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CN114126852B - 高温复合蜂窝 - Google Patents

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CN114126852B
CN114126852B CN202080052385.XA CN202080052385A CN114126852B CN 114126852 B CN114126852 B CN 114126852B CN 202080052385 A CN202080052385 A CN 202080052385A CN 114126852 B CN114126852 B CN 114126852B
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flexible composite
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Abstract

一种复合蜂窝，其可以被塑造形成复合蜂窝结构，所述复合蜂窝结构具有紧密的曲率和/或复合曲率半径并且适合在高温环境中使用。用于制造所述复合蜂窝的方法涉及使用高温预浸料制造柔性复合蜂窝，所述柔性复合蜂窝形成复合蜂窝前体。将高温涂料树脂施用于所述复合蜂窝前体以形成所述高温复合蜂窝。

Description

高温复合蜂窝
背景技术
1.发明内容
本发明总体上涉及一种柔性蜂窝，其可以被塑造形成复合蜂窝结构，所述复合蜂窝结构具有紧密的曲率和/或复合曲率半径并且适合在高温下使用。更特别地，本发明涉及一种高温复合蜂窝，其中用于制造所述复合蜂窝的方法涉及使用高温预浸料制造柔性复合蜂窝，所述柔性复合蜂窝形成复合蜂窝前体。然后将高温涂料树脂施用于所述复合蜂窝前体以形成所述高温复合蜂窝。
2.相关技术的说明
复合蜂窝已是用于飞机和航空航天器的流行材料，因为它相对强且重量轻。一种用于制造复合蜂窝的方法涉及使用预浸料来形成波纹状带，所述波纹状带具有交替的通道和垂直于带方向延伸的节点。波纹状带可以部分或完全固化，使得它们保留其波纹形状。预浸料是一种众所周知的材料，其由预先浸渍有可固化树脂的纤维支撑物构成。如果需要，将波纹状预浸料带堆叠、对齐、结合在一起并且固化以形成蜂窝前体。典型地，向蜂窝前体施用涂料树脂的多层涂层以便增强复合蜂窝的各种机械特性。
典型地用于蜂窝的尺寸命名法包括：厚度方向或单元深度；横向于厚度方向的纵向或带方向；和垂直于厚度和纵向的横向。波纹状复合带中的多个交替通道和节点在纵向或带方向上彼此相邻布置。波纹状预浸料带在横向上堆叠。通道和节点各自在蜂窝的两个边缘之间沿厚度方向延伸以限定单元深度。
剪切强度是复合蜂窝的重要特性。剪切强度是通过将固定装置附接到蜂窝的每个边缘并且通过固定装置对蜂窝边缘施加剪切力来确定的。典型的剪切破坏模式是蜂窝壁在剪切力达到蜂窝的剪切强度时发生屈曲。剪切力可以在多个不同方向上施加到蜂窝边缘以确定蜂窝的方向剪切强度。例如，在纵向上施加剪切力以便确定蜂窝的纵向剪切(LSR)。在横向上施加剪切力以便确定横向剪切(WSR)。复合蜂窝的纵向剪切典型地高于横向剪切。在许多情况下，柔性复合蜂窝的WSR仅为LSR的50％或更少。在设计包括柔性复合蜂窝的任何结构时，这种不对称的剪切阻力是重要的考虑因素。
在许多结构设计中，将复合蜂窝取向为利用纵向上较高的剪切强度。然而，存在许多这样的情况，其中希望复合蜂窝的剪切强度尽可能对称。然而，相对于LSR增加WSR的任何尝试都必须考虑构成复合蜂窝的各种要素之间的复杂关系。这些要素包括预浸料纤维支撑物、预浸料树脂基质、用于将波纹状带结合在一起的节点粘合剂、和涂料树脂。另外，复合蜂窝的密度、单元尺寸、单元形状、纤维支撑物重量、树脂基质量、和施用于蜂窝的涂料树脂的量都在确定蜂窝的剪切特性方面起重要作用。
复合蜂窝的LSR与WSR之间的关系复杂并且不可预测。关于可以改变复合蜂窝的什么要素和/或其他特性以相对于LSR增加WSR或者对于给定类型的复合蜂窝而言这种相对增加甚至是否可能，知之甚少。使情况进一步复杂化的是，相对于LSR增加WSR的任何尝试都应使得不有害地影响蜂窝的其他特性，诸如增加蜂窝密度或降低蜂窝的压缩强度或降低蜂窝在横向上的可成形性。
