一種金屬複合板材及其製備方法與流程

2023-06-10 15:36:46

本發明涉及一種金屬複合板材及其製備方法。
背景技術：
：目前，金屬複合板材通常是將金屬板、預浸纖維布和金屬板進行疊合，然後進行熱壓而形成。但是，通過上述方法得到的金屬複合板材，其上下金屬板與中間層的層間結合力還有待進一步提高。技術實現要素：本發明的目的在於提供一種上下金屬板與中間層的層間結合力較高的金屬複合板材及其製備方法。為了實現上述目的，本發明提供一種金屬複合板材，其中，該金屬複合板材由兩片金屬板夾持結合泡沫金屬纖維層而成，其中，所述泡沫金屬纖維層由泡沫金屬、第一纖維、第二纖維、第三纖維以及填料形成；所述第一纖維穿插於所述泡沫金屬長度方向上的兩個端面，所述第二纖維穿插於所述泡沫金屬寬度方向上的兩個端面，所述第三纖維穿插於所述泡沫金屬厚度方向上的兩個端面，且所述第一纖維、所述第二纖維和所述第三纖維相交形成三維立體網狀結構；所述泡沫金屬的至少部分孔隙被填料填充。本發明還提供上述金屬複合板材的製備方法，其中，該方法包括以下步驟：1)使所述第一纖維穿插於所述泡沫金屬長度方向上的兩個端面，使所述第二纖維穿插於所述泡沫金屬寬度方向上的兩個端面，使所述第三纖維穿插於所述泡沫金屬厚度方向上的兩個端面，且使所述第一纖維、所述第二 纖維和所述第三纖維相交形成三維立體網狀結構；2)在所述泡沫金屬的至少部分孔隙填充所述填料，得到泡沫金屬纖維層；3)使上下金屬板和所述泡沫金屬纖維層通過振動摩擦焊的扣合，成為一體。通過上述技術方案，使用泡沫金屬纖維層代替樹脂預浸纖維布層，同時將其間的空洞進行填塞，泡沫金屬及填料起到抗壓作用和增強層間結合力作用，泡沫金屬及填料在一定程度上保護了纖維層在壓合的情況下出現的斷裂現象，進而通過振動摩擦焊增強了金屬板之間的結合強度，衝擊時不易出現層間的滑動，從而加強了金屬複合板材整體的力學性能。本發明的其它特徵和優點將在隨後的具體實施方式部分予以詳細說明。具體實施方式以下對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用於說明和解釋本發明，並不用於限制本發明。本發明提供一種金屬複合板材，其中，該金屬複合板材由兩片金屬板夾持結合泡沫金屬纖維層而成，其中，所述泡沫金屬纖維層由泡沫金屬、第一纖維、第二纖維、第三纖維以及填料形成；所述第一纖維穿插於所述泡沫金屬長度方向上的兩個端面，所述第二纖維穿插於所述泡沫金屬寬度方向上的兩個端面，所述第三纖維穿插於所述泡沫金屬厚度方向上的兩個端面，且所述第一纖維、所述第二纖維和所述第三纖維相交形成三維立體網狀結構；所述泡沫金屬的至少部分孔隙被填料填充。在本發明中，所述第一纖維、第二纖維和第三纖維分別在多個平面上對所述泡沫金屬進行穿插，使得所述第一纖維、所述第二纖維和所述第三纖維 相交形成三維立體網狀結構。優選地，所述第一纖維、所述第二纖維和所述第三纖維兩兩垂直相交形成三維立體網狀結構。在本發明中，在同一平面，相鄰兩條第一纖維之間的間距可以根據泡沫金屬的尺寸、孔徑與孔隙率來適當地進行選擇，優選地，在同一平面，相鄰兩條第一纖維之間的間距為0.1-2.5mm，更優選為1-2.5mm。在本發明中，在同一平面，相鄰兩條第二纖維之間的間距可以根據泡沫金屬的尺寸、孔徑與孔隙率來適當地進行選擇，優選地，在同一平面，相鄰兩條第二纖維之間的間距為0.1-2.5mm，更優選為1-2.5mm。