蜂窝结构复合材料的加工工艺和连接结构应用

一、前言
当今世界科技发展迅猛,真真应验了当年马克思的预言:“20世纪后期的技术进步一天等于20年”。无论是哪个方面只要提出需要的产品似乎都能很快的问世。但是无论什么产品能符合使用要求、满足设计规定顺利的制造出来,均是建立在成熟的、可靠的、稳定的工艺技术基础之上,舍此,一切产品的设计都将可能成为空想。
蜂窝复合材料产品的问世是鉴于顾客使用的这种特殊要求:具备较高的强度、刚性和足够的韧性,并兼备轻质、耐侯、环保、可靠。而所有这一切的成功是建立在我们稳定可行而又可靠的制造工艺技术的基础之上。
二、铝蜂窝复合板材工艺技术的研究与分析
1.铝蜂窝复合板材的结构特征分析
原本比较软薄的两层铝板(通常面板采用1mm厚度,背板根据使用场合可以采用1.0~0.5mm厚度)和铝蜂窝芯,经过复合胶结形成复合板材后,具备了满意的抗剪、抗弯强度和优良的刚性,与采用单铝板结构,要求达到同样的强度和刚性,其材料(厚度)消耗至少需要增加3~5倍。因此,根据设计原理的分析,这种特殊性能的优化和提升,关键是源于着里面的两层胶结层的紧固作用,产生了桁格薄壁结构效应。
2.胶结性能分析与工艺技术对策
(1)黏结剂的选择分析
①目前国内外技术状态中黏结剂热环境强度均存在下降的情况,约下降50%。因此结构设计避免高温环境下的无谓附加载荷是需引起重视。
②胶结层的胶料确实有少数企业采用胶膜复合的情况。但是经过理论分析和大量的实践考证,确认此种复合技术存在较大的技术缺陷和使用风险:可逆性缺陷、耐候性缺陷和抗紫外风险。
蜂窝板块复合技术研究
复合技术是将两层薄铝板与蜂窝芯格黏结成一件整体的、力学性能满足设计要求的、表面质量符合要求的蜂窝复合板块。经过分析,必须具备压力成型技术以保证板面紧贴和产品必要的平面度。
压力复合可以分为热压复合加压和冷压复合加压两种,对于如何加压以及加压量的分析又引伸出平面板型加压和异形板型(L形、U形、S形、弧形和双曲形)加压的情况或状态处理。同时除了热压加压可以引用国内外现成技术,采用木工家具热压设备(进行适用性改进)外,冷压加压的研究是在初期投入主要精力研究的方面。
(2)异形板型(L形、U形、S形、弧形和双曲形)复合技术研究
形板块的复合在真空复合设备上进行,仅需制造V形下模予以解决,效果极佳,当然也可以直接在真空复合台面上进行,需加直角支撑架,效果良好;
U形板块的复合存在钣金误差对复合的干涉,一般情况下当尺寸在1000mm左右或以上时,由于加工固有误差存在超过复合允许误差值的情况几率比较大。
S形、弧形板块的复合,采用模具真空复合处理,对于模具仅需考虑收放复合板块的回弹系数即可;
三、产品缺陷分析与返修技术分析
1.蜂窝复合板主要缺陷状态和成因分析
(1)一般情况下的缺陷简析
任何产品都会由于设计原因、原材料变化、操作原因等因素控制失误,引发产品异常,也即质量缺陷。蜂窝复合板同样存在这种风险。所以必须控制与质量相关的各类因素保证产品的优良,满足使用要求。
①存在一种与性能相关的缺陷,就是空壳现象。产生的原因有员工操作因素:真空压力控制失当、清洁处理局部不到位、涂布胶水漏空、初步固化时间(>7h)不足就下板、铝板原材料本身的波纹缺陷而产品较薄复合后的刚性小于板材本身固有弹性应力(通常存在于钢质材料产品)等等,这些问题在生产过程依靠上述的监控和检验体系就完全可以发现并及时处置;
②上述所示的鼓包在常规检验中未能发现,而在使用过程的应力(机械的或热力的)作用下发生局部开胶,这种状态缺陷的成因比较复杂,经分析有产品结构设计原因(例如前面2.3.3.2 b所言U形结构)、交付周期过紧致使在初固化1~2天内交货,此过程的搬运/安装引力造成内部微损,以致在进一步应力作用下发展成明示缺陷。
2.缺陷修复技术和使用性
(1)返修方案
采用背面钻孔注胶,重力压平矫正方法。
(2)操作规定
①首先对返修工作场地,尤其是模板进行清洁处理,清除异物;
②对卸下需返修的板块进行背面钻孔,注意钻孔区域应为面板鼓包对应的背板处,孔距10~15mm,孔径4 mm左右。还需注意钻孔过程板块存放面应保证无异物,排除压损产品面板;
③清洁处理模板和板块,清除钻孔切屑和其它异物;
④将板块面板向下放置于已经清理干净的模板上,要求放平放正;
⑤向背板所钻小孔注胶(一般可以用注射器加压注胶),注意胶料是已经按照规定配置的搅拌均匀的胶料,注胶达到背板下面即可(即注胶到比复合板块背板表面略低1mm);
⑥清除背板面上可能的沾染的余胶后复上牛皮纸或塑料薄膜,要求复平;
⑦在鼓包区返修补胶处加压,保证达到面板与模板紧紧贴平;
⑧保压固化时间不小于8小时;
⑨卸压后取板,并检查面板校平情况满意后,清除贴的牛皮纸等,清洁处理干净。
四、结束语
经过了十年的不断完善与改进,已经稳定,而且也已经被一些后起企业普遍采纳。对于此项工艺技术的进一步的改进与提升。例如自动配比搅拌工艺,目前的市场供应设备存在配比欠准确的缺陷,将流量控制技术改进为称重控制技术的参数控制办法,以解决高黏度流体的沉积失流和比重配比失调的难题。