具有六边形单元的复合蜂窝广泛用于航空航天工业。此类六边形蜂窝倾向于是刚性的并且可能难以在不使单元壁屈曲的情况下形成弯曲结构。在大多数情况下，弯曲蜂窝结构是通过将多个六边形声学蜂窝区段缝合在一起制成的。可以使用柔性蜂窝，其可以形成具有紧密的曲率和/或复合曲线半径的结构。蜂窝是可从HexcelCorporation(亚利桑那州卡萨格兰德)获得的一种类型的柔性蜂窝。/>蜂窝具有独特的单元构造，其中单元壁包括凸曲率和凹曲率。凸单元壁曲率和凹单元壁曲率的独特组合以及/>蜂窝的其他单元设计特征赋予蜂窝柔性和可成形性，使得可以形成具有紧密半径和/或复合曲率的结构，其具有减小的鞍形并且单元壁不屈曲。
对于声学应用，诸如喷气发动机短舱，将声学材料添加到蜂窝结构中，使得在位置远离发动机的末端处，蜂窝单元在声学上被实心不透声片材或皮封闭，并且在位置最靠近发动机的末端处，被多孔或穿孔的透声覆盖物覆盖。以这种方式用声学材料封闭蜂窝单元产生声学谐振器，所述声学谐振器提供噪声的衰减、阻尼和/或抑制。声学隔板通常也结合到蜂窝单元的内部，以便为谐振器提供另外的噪声衰减特性。
蜂窝的固有柔性使其成为用于制造需要紧密曲率和/或复合曲率半径的声学结构(诸如喷气发动机短舱)的理想蜂窝。然而，/>蜂窝的独特单元构造在将隔板帽式声学隔板插入单元中方面提出了复杂的挑战。已公开的专利申请公开号US2019/0024589 A1描述了声学面板，其中隔板帽式声学隔板被插入到具有/>蜂窝单元构造和类似单元构造的蜂窝中。
大型喷气发动机包括位于发动机中央的燃烧区段或热区段。热区段产生大量热燃烧气体。热区段被环形过道包围，空气在冷得多的温度下流过所述过道。热区段典型地在近似500°F至750°F的温度下工作。
位于热区段附近的复合蜂窝结构，诸如声学蜂窝，必须能够承受高工作温度，或者它们必须受到隔热结构(诸如隔热遮盖物(thermal blanket))的保护。尽管隔热遮盖物提供了足够的隔热，但它们也会占用有价值的空间并且增加重量。另外，典型的隔热遮盖物的使用寿命有限，使得必须在指定的时间间隔将其替换。还必须移除热空白以允许对下面的结构进行常规检查。这种移除和重新安装过程耗时，并且多次进行会导致隔热遮盖物损坏。修理和/或替换损坏的隔热遮盖物可能涉及显著增加的时间和成本。
为了减少或消除隔热遮盖物和其他隔热系统的使用，希望蜂窝具有尽可能高的工作温度。由金属或陶瓷材料制成的蜂窝可以在比非金属或非陶瓷复合蜂窝更高的温度下工作。然而，存在许多这样的情况，其中非金属或非陶瓷复合蜂窝是希望的。可得到这样的复合蜂窝，其能够在350°F至500°F的温度下延长使用并且短期能力高达700°F。蜂窝具有六边形单元，并且使用玻璃织物纤维支撑物与用于预浸料树脂基质、节点粘合剂和涂料树脂的聚酰亚胺树脂体系的组合。这种类型的玻璃纤维增强六边形聚酰亚胺蜂窝可从HexcelCorporation(亚利桑那州卡萨格兰德)以商品名HRH-327获得。
虽然HRH-327适合作为用于在350°F至500°F的工作温度下使用的短期能力高达700°F的高温复合蜂窝，但六边形单元和大量浸渍树脂使其过于刚性而无法塑造成需要紧密曲率和/或复合曲率半径的结构。
蜂窝确实具有塑造成紧密曲率和/或复合曲率半径所需的柔性，目前适合在高工作温度(350°F至500°F)下使用的形式不可用。/>HRP-F35蜂窝是目前可从Hexcel Corporationn(亚利桑那州卡萨格兰德)获得的最高温/>蜂窝。HRP-F35使用玻璃织物纤维支撑物与用于预浸料树脂基质、节点粘合剂和涂料树脂的酚醛树脂体系的组合。/>HRP-F35蜂窝的最高可用使用温度是350°F。因此，这种类型的柔性蜂窝主要用于相对低温的环境中。
希望提供适合在高温环境(350°F至500°F)中工作的柔性蜂窝，如蜂窝。还希望这样的高温柔性蜂窝相对于蜂窝的纵向剪切强度具有高的横向剪切强度。
发明内容
根据本发明，发现高温树脂体系可以用于制造蜂窝，其具有与蜂窝相同或相似的单元构造，并且所得复合蜂窝适合在高温环境中工作。另外，发现高温蜂窝的纵向剪切强度(LSR)与横向剪切强度(WSR)之间的相对差异可以最小化，而不影响蜂窝的整体密度或压缩强度。发现减少涂料树脂的量和增加纤维支撑物的面积重量，以维持相同的整体蜂窝密度，导致LSR与WSR之间的差异减小。