在本發明中，在同一平面，相鄰兩條第三纖維之間的間距可以根據泡沫金屬的尺寸、孔徑與孔隙率來適當地進行選擇，優選地，在同一平面，相鄰兩條第三纖維之間的間距為0.1-2.5mm，更優選為1-2.5mm。根據本發明，所述第一纖維、第二纖維和第三纖維可以相同也可以不同，各自獨立地為玻璃纖維和/或碳纖維。優選地，所述第一纖維、第二纖維和第三纖維相同，為玻璃纖維和/或碳纖維。另外，在本發明中，所述第一纖維通常是以一束纖維的形式使用，纖維束的直徑根據所述泡沫金屬的孔徑來選擇，只要能夠穿插所述泡沫金屬即可(通常為小於所述泡沫金屬的孔徑即可，優選小於所述泡沫金屬的孔徑的2倍以上)。例如，在所述泡沫金屬的孔徑為0.5-5mm時，所述纖維束的直徑可以為0.05-0.1mm。根據本發明，所述泡沫金屬可以為本領域常規使用的各種泡沫金屬。優選地，所述泡沫金屬的材質為鋁合金、鈦合金、鎂合金、合金鋼或銅合金。作為上述泡沫金屬的孔隙率優選為80-98％，更優選為90-98％。所述泡沫金屬的孔徑為0.5-5mm；優選為0.5-2.5mm。在本發明中，泡沫金屬的孔隙率是指泡沫金屬中所有孔隙的體積與泡沫 金屬總體積之比。根據本發明，所述泡沫金屬纖維層(也即泡沫金屬的厚度)的厚度沒有特別的限定，例如可以為0.8-50mm，優選為0.8-30mm。根據本發明，優選地，所述填料為樹脂、無機填料或兩者的組合。作為所述樹脂可以為熱塑性樹脂和熱固性樹脂中的一種或多種。優選地，所述熱塑性樹脂例如可以為聚醯亞胺(PI)、聚苯硫醚(PPS)、聚苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、環氧樹脂和酚醛樹脂中的一種或多種。另外，作為上述無機填料為陶瓷粉末、金屬顆粒、石英砂、玻璃粉末和玻璃纖維中的一種或多種。在本發明中，在所述填料為粉末狀或顆粒狀時，其平均粒度優選為10-1000μm，更優選為10-500μm，進一步優選為10-100μm。在所述填料為棒狀(例如為玻璃纖維)時，其直徑可以為1-300μm，優選為3-80μm；其長度可以為100-1000μm，優選為100-300μm。在本發明的一個優選的實施方式中，所述填料為玻璃纖維和聚苯硫醚，所述玻璃纖維的含量為15-35重量％，優選為28-32重量％。為該填料時，可以通過模內鑲嵌注塑工藝將填料填充到所述泡沫金屬中。在本發明的另一個優選的實施方式中，通過將所述填料灌入所述泡沫金屬中後，進行抽真空乾燥得到所述泡沫金屬纖維層。所述填料例如可以為玻璃纖維和環氧樹脂，所述玻璃纖維的含量為15-35重量％，優選為28-32重量％。為該填料時，可以將泡沫金屬置於器皿中，使用混合有玻璃纖維的液態環氧樹脂灌入泡沫金屬中，將器皿放置真空乾燥箱內，抽真空，然後待其氣泡消散後，在15-40℃的條件下進行固化2-6h，得到泡沫金屬纖維層。在本發明的另一個優選的實施方式中，所述填料為陶瓷粉末。為該填料時，可以通過冷壓工藝將填料填充到所述泡沫金屬中。另外，為了進一步提高得到的金屬複合板材的強度，優選所述泡沫金屬的孔隙的至少90％以上被填料填充；更優選所述泡沫金屬的孔隙被填料填充滿。根據本發明，所述金屬板的材質為鋁合金、鎂合金、鈦合金、銅或合金鋼。