CN1082438C - 复合材料夹心板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种夹心板，它由具有声音衰减效果的复合材料制成，该板用于墙和/或自支承盖板，特别是用于叠置于机舱舱壁或墙壁上，该板包括气泡结构芯(14)，特别是蜂窝结构芯，设于该芯两侧并与该芯成整体连接的两个面层(12、16)，上述两个面层(12、16)带有孔，至少其中一个面层上的孔为微孔。本发明还涉及生产上述板的方法。
Description
本发明涉及一种夹心板，它由具有声音衰减效果的复合材料制成，该板用于自支承盖板和/或墙盖板，另外本发明还涉及一种生产上述夹心板，特别是上述夹心板中的一个面层的方法。
对于飞机机身这一特别场合，人们正在研究降低噪音的办法以便改善乘客和机组人员的舒适性，上述机组人员经常长期地处于发动机，振动和空气流动所产生的高噪音的环境下。
上述噪音的频率特别集中在500Hz以上的范围，尤其是集中在1200～2000Hz的范围内，因为乘客机体组织对上述频率非常敏感，故对该段频率范围必须优先进行处理。
飞机机身所产生的声学问题还必须通过适合的装配板来解决，但是这要考虑到相应的限制条件，如重量，厚度，价格，以及美观上的限制，因为上述板必须在机舱舱壁的内表面进行装饰。
在飞机机身中，有一种解决方案，该方案采用很重的材料形成内部座舱(internal cock)从而可限制噪音的传播，但是该方案不易符合所要求的轻质的设计准则。
另外，为了获得最佳的效果，要将座舱密封起来以避免噪音进入，否则的话将要加大降低机舱内部的噪音强度的声学处理。
可以对总噪音量进行测定，但是严格地讲该噪音量并不是有害的。另一方面，讲话干涉值(speech interferencelevel)倒是很重要的因素，该讲话干涉值与给定的讲话频率范围内的噪音值相对应。因此必须降低上述讲话干涉值，另外降低讲话干涉值中的频率范围中的噪音值也是很重要的。实际上，某些频率中的噪音值会形成非智慧的语言。
另一种解决方案是在走道上设置吸声材料，如开口的泡沫材料以便降低动力装置产生的声音值。人们已知道，噪音是间接传播的，并分布于机舱的内部，这样还需要对上述间接噪音进行处理，另外人们也知道该噪音不会放大或在舱壁产生反射。
目前在飞机中，上述板具有较高的吸声系数，该板包括至少一泡沫材料层从而可避免音源直接朝向机舱内侧传送。
但是因为该板中的朝向机舱内侧的表面必须盖住，并且必须具有相对美观的外表以便舒适，故同样存在装饰和美观上的条件限制。
当该板保持于机舱的内侧时，与乘客发生实际接触的该板的内表面必须很容易进行清洁处理。另外，上述板要具有足够的刚度以便甚至在受到冲击的情况下人体仍可靠于其上，而其不会发生破坏，上述刚度要求该板具有良好的力学强度。
本发明的解决方案在于提供一具有较高的声音衰减效果的盖板，该盖板的目的在于通过各种连接件或声音桥(link oracoustic bridge)使机舱内的噪音衰减，而人们已知道对于飞机机舱来说，采用平常的方式形成隔开的隔音的座舱是很不容易的。因此就需要使上述板能够抵抗反射声波，特别是当机舱较小的情况下，并且该板重量轻，容易生产以便使其成本低于已有的盖板。
耐火性是形成部分机舱舱壁的材料要满足的另一限制条件。因此用于形成机舱舱壁的构件必须满足适于商用飞机用的现行的FAR 25§853标准(火/烟/毒气标准)。
在许多领域，作为已有技术的文献已公开了由目的在于降低噪音的复合材料制成的刚性板。