根据本发明，提供了一种复合蜂窝，其适合在高温环境中使用。复合蜂窝具有纵向、横向和厚度方向。复合蜂窝由多个上波纹状带构成，所述多个上波纹状带各自包括第一多数量组的交替的上通道和上节点，其中每个上通道和每个上节点在厚度方向上延伸。每个上波纹状带由第一纤维支撑物和第一高温树脂构成。复合蜂窝进一步包括多个下波纹状带，所述多个下波纹状带各自包括第二多数量组的交替的下通道和下节点，其中每个下通道和每个下节点在厚度方向上延伸。每个下波纹状带由第二纤维支撑物和第二高温树脂构成。
上波纹状带和下波纹状带在横向上堆叠以形成蜂窝结构，其由交替的上波纹状带和下波纹状带的层构成。上波纹状带的通道用高温节点粘合剂结合至下波纹状带的节点，并且下波纹状带的通道用高温节点粘合剂结合至上波纹状带的节点，使得形成多个蜂窝单元，其中每个所述蜂窝单元在厚度方向上延伸。
蜂窝单元各自具有左侧和右侧。每个蜂窝单元由蜂窝单元壁限定，所述蜂窝单元壁在蜂窝的边缘之间的厚度方向上延伸。每个单元的蜂窝单元壁包括下壁和上壁，下壁在蜂窝单元的左侧与右侧之间延伸，上壁也在蜂窝单元的左侧与右侧之间延伸。下壁包括下凹左端部、下凹右端部和位于下凹左端部与下凹右端部之间的下中央部。上壁包括上凸左端部、上凸右端部和位于上凸左端部与上凸右端部之间的上中央部。下凹左端部和上凸左端部连接形成沿单元左侧的左接合部，并且下凹右端部和上凸右端部连接形成沿单元右侧的右接合部。
密度为从3至6磅/立方英尺(48-96千克/立方米)的蜂窝包括高温涂料树脂，所述高温涂料树脂的存在量等于复合蜂窝的总重量的从10至25重量百分比。发现如此低量的高温涂料树脂可以用于蜂窝单元构造以提供高温柔性蜂窝，其中横向剪切强度是纵向剪切强度的至少60百分比并且典型地是至少65至70百分比。
本发明还涉及声学蜂窝，其中声学隔板插入到复合蜂窝的单元中；以及用于制造复合蜂窝和声学面板的方法。
本发明对于柔性复合蜂窝体特别有利，因为它组合了增加的对称的方向剪切强度和在高温环境中工作的能力的益处。在不影响柔性复合蜂窝的整体密度或压缩强度的情况下实现了这些益处。
本发明的上述和许多其他特征以及伴随的优点将通过参考以下结合附图时的详细描述而得到更好的理解。
附图说明
图1是根据本发明的示例性高温蜂窝的透视图，所述高温蜂窝包括声学隔板。
图2是来自图1所示柔性蜂窝的单个单元的截面示意图。
图3是在施用高温涂料树脂并且固化形成高温柔性蜂窝之前的示例性蜂窝前体的透视图。
具体实施方式
根据本发明的复合蜂窝可用于希望蜂窝可成形性、高温能力和相对对称的方向剪切强度的组合的任何情况。示例性应用包括用于高速飞行器的夹层面板、高能天线罩以及结构和声学喷气发动机入口、内衬和短舱。复合蜂窝特别良好地适用于位于大型喷气发动机内和周围的声学结构。
用于声学结构的示例性高温蜂窝通常在图1中以10示出。高温声学蜂窝10具有纵向(L)、横向(W)和厚度方向(T)。高温声学蜂窝10包括根据本发明的高温复合蜂窝12和声学隔板14。当蜂窝用作声学阻尼结构的一部分时，向蜂窝10中添加隔板14。隔板14通过以下方式形成：将许多平面声学隔板插入件插入蜂窝单元20中以形成声学隔板帽，所述声学隔板帽最初被摩擦锁定到适当位置并且然后粘合地结合到单元壁以形成隔板14。已公开的专利申请公开号US 2019/0024589 A1中阐述了将隔板插入具有与蜂窝12相同的单元构造的蜂窝中的细节。将此公开的美国专利申请的内容通过引用特此并入。
本发明的优选实施方案包括其中蜂窝12是包括隔板14的声学蜂窝10的一部分的那些。然而，本发明还涉及并且涵盖不包括隔板14的非声学复合蜂窝。复合蜂窝12具有第一边缘16和第二边缘18。复合蜂窝12形成多个单元20，每个单元具有左侧22和右侧24。单元20在蜂窝12的第一边缘16与第二边缘18之间延伸。
蜂窝12由上波纹状带26构成。上波纹状带26各自具有在纵向上位置彼此相邻的交替的上通道28和上节点30。上通道28和节点30中的每一个在厚度方向上延伸。上通道28各自包括中央凸起部分29。上波纹状带26各自由第一纤维支撑物和第一高温树脂基质构成。
蜂窝12进一步由下波纹状带32构成。下波纹状带32各自具有在纵向上位置也彼此相邻的交替的下通道34和下节点36。下通道34和节点36中的每一个在厚度方向上延伸。下通道34各自包括中央凸起部分35。下波纹状带32各自由第二纤维支撑物和第二高温树脂基质构成。
