被热固性树脂快速浸渍，同时 在制造过程中延迟节线粘合剂的过度浸渍。

2.背景技术

纸基蜂窝结构通常由以下步骤形成：(1)沿着预定线(称为节线)将粘 合剂树脂施加到纸片上，(2)沿着这些节线粘附若干纸片以形成堆叠件，每 个片材的节线对相邻片材有偏移，(3)展开堆叠件以形成具有限定的单元壁 的蜂窝结构，(4)通过将蜂窝结构浸入液体树脂来用结构型树脂浸渍蜂窝结 构的单元壁，以及(5)通过加热来固化该树脂。授予Lin的美国专利 5,137,768、以及授予Nomoto的美国专利5,789,059和6,544,622公开了由 高模量对位芳族聚酰胺材料制成的片材所制成的蜂窝结构。这些蜂窝结构由 于其高刚度、高强度重量比而在结构应用中具有很高的价值。通常这些蜂窝 结构由包含对位芳族聚酰胺纤维、纸浆和/或其他纤维材料以及粘合剂的纸 材来制成。

授予Wang等人的美国专利6,551,456和6,458,244以及授予 Nishimura等人的日本专利特开昭61-58,193公开了由芳族聚酰胺纤维结合 聚酯纤维制成的纸材。已发现，这些纸材具有非常开放或多孔的结构，从而 使得热固性结构型树脂可快速浸渍。

遗憾的是，如果这些芳族聚酰胺/聚酯纸材用于蜂窝结构，则树脂的透 气度也会使得节线粘合剂树脂快速渗透纸材。高度期望粘合剂在印刷或施加 到纸材表面上时，基本上保留在纸材表面，而不渗透纸材进入背面。否则， 纸片仅仅是粘合到一起，而无法展开成为均匀的蜂窝结构构造。该问题对于 具有75微米或更小厚度的薄纸尤其重要，高性能轻量飞行器蜂窝结构非常 需要此类纸材。

通常，粘合剂节线的施加或印刷是相对快的过程，而浸渍结构型树脂 则是稍微较慢的过程。因此，需要的是由纸材制成的蜂窝结构，该纸材具有 可以控制粘合剂树脂的浸渍速率同时保持总体上好的结构型树脂浸渍的特 性。

发明简述

本发明涉及具有包含纸材的单元的蜂窝结构，该纸材包含按纸材中热 塑性材料和高模量纤维的总量计5至50重量份的具有120℃至350℃的熔点 的热塑性材料和50至95重量份的具有600克/旦尼尔(550克/分特)或更 高模量的高模量纤维；其中按重量计热塑性材料总量的至少30％在纸材中 为离散的薄膜状颗粒的形式，并且颗粒具有约0.1至5微米的薄膜厚度以及 在垂直于该厚度的方向上的至少30微米的最小尺寸，薄膜状颗粒粘合纸材 中的高模量纤维；并且其中纸材具有2秒或更高的Gurley透气度。

一个实施方案包括包含前述蜂窝结构的制品，此类制品包括面板或空 气动力学结构。

附图简述

图1a和1b为六边形形状的蜂窝结构的图示。

图2为六边形单元形状的蜂窝结构的另一图示。

图3为具有面片材的蜂窝结构的例示。

发明详述

本发明涉及由包含高模量纤维和热塑性材料的纸材制备的蜂窝结构， 其中热塑性材料至少部分地以离散的薄膜状颗粒的形式存在于纸材中。可以 使用许多结构型树脂来浸渍蜂窝结构而不发生不能接受的节线粘合剂树脂的 渗透。

图1a为蜂窝结构的一个例示。图1b为图1a所示蜂窝结构的正交视 图，图2为该蜂窝结构的三维视图。所示为具有六边形单元2的蜂窝结构 1。虽然所示为六边形单元，然而其他几何排列也是可能的，其他最普遍的 可能排列为正方形和挠曲芯单元。此类单元类型在本领域中是熟知的，有关 可能的几何单元类型的详细信息，参考“Honeycomb Technology” (T.Bitzer著，Chapman & Hall出版社，1997年)。

在许多实施方案中，蜂窝结构具有结构型或基质树脂，通常为可完全 浸渍、浸润或涂覆蜂窝结构单元壁的热固性树脂。树脂随后进一步被交联或 固化，以获得蜂窝结构的最终特性(刚度和强度)。在一些实施方案中，这 些结构型树脂包括环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸类树脂、聚酰亚胺树脂、以 及它们的混合物。