本申请人的FR2710874号专利涉及一种可降低噪音的刚性薄板自支承材料和上述材料制成的板。
上述材料包括：
-气泡结构芯，该气泡为开口状，特别是为蜂窝状；
-填于上述气泡中的吸声材料；
-位于上述芯的每个表面的形成有开口的增强纤维条带；
-覆盖整个构件的粗网格。
上述类型的板特别是在机舱中用作横向隔墙。该板可大大降低特别是涡轮螺桨发动机驱动的飞机用的机舱内的噪音，但是该板太重，太厚，特别是用作座舱盖板时效果较差，而上述座舱一般还设有其它的吸声材料。
US-A-3439774号专利描述了一种形成飞机用的舱室的板，它可吸收上述工作时所产生噪音。为此，该板从外侧到内侧叠置有：
-形成舱室的整体薄板；
-第一蜘蛛网形气泡结构芯；
-带有微孔的金属材料制成的第一薄板，上述微孔直径为50～500μm；
-第二蜘蛛网形气泡结构芯；
-带有微孔的金属材料制成的顶部透气第二薄板。
这样，上述第二薄板特别吸收从内侧传向外侧的高频噪音，而上述第一薄板吸收经过第二薄板的通道而处理后的低频噪音。
但是上述材料过厚而不能用作机舱舱壁的盖板。因此由于该材料过重，从而该板仅限于特殊的应用领域，也就是说该板件仅限于降低飞机发动机产生的噪音。
最后公开号为DE-A-3913255的专利申请描述了一种板，它包括带孔板，无纺布薄板，蜂窝结构芯，带有具有较小直径孔的板和较厚的矿渣绒外层。
上述板具有消音器，但是它用作飞机机舱内壁盖板时则太厚，太重，结构过于复杂。
本发明还涉及一种具有消音器的盖板和/或自支承板，其重量轻，具有足够的力学强度，制作简单，从而就其成本来说它适合用于飞机机舱，另外其耐火性可满足现行的标准，其朝向机舱侧面的内表面可以进行装饰。
本发明还包括一种生产上述夹心板的方法，特别是一种生产夹心板面层的方法。
为实现上述效果，本发明的夹心板由具有声音衰减效果的复合材料制成，该板用于墙和/或自支承盖板，特别是用于叠置于机舱舱壁或墙壁上，该板包括蜂窝结构芯，设于该蜂窝结构芯两侧并与该芯成整体连接的两个面层，其特征在于上述两个面层带有孔，至少其中一个面层上的孔为微孔。
根据本发明的另一特征，上述微孔是由非机械的物理化学反应形成的，上述微孔的几百个孔道截面处的平均直径形成的孔面积为1平方毫米。
根据本发明的一个实施例，上述第一面层带有微孔，上述第二面层为粗网材料层。另外，上述带有微孔的面层包括一个涂有树脂单层的织物材料层。
根据本发明的夹心板的实施例，上述树脂为这样的树脂，该树脂的聚合反应为缩聚反应，该树脂具体可为酚醛树脂。
本发明还提供了这样的可能，即用来朝向机舱内侧的面层包括装饰材料层，特别是可传导声音的织物。
当上述带有微孔的面层朝向机舱内侧时，上述装饰材料为油漆。
本发明还提供了一种生产上述夹心板的方法。该方法通过下述方式可在一个操作过程中制成夹心板，该方式为在将面层与气泡状芯连接的同时形成孔。
下面参照多个附图根据以举例方式给出的非限制性的具体实施例对本发明进行描述。
图1表示带有消音器的盖板实施例的透视图；
图2表示置于机舱中的图1所示的盖板的横向剖面图；
图3表示图1所示的盖板的第一变换实施例；
图4表示图1所示的盖板的第二变换实施例；
图5为表示本发明方法步骤的剖面图；
图6表示本发明的带微孔面层的显微图。
根据图1实施例，从内侧I到外侧E盖板包括装饰层10，带有粗网的第一面层12，开口的气泡结构芯14和带有微孔的第二面层16。
每个面层中的树脂为酚醛类树脂，因为其具有下述多项优点：