上波纹状带26和下波纹状带32形成蜂窝12，其由交替的上波纹状带26和下波纹状带32的层构成。所述层在横向上对齐和堆叠，使得上通道28的凸起中央部分29用高温节点粘合剂结合至下波纹状带32的下节点36，并且用高温节点粘合剂，下通道34的凸起中央部分35被高温节点粘合剂结合至上波纹状带26的上节点30。
每个蜂窝单元20由蜂窝单元壁限定，所述蜂窝单元壁在蜂窝的边缘之间的厚度方向上延伸。如图2所示，蜂窝单元壁包括下壁38和上壁40，下壁在蜂窝单元20的左侧22与右侧24之间的纵向上延伸，上壁也在蜂窝单元20的左侧22与右侧24之间的横向上延伸。
下壁38和上壁40包括凸部和凹部。上单元壁和下单元壁中各个部分之间的过渡的大致位置由图2中的散列标记“w”、“x”、“y”和“z”指示。下壁38包括下凹左端部42、下凹右端部44和位于下凹左端部42与下凹右端部44之间的下中央凸部46。上壁40包括上凸左端部48、上凸右端部50和位于上凸左端部48与上凸右端部50之间的上中央凹部52。下凹左端部42和上凸左端部48连接形成沿所述单元左侧的左接合部54，并且下凹右端部44和上凸右端部50连接形成右接合部56。
根据本发明的复合蜂窝优选使用蜂窝制造的所谓“波纹方法”制造。波纹方法涉及将预浸料形成波纹状复合带层。如果需要，将波纹状复合带部分固化，以确保波纹状复合带保留其形状。将波纹状带堆叠，使得各个层的节点和通道对齐并且用节点粘合剂结合在一起以形成蜂窝前体。将涂料或浸渍树脂施用于蜂窝前体以形成涂覆的蜂窝前体，所述涂覆的蜂窝前体是足够柔性的使得其可以被塑造形成具有紧密半径和/或复合曲率的结构。一旦实现所希望的蜂窝形状，就将涂覆的蜂窝前体固化以产生最终复合蜂窝。
示例性复合蜂窝前体12P示出在图3中。图1所示的复合蜂窝12通过以下方式制成：将涂料树脂施用于复合蜂窝前体12P并且将所得涂覆的前体固化以形成复合蜂窝12。图3和图1中的标识数字相同，不同之处在于图3中的数字包括“P”以便指示图3所示的复合蜂窝是图1所示的复合蜂窝12的前体12P。
在施用涂料树脂之前，前体12P具有未涂覆的蜂窝密度。未涂覆的蜂窝的密度与复合蜂窝12的密度之差(ΔD)由涂料树脂的量确定并且等于涂料树脂的量。典型地通过将未涂覆的前体12P浸入含有所希望的涂料树脂的溶液的浸渍槽中来施用涂料树脂。从浸渍槽中取出涂覆的前体，并且然后固化。重复此浸渍程序，直到希望量的涂料树脂被施用。
每个浸渍循环所需的固化过程既费时又成本高昂。因此，优选将浸渍循环数限制为从1至4个浸渍循环，并且特别优选2个浸渍循环。优选的是密度为从3至6磅/立方英尺(48至96千克/立方米)的复合蜂窝的ΔD在0.3至1.5磅/立方英尺(4.8至24千克/立方米)的范围内。对于密度为从4至5磅/立方英尺(64至80千克/立方米)的复合蜂窝，优选的ΔD为从0.4至1.2磅/立方英尺(6.4至19千克/立方米)。相对于蜂窝的总重量，涂料树脂的存在量应等于蜂窝总重量的从10至25重量百分比。优选地，涂料树脂的量将等于蜂窝总重量的从18至22重量百分比。
用于制造上波纹状带和下波纹状带的预浸料包含纤维支撑物和未固化高温树脂。优选的是上波纹状带的第一纤维支撑物与下波纹状带的第二纤维支撑物相同。纤维支撑物必须能够承受高温(350°F至700°F)。合适的纤维支撑物包括碳纤维、玻璃纤维和陶瓷纤维。优选玻璃纤维。纤维支撑物可以呈织造织物或非织造织物的形式。织造玻璃织物是优选的。对于密度为从4至5磅/立方英尺(64至80千克/立方米)的蜂窝，优选的玻璃织物具有从140至160克/立方米(gsm)的面积重量并且更优选地从145至155gsm的面积重量。
用于上波纹状带和下波纹状带的未固化高温树脂优选相同。高温树脂必须能够承受350°F至500°F并且更优选350°F至700°F的使用温度。合适的高温树脂包括苯并噁嗪、双马来酰亚胺、氰酸酯树脂、高温环氧树脂、聚酰亚胺、邻苯二甲腈和聚酰胺酰亚胺。示例性聚酰亚胺可从Industrial Summit Technology Corporation(新泽西帕林)以商品名700和705获得。其他示例性聚酰亚胺是可从Unitech Corporation(维吉尼亚州阿灵顿)获得的Unitech RP46和RP50。示例性聚酰胺酰亚胺可从Solvay SpecialtyPolymers(乔治亚州阿法乐特)以商品名/>A-10获得。示例性苯并噁嗪包括可从Huntsman(德克萨斯州伍德兰兹)获得的XU35910苯并噁嗪。示例性双马来酰亚胺包括也可从Huntsman(德克萨斯州伍德兰兹)获得的MATRIMID双马来酰亚胺。示例性氰酸酯树脂包括可从Lonza(乔治亚州阿法乐特)获得的PRIMASET氰酸酯树脂。示例性高温环氧树脂包括可从Cotronics Corporation(纽约布鲁克林)获得的DURALCO 4703。公开的美国专利申请US2014/0378942 A1中阐述了示例性邻苯二甲腈树脂。示例性邻苯二甲腈树脂可从MaverickCorporation(俄亥俄州蓝灰城)以商品名MVK-3商购。示例性邻苯二甲腈树脂也可从Renegade Materials Corporation(俄亥俄州斯普林保罗(Springboro)和JFCTechnologies(新泽西州邦德布鲁克(Bound Brook))获得。
用于形成波纹状带的预浸料中高温树脂的量应使得复合蜂窝的波纹状带中高温树脂基质的量在波纹状带重量的15与20重量百分比之间。典型地，预浸料中未固化高温树脂的重量(树脂含量)将与蜂窝波纹状带中高温树脂基质的重量(树脂基质含量)大致相同。预浸料的优选树脂含量为从15至30重量百分比。20至25的预浸料树脂含量是特别优选的。
用于将复合波纹状带通道与波纹状带节点结合的节点粘合剂必须是高温节点粘合剂，所述高温节点粘合剂能够承受350°F至500°F并且优选350°F至700°F的使用温度。上面列出的用作预浸料树脂的示例性高温树脂也可以用作高温节点粘合剂。如果希望，用作预浸料树脂的相同高温树脂也可以用作节点粘合剂。
涂料树脂还必须是能够承受350°F至500°F并且优选350°F至700°F的使用温度的高温涂料树脂。用作预浸料树脂的示例性高温树脂也可以用作高温涂料树脂。如果希望，用作预浸料树脂的相同高温树脂也可以用作节点粘合剂和涂料树脂。预浸料树脂、节点粘合剂和涂料树脂不同的示例性组合包括：聚酰亚胺预浸料树脂/聚酰亚胺节点粘合剂/聚酰胺酰亚胺涂料树脂；和聚酰胺酰亚胺预浸料树脂/聚酰亚胺节点粘合剂/聚酰亚胺涂料树脂。
对于密度为从3至6磅/立方英尺(48至96千克/立方米)的蜂窝，单元的截面面积典型地将在从0.5平方英寸至0.2平方英寸的范围内。对于声学应用，单元的深度(蜂窝或核心厚度T)通常将在从0.25至3英寸的范围内。波纹状带的壁厚典型地将在从0.005至0.01英寸的范围内。对于喷气发动机短舱，复合蜂窝单元典型地将具有约0.1至0.5平方英寸的截面面积、大约0.025至0.05英寸的壁厚和约1.0至2.0英寸的深度。优选的高温复合蜂窝具有4至5磅/立方英尺(64至80千克/立方米)的密度，单元尺寸为0.08至0.12平方英寸，这对应于在横向上30至40个单元/直线英尺。
当蜂窝12包括声学插入件14时，声学插入件可以是可用于形成隔板帽的任何标准声学材料。这些声学材料典型地提供为相对薄的片材，所述片材是设计用于提供噪声衰减的穿孔的、多孔的或开放的网状织物。在将隔板放置在复合蜂窝单元内之前或之后，在实心片材材料中形成穿孔。尽管可以使用任何合适的金属、陶瓷或塑料声学材料，但条件是它能够承受350°F至500°F并且优选350°F至700°F的使用温度。优选的是，声学材料是聚醚醚酮(PEEK)或适用于高温应用的类似耐化学性聚合物材料。PEEK的片材或膜可从许多来源商购，诸如以商品名PEEKTM聚合物的生产PEEK片材的美国Victrex(南卡罗来纳州格林维尔)。/>聚酰亚胺膜可以用作PEEK膜的替代品。/>聚酰亚胺膜可从DuPont Chemical Company(密歇根州米德兰)获得。
当使用实心膜作为隔板材料时，在帽的平面部分的整个边界内对膜进行钻孔。可以使用激光或其他合适的钻孔系统来钻孔。由PEEK制成的开放网眼单丝织物优选用于高温应用。开放网眼单丝声学织物片材可以从SEFAR America Inc.(纽约州布法罗)以商品名SEFAR PETEX、SEFAR NITEX和SEFAR PEEKTEX获得。
实践实施例如下：