1.极高的耐火性。
2.极低的热量流率。
3.在着火时较低的有毒物质传导性。
上述的装饰层10包括装饰性织物，该织物几乎不会对声音衰减性造成影响，其作用是在不改变传到机舱内的声音频率范围的情况下将带有粗网的第一面层12盖住。
装饰层10中的织物要事先进行去污处理以便其尽可能慢地才会变脏，并且很容易在现场清洗干净。
带有粗网的第一面层12从力学上讲对盖板起加强作用。上述面层12可由用酚醛树脂浸渍玻璃纤维织物形成。该玻璃纤维织物具有如下特性：
表面质量：278克/平方米；
厚度：0.4mm；
在纤维轴之间具有1.8平方毫米的方格网；
最后上述第一面层12可按下述已公知的方法形成，即在本领域普通技术人员按照材料抗力计算所确定的适合的位置放置加强筋13，该加强筋13仍可由渗入有酚醛树脂的玻璃纤维织物构成。
上述芯14为蜂窝状芯，其由芳族聚酰胺纤维纸，如商标为NCMEX的纸制成。
第二面层16为主复合件，这一点将在后面描述。该第二面层由涂有酚醛树脂的玻璃纤维形成，该玻璃纤维具有下述特性：
表面质量：107g/m2；
厚度：9/100mm；
加强度：4缎；
单位厘米的链串数：24
单位厘米的罗纹档数：23
对于浸渍，可采用树脂的标定质量百分比占40％的液体进行。
在下述条件下进行缩聚反应使酚醛树脂产生聚合，该条件为：在100℃以上的温度下释放水蒸气而烘烤温度一般为150℃。
因此，在树脂聚合的烘烤过程中，水蒸气和易挥发溶剂会散发掉。
可对微孔的成形作出下述第一假设，即气体从其内排出，从而在网之间形成空间。一般来说，生产者要通过设置织物或设置排气阶段来消除上述微孔，并且使模保持密封，特别是如果待形成的板不平，则更要使成形模件表面保持密封。
另外还要作出下述第二假设，即在聚合反应中，聚合物首先经过足以形成液体的阶段，同时在两层银原料之间发生缩合，这样在薄层上形成孔。因为织物为网状，从而上述孔出现于网的中间。之后，聚合反应将聚合物固定于上述位置，从而形成所需的微孔。
图6为通过显微镜看到的放大约60倍的所形成的带有微孔的面层的图。
与避免出现微孔和克服所形成的假设缺点的已有技术中的方法相比，本发明方法包括下述步骤，该步骤可参照图5来描述：
将第一粗网玻璃纤维织物面层12和加强筋13放于金属部件15上，该金属部件15与待形成的盖板(该板为平板以便简化附图)的形状相符合，金属部件15上涂有脱模剂；将蜂窝结构芯14置于上述第一面层12上；
将第二细网玻璃纤维面层16置于上述蜂窝结构芯14上；
放置环境产品，它包括已有的所需的消耗材料，特别是防粘带孔材料层21，如氟乙烯层，另外还包括排水材料层22，如棉绒，上述层离开一定距离以便能很好地分配局部真空，将多余的树脂吸收；
在上述整个夹心板和消耗材料外边设置尼龙制成的柔性层18，通过适合材料制成的胶粘剂型绳24将柔性层18与模板15密封；
在柔性层18内侧形成真空，该真空度在5.10～9.10Pa的范围内；
将上述柔性层18和整个夹心板置于烤炉中；
进行烘烤阶段，该阶段包括以下3个步骤：
1.将温度提高到发生聚合反应的温度；
2.将产生聚合反应的温度保持在不超过所需的发生交联反应的温度；
3.停止加热并降低温度；
当上述温度低于TG(玻璃转化温度)时，去掉上述真空，并回到大气压状态；
从模中移走上述部件。
在进行聚合反应过程中形成微孔，其形状，数量和大小取决于聚合反应条件。可以对上述参数进行控制并再现。
烘烤的条件为：
每分钟提高温度5℃；
在150℃温度下保持1个半小时；
当温度低于40℃时去除真空。
在上述条件下，可形成微孔，其形状基本为长方形，其侧边尺寸在0.1～0.3mm范围内(参照图6)。
应注意，要控制的重要参数为：
聚合反应要达到的最大温度；
真空度；
脱模温度；
树脂质量百分含量；
树脂特性；
加强筋的选择。
对于装饰层10，可用适合的粘合剂将其粘于第一面层12上，该粘合剂可为乙烯树脂粉末胶(参见《Joint Francais》4301-8)以避免影响耐火性和声音传导性。上述织物可采用TEXAA公司生产的名称为AERIA T1的产品。
在粘接装饰织物之前最好在第一面层12上涂敷油漆以便使其底面不会从上述装饰织物露出。
图2为所形成的盖板的剖面图，该盖板紧靠机舱舱壁设置，该舱壁包括阻尼材料，如开孔泡沫材料层。该泡沫材料不但对从外面通过舱壁进入舱壁内侧的噪音具有衰减效果，而且还可吸收机舱内部产生的并经盖板处理的噪音。
实际上，在机舱内部产生的噪音会通过装饰层10，第一粗网面层12，之后穿过第二面层16中的微孔从而由开孔泡沫材料层20衰减。该泡沫材料层独立于盖板并通过适合金属块固定于盖板上。
因为具有夹心结构和一定的接纳装饰织物的性能，故该盖板较薄，但可提供良好力学强度。该盖板还可在一个阶段形成，这样在无需任何其它的步骤的条件下可同时将两个面层固定于蜂窝结构芯上并形成微孔。
图3表示本发明盖板安装的第一变换实例。实际上，在此情况下，盖板是通过将带有微孔的第二面层16朝向机舱内侧安装的。因此因为机舱侧边上的盖板的表面具有较大的反射面，这样可产生一定量的反射，从而提高了声音衰减特性。另一方面，带有微孔的第二面层16通过突起接纳有油漆，从而它可保护上述微孔。
盖板最好为斑点状，因为油漆层必须较薄，并且油漆的粘接性在较小的粘接半径部分也是有限的。
当然，与上述第一实施例相同，带有微孔的第二面层16也可设置可传导声音的装饰织物。
在图4中，所形成的盖板包括中间的芯，其两侧带有面层，但是在这里带有粗网的第一面层12由微孔面层16代替。所形成的的盖板由中间的芯和位于该芯两侧的微孔面层构成。
本实施例成形方法适合通过改变树脂所占质量百分比来实现以便在每个面层上形成微孔。
上述盖板可按图3所示的第一变换实例的方式，直接接纳油漆。
因为树脂含量增加，图4所示的变换实例的力学强度大于图2和图3所示的盖板。
图4所示的盖板的使用取决于使用要求。
从上述多个实施例可以看出，微孔特别是由于缩聚反应和树脂的收缩现象产生的，其结果是盖板可直接在一个操作过程中形成。面层与蜂窝结构芯的整体装配件，以及在各种场合用来形成夹心结构的方法具有突出的优点从而可在无需进行重复的步骤、机加工和中间吹制的情况下同时形成微孔。
上述方法很容易在一个操作过程中形成夹心板，该板结构简单，重量轻，具有较高的力学强度，可满足防火，防烟气，放毒气的标准，所采用的材料是已公知的，并且用量较少、这些材料在着火时已表现出可靠的特性。
Claims (13)
1.一种由具有声音衰减效果的复合材料制成的夹心板，用于包括机舱舱壁的墙和/或自支承盖板，所述夹心板具有包括蜂窝状的多孔结构芯(14)，还具有设置并固定在该芯两侧上的面层(12，16)，其特征在于，上述两个面层(12，16)带有孔并且至少其中一个面层上的孔是微孔。
2.根据权利要求1所述的由具有声音衰减效果的复合材料制成的夹心板，其特征在于上述微孔是由物理化学反应形成的。