制备复合蜂窝，其中预浸料的纤维支撑物是面积重量为150gsm的织造玻璃纤维织物。预浸料的高温树脂是最高使用温度为约500°F的A-10聚酰胺酰亚胺(PAI)。基于预浸料的总重量，预浸料的树脂含量(RC)是23重量百分比。预浸料用于制造波纹状带，其在形成蜂窝前体时用作上波纹状带和下波纹状带两者。将预浸料片材(29英寸乘20英寸)形成与如图1和图3中所示的波纹状构造匹配的波纹状带构造，其为在/>HRP蜂窝中使用的相同构造。将波纹状预浸料在520°F下部分固化120分钟以固定波纹形状。
将A-10聚酰胺酰亚胺(PAI)施用于部分固化的波纹状预浸料的适当节点。PAI节点粘合剂沿节点以约0.3磅/立方英尺的速率施用。将部分固化的波纹状预浸料堆叠、对齐并且在400°F下固化30分钟以形成蜂窝前体。蜂窝前体具有3.55磅/立方英尺(pcf)(56.9千克/立方米(Kg/m3))的密度。通过将蜂窝前体浸没在含有溶解在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的PAI的溶液中，将高温涂料树脂施用于蜂窝前体。从溶液中取出蜂窝前体并且在400°F下干燥/固化90分钟。
通过进行两次浸渍/干燥程序形成密度为4.0pcf(64Kg/m3)的第一示例性蜂窝(第一实施例)。通过以下方式形成密度为4.7pcf(75Kg/m3)的第二示例性蜂窝(第二实施例)：进行两次浸渍/干燥过程，其中在涂覆步骤中施用较重的涂料。第一蜂窝中涂料树脂的密度为0.45pcf(7.2Kg/m3)，此量为总复合蜂窝重量的11重量百分比(11％的涂料树脂含量)。第二蜂窝中涂料树脂的密度为1.15pcf(18.4Kg/m3)，此量为总复合蜂窝重量的24重量百分比(24％的涂料树脂含量)。纤维支撑物的面积重量(gsm)与第一示例性蜂窝的涂料树脂含量(CRC之间的比率为13.6:1。纤维支撑物的面积重量(gsm)与第二示例性蜂窝的CRC之间的比率为(6.2:1)。
使用标准剪切评估程序(ASTM C273)和稳定压缩试验(ASTM C365)在室温下确定这两种示例性复合蜂窝的纵向剪切强度(LSR)、横向剪切强度(WSR)和稳定压缩强度(SCR)。对于第一示例性蜂窝，SCR为约480磅/平方英寸(psi)，LSR为约210psi，并且WSR为约140psi。WSR是LSR的约67百分比。对于第二示例性蜂窝，SCR为约750psi，LSR为约260psi，并且WSR为约170psi。WSR是LSR的约65百分比。
对于比较，还测试HRP-F35-4.5复合蜂窝的SCR、LSR和WSR。/>HRP-F35-4.5蜂窝具有在纵向上35个单元/直线英尺和4.5pcf(72Kg/m3)的密度。用于制造HRP-F35-4.5蜂窝的预浸料由面积重量为107gsm的织造玻璃织物和温度上限为350°F的酚醛树脂构成。使用相同酚醛树脂作为涂料树脂，并且使用聚酰胺酰亚胺作为节点粘合剂。HRP-F35-4.5蜂窝的涂料树脂含量(CRC)平均为28重量百分比(28％涂料树脂含量)。纤维支撑物的面积重量(gsm)与/>HRP-F35-4.5复合蜂窝的CRC之间的比率为3.8:1。
HRP-F35-4.5复合蜂窝的SCR为约600psi，LSR为约300psi，并且WSR为约145psi。WSR是LSR的约48百分比。
HRP-F35-4.5蜂窝的LSR高于这两种示例性高温复合蜂窝的LSR，如由于HRP-F35-4.5蜂窝的涂料树脂含量(CRC)更高所预期的。然而，出乎意料的是，这两种示例性复合蜂窝的WSR高于HRP-F35-4.5蜂窝的WSR。结果是，与HRP-F35-4.5蜂窝(WSR＝LSR的48％)相比，这两种示例性蜂窝的方向剪切强度(WSR＝LSR的65％或67％)显著更加对称。
为了实现根据本发明的对称的方向剪切强度，纤维支撑物重量(gsm)与涂料树脂的重量百分比之间的比率(FAW:CRC)应在从15:1至5:1的范围内。如从以上实施例中可以看出，第一实施例提供了相对高的对称剪切强度(WSR＝LSR的67％)，并且FAW:CRC为13.6:1。第二实施例也提供了相对高的对称剪切强度(WSR＝LSR的65％)，并且FAW:CRC为6.2:1。由于相对较小的CRC，第一实施例的SCR(480psi)显著低于第二实施例(CSR＝750psi)。因此，如果希望相对高的CSR，则优选的是高温复合蜂窝的FAW:CRC处在范围的下限并且优选从10:1至6:1。
优选的是，纤维支撑物的面积重量和CRC使得高温复合蜂窝的FAW:CRC提供高对称剪切强度和高SCR的组合。用于获得组合的高对称剪切强度和高CSR的示例性FAW:CRC范围为从8:1至7:1。对于复合带由面积重量不同的纤维支撑物构成的情况，蜂窝的FAW是不同纤维支撑物的面积重量的加权平均值。
已经如此描述了本发明的示例性实施方案，本领域技术人员应当注意，本公开文本中的仅是示例性的，并且在本发明的范围内可以做出各种其他替代方案、改编和修改。因此，本发明不受上述实施方案的限制，而仅受以下权利要求的限制。

Claims (20)

1.一种柔性复合蜂窝，其适用于在高温环境中使用，所述柔性复合蜂窝具有纵向、横向和厚度方向，其中所述柔性复合蜂窝具有在所述纵向上测量的纵向剪切强度和在所述横向上测量的横向剪切强度，所述柔性复合蜂窝包括：
多个上波纹状带，其包括第一多数量组的交替的上通道和上节点，所述第一多数量组在所述纵向上延伸，其中每个所述上通道和每个所述上节点在所述厚度方向上延伸，并且其中每个所述上波纹状带包括第一纤维支撑物和第一高温树脂基质；
多个下波纹状带，其包括第二多数量组的交替的下通道和下节点，所述第二多数量组在所述纵向上延伸，其中每个所述下通道和每个所述下节点在所述厚度方向上延伸，并且其中每个所述下波纹状带包括第二纤维支撑物和第二高温树脂基质，所述上波纹状带和下波纹状带形成蜂窝结构，所述蜂窝结构包括交替的上波纹状带和下波纹状带层，所述层在所述横向上堆叠，其中所述上波纹状带的通道用高温节点粘合剂结合至所述下波纹状带的节点，并且其中所述下波纹状带的通道用高温节点粘合剂结合至所述上波纹状带的节点使得形成多个蜂窝单元，其中每个所述蜂窝单元在所述厚度方向上延伸，所述蜂窝单元各自具有左侧和右侧，其中每个所述蜂窝单元由蜂窝单元壁限定，所述蜂窝单元壁包括下壁和上壁，所述下壁在所述蜂窝单元的所述左侧与所述右侧之间延伸，所述上壁也在所述蜂窝单元的所述左侧与所述右侧之间延伸，所述下壁包括下凹左端部、下凹右端部和位于所述下凹左端部与所述下凹右端部之间的下中央凸部，所述上壁包括上凸左端部、上凸右端部和位于所述上凸左端部与所述上凸右端部之间的上中央凹部，其中所述下凹左端部和所述上凸左端部连接形成沿所述单元的左侧的左接合部，并且所述下凹右端部和所述上凸右端部连接形成沿所述单元的右侧的右接合部，所述蜂窝结构具有未涂覆的蜂窝密度；以及
覆盖所述蜂窝单元壁的高温涂料树脂，所述高温涂料树脂的存在量等于所述柔性复合蜂窝的总重量的从10至25重量百分比，所述柔性复合蜂窝具有从3至6磅/立方英尺的密度，并且其中所述横向剪切强度是所述纵向剪切强度的至少60百分比，
其中纤维支撑物重量与涂料树脂的重量百分比之间的比率在从15:1至5:1的范围内。
2.根据权利要求1所述的柔性复合蜂窝，其中所述高温涂料树脂的存在量等于所述柔性复合蜂窝的总重量的从18至22重量百分比。
3.根据权利要求2所述的柔性复合蜂窝，其中所述柔性复合蜂窝具有从4至5磅/立方英尺的密度。
4.根据权利要求3所述的柔性复合蜂窝，其中所述横向剪切强度是所述纵向剪切强度的至少65百分比。
5.根据权利要求1所述的柔性复合蜂窝，其中所述第一纤维支撑物和所述第二纤维支撑物各自包括面积重量为从140至160克/平方米的玻璃织物。
6.根据权利要求4所述的柔性复合蜂窝，其中所述第一纤维支撑物和所述第二纤维支撑物各自包括面积重量为从145至155克/平方米的玻璃织物。
7.根据权利要求1所述的柔性复合蜂窝，其中所述高温节点粘合剂、所述高温第一树脂基质、所述高温第二树脂基质和所述高温涂料树脂选自苯并噁嗪、双马来酰亚胺、氰酸酯树脂、高温环氧树脂、聚酰亚胺、邻苯二甲腈和聚酰胺酰亚胺。
8.根据权利要求4所述的柔性复合蜂窝，其中所述高温节点粘合剂、所述高温第一树脂基质、所述高温第二树脂基质和所述高温涂料树脂选自苯并噁嗪、双马来酰亚胺、氰酸酯树脂、高温环氧树脂、聚酰亚胺、邻苯二甲腈和聚酰胺酰亚胺。
9.根据权利要求1所述的柔性复合蜂窝，其中声学隔板位于一个或多个所述蜂窝单元内。
10.一种用于制造柔性复合蜂窝的方法，所述柔性复合蜂窝适用于在高温环境中使用，所述柔性复合蜂窝具有纵向、横向和厚度方向，其中所述柔性复合蜂窝具有在所述纵向上测量的纵向剪切强度和在所述横向上测量的横向剪切强度，所述方法包括以下步骤：