3.根据权利要求1或2所述的由具有声音衰减效果的复合材料制成的夹心板，其特征在于该板包括带有微孔的第一面层(16)和由带有粗网的材料制成的第二面层(12)。
4.根据权利要求1或2所述的由具有声音衰减效果的复合材料制成的夹心板，其特征在于该板包括第一面层(16)和带有微孔的第二面层(19)。
5.根据权利要求1或2所述的由具有声音衰减效果的复合材料制成的夹心板，其特征在于上述带有微孔的面层(16，19)包括一层涂有树脂的织物材料层。
6.根据权利要求5所述的由具有声音衰减效果的复合材料制成的夹心板，其特征在于上述织物为玻璃纤维织物，上述树脂为缩聚反应聚合而成的树脂。
7.根据权利要求6所述的由具有声音衰减效果的复合材料制成的夹心板，其特征在于上述树脂为酚醛树脂，和/或其在发生交联反应之前产生面积收缩。
8.根据权利要求1或2所述的由具有声音衰减效果的复合材料制成的夹心板，其特征在于上述用来朝向机舱内侧的面层(16，19)包括一层装饰材料层(10)。
9.根据权利要求8所述的由具有声音衰减效果的复合材料制成的夹心板，其特征在于上述装饰材料(10)为可传导声音的织物。
10.根据权利要求8所述的由具有声音衰减效果的复合材料制成的夹心板，其特征在于当上述带有微孔的面层(19)朝向机舱内侧时，上述装饰材料(10)为油漆。
11.一种生产权利要求1-3和5-10所述的夹心板的方法，其步骤包括：
将由带有粗网的织物制成的第一面层(12)和加强筋(13)放于金属模板部件(15)上，该金属模板部件与待形成的板的形状相符合，金属模板部件上涂有脱膜剂；
将蜂窝结构芯(14)置于上述第一面层(12)上；
将由带有细网的织物形成的第二面层(16)置于上述蜂窝结构芯(14)上；
放置环境产品，它包括防粘带孔材料层(21)的已有所需消耗材料，另外包括排水材料层(22)，上述层(22)除了提供良好的负压力扩散，还可以将多余的树脂吸收；
在上述整个夹心板和消耗材料外设置柔性层(18)，通过适合材料制成的绳(24)将柔性层(18)与模板(15)密封；
在柔性层(18)内侧形成负压力；
将上述柔性层(18)和整个夹心板置于烤炉中；
进行烘烤阶段；
将所成形的构件从模中取出。
12.一种生产权利要求4所述的夹心板的方法，其步骤包括：
将由带有细网的织物制成的第一面层(19)放于金属模板部件(15)上，该金属模板部件与待形成的板的形状相符合，金属模板部件上涂有脱膜剂；
将蜂窝结构芯(14)置于上述第一面层(19)上；
将也由带有细网的织物形成的第二面层(16)置于上述蜂窝结构芯(14)上；
放置环境产品，它包括防粘带孔材料层(21)的已有所需消耗材料，另外包括排水材料层(22)，上述层(22)除了提供良好的负压力扩散，还可以将多余的树脂吸收；
在上述整个夹心板和消耗材料外设置柔性层(18)，通过适合材料制成的绳(24)将柔性层(18)与模板(15)密封；
在柔性层(18)内侧形成负压力；
将上述柔性层(18)和整个夹心板置于烤炉中；
进行烘烤阶段；
将所成形的构件从模中取出。
13.根据权利要求11或12所述的生产板的方法，其特征在于上述烘烤阶段包括以下步骤：
将温度提到发生聚合反应的温度；
保持发生聚合反应的温度直到达到所需的交联度；
停止加热并自由冷却；
之后当上述温度低于Tg(玻璃转化温度)时，去掉上述真空，并回到大气压状态。
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