A)提供蜂窝前体，所述蜂窝前体包括：
a)多个上波纹状带，其包括第一多数量组的交替的上通道和上节点，所述第一多数量组在所述纵向上延伸，其中每个所述上通道和每个所述上节点在所述厚度方向上延伸，并且其中每个所述上波纹状带包括第一纤维支撑物和第一高温树脂基质；
b)多个下波纹状带，其包括第二多数量组的交替的下通道和下节点，所述第二多数量组在所述纵向上延伸，其中每个所述下通道和每个所述下节点在所述厚度方向上延伸，并且其中每个所述下波纹状带包括第二纤维支撑物和第二高温树脂基质，所述上波纹状带和下波纹状带形成蜂窝结构，所述蜂窝结构包括交替的上波纹状带和下波纹状带层，所述层在所述横向上堆叠，其中所述上波纹状带的通道用高温节点粘合剂结合至所述下波纹状带的节点，并且其中所述下波纹状带的通道用高温节点粘合剂结合至所述上波纹状带的节点使得形成多个蜂窝单元，其中每个所述蜂窝单元在所述厚度方向上延伸，所述蜂窝单元各自具有左侧和右侧，其中每个所述蜂窝单元由蜂窝单元壁限定，所述蜂窝单元壁包括下壁和上壁，所述下壁在所述蜂窝单元的所述左侧与所述右侧之间延伸，所述上壁也在所述蜂窝单元的所述左侧与所述右侧之间延伸，所述下壁包括下凹左端部、下凹右端部和位于所述下凹左端部与所述下凹右端部之间的下中央凸部，所述上壁包括上凸左端部、上凸右端部和位于所述上凸左端部与所述上凸右端部之间的上中央凹部，其中所述下凹左端部和所述上凸左端部连接形成沿所述单元的左侧的左接合部，并且所述下凹右端部和所述上凸右端部连接形成沿所述单元的右侧的右接合部，所述蜂窝结构具有未涂覆的蜂窝密度；以及
B)将所述蜂窝单元壁用高温涂料树脂覆盖以形成所述柔性复合蜂窝，所述高温涂料树脂的存在量等于所述柔性复合蜂窝的总重量的从10至25重量百分比，所述柔性复合蜂窝具有从3至6磅/立方英尺的密度，并且其中所述横向剪切强度是所述纵向剪切强度的至少60百分比，
其中纤维支撑物重量与涂料树脂的重量百分比之间的比率在从15:1至5:1的范围内。
11.根据权利要求10所述的用于制造柔性复合蜂窝的方法，其中所述高温涂料树脂的存在量等于所述柔性复合蜂窝的总重量的从18至22重量百分比。
12.根据权利要求10所述的用于制造柔性复合蜂窝的方法，其中所述柔性复合蜂窝具有从4至5磅/立方英尺的密度。
13.根据权利要求12所述的用于制造柔性复合蜂窝的方法，其中所述横向剪切强度是所述纵向剪切强度的至少65百分比。
14.根据权利要求10所述的用于制造柔性复合蜂窝的方法，其中所述第一纤维支撑物和所述第二纤维支撑物各自包括面积重量为从140至160克/平方米的玻璃织物。
15.根据权利要求14所述的用于制造柔性复合蜂窝的方法，其中所述第一纤维支撑物和所述第二纤维支撑物各自包括面积重量为从145至155克/平方米的玻璃织物。
16.根据权利要求10所述的用于制造柔性复合蜂窝的方法，其中所述高温节点粘合剂、所述高温第一树脂基质、所述高温第二树脂基质和所述高温涂料树脂选自苯并噁嗪、双马来酰亚胺、氰酸酯树脂、高温环氧树脂、聚酰亚胺、邻苯二甲腈和聚酰胺酰亚胺。
17.根据权利要求14所述的用于制造柔性复合蜂窝的方法，其中所述高温节点粘合剂、所述高温第一树脂基质、所述高温第二树脂基质和所述高温涂料树脂选自苯并噁嗪、双马来酰亚胺、氰酸酯树脂、高温环氧树脂、聚酰亚胺、邻苯二甲腈和聚酰胺酰亚胺。
18.根据权利要求10所述的用于制造柔性复合蜂窝的方法，其包括将声学隔板安置在一个或多个所述蜂窝单元内的另外步骤。
19.根据权利要求10所述的用于制造柔性复合蜂窝的方法，其中将所述蜂窝单元壁用所述高温涂料树脂覆盖由第一施用步骤和第二施用步骤组成，在所述第一施用步骤中将第一高温涂料树脂层施用于所述蜂窝单元壁，在所述第二施用步骤中将第二高温涂料树脂层施用于所述第一高温涂料树脂层。
20.根据权利要求17所述的用于制造柔性复合蜂窝的方法，其中将所述蜂窝单元壁用所述高温涂料树脂覆盖由第一施用步骤和第二施用步骤组成，在所述第一施用步骤中将第一高温涂料树脂层施用于所述蜂窝单元壁，在所述第二施用步骤中将第二高温涂料树脂层施用于所述第一高温涂料树脂层。
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