優選地，所述金屬板的材質為鋁合金或鎂合金。所述金屬板的厚度可以為0.15-5mm，優選為0.2-2mm。根據本發明，優選地，上下金屬板和所述泡沫金屬纖維層通過振動摩擦焊的扣合，成為一體。在本發明中，上下金屬板和所述泡沫金屬纖維層通過振動摩擦焊的扣合，成為一體，具有顯著加強層間結合力的效果。本發明還提供上述金屬複合板材的製備方法，其中，該方法包括以下步驟：1)使所述第一纖維穿插於所述泡沫金屬長度方向上的兩個端面，使所述第二纖維穿插於所述泡沫金屬寬度方向上的兩個端面，使所述第三纖維穿插於所述泡沫金屬厚度方向上的兩個端面，且使所述第一纖維、所述第二纖維和所述第三纖維相交形成三維立體網狀結構；2)在所述泡沫金屬的至少部分孔隙填充所述填料，得到泡沫金屬纖維層；3)使上下金屬板和所述泡沫金屬纖維層通過振動摩擦焊的扣合，成為一體。本發明的方法用於製備上述的上述金屬複合板材，所述金屬板、第一纖維、第二纖維、第三纖維、泡沫金屬以及填料與上述相同。另外，所述第一纖維、第二纖維和第三纖維的穿插方向等也與上述相同。根據本發明，優選地，步驟2)，在所述泡沫金屬的90％以上的孔隙填充所述填料，更優選地，在所述泡沫金屬的孔隙填充滿所述填料。另外，在本發明的一個優選的實施方式中，所述填料為玻璃纖維和聚苯硫醚，所述玻璃纖維的含量為15-35重量％。為該填料時，可以通過模內鑲嵌注塑工藝將填料填充到所述泡沫金屬中。所述鑲嵌注塑工藝為將泡沫金屬加工成特定形狀，嵌於空穴中，然後進行合模注塑的工藝。在本發明的另一個優選的實施方式中，通過將所述填料灌入所述泡沫金屬中後，進行抽真空乾燥得到所述泡沫金屬纖維層。所述填料例如可以為玻璃纖維和環氧樹脂，所述玻璃纖維的含量為15-35重量％，優選為28-32重量％。為該填料時，可以將泡沫金屬置於器皿中，使用混合有玻璃纖維的液態環氧樹脂灌入泡沫金屬中，將器皿放置真空乾燥箱內，抽真空，然後待其氣泡消散後，在15-40℃的條件下進行固化2-6h，得到泡沫金屬纖維層。在本發明的另一個優選的實施方式中，所述填料為陶瓷粉末。為該填料時，可以通過熱壓工藝將填料填充到所述泡沫金屬中。所述熱壓工藝為加熱加壓固化工藝。根據本發明，步驟3)中，振動摩擦焊通常是將金屬板、泡沫金屬纖維層和金屬板的順序進行疊合，然後對上方的金屬板實施振動摩擦焊。作為振動摩擦焊的條件沒有特別的限定，可以為本領域的常規條件。例如：震動的頻率可以為100-300HZ，振幅可以為1-2mm，時間可以為30s-180s。所述振動摩擦焊可以在本領域公知的設備上進行。以下將通過實施例對本發明進行詳細描述。實施例11)將玻璃纖維束(直徑為0.05-0.1mm)分別沿長度方向、寬度方向和厚度方向貫穿於泡沫鋁(長度為200mm，寬度為100mm，厚度為20mm，具有通孔結構，孔徑為0.5mm-5.0mm，孔隙率為95％)中，玻璃纖維束在泡沫金屬的長度方向、寬度方向和厚度方向上均勻分布，且以同一平面相鄰的 纖維束之間的間距為1mm的方式均勻排布(也即，在長度方向上貫穿的玻璃纖維束在寬度方向和厚度方向的平面上均勻分布，且在寬度方向和厚度方向的平面上相鄰的兩條纖維束之間的間距為1mm，；在寬度的方向上貫穿的玻璃纖維束在長度方向和厚度方向的平面上均勻分布，且在長度方向和厚度方向的平面上相鄰的兩條纖維束之間的間距為1mm；在厚度的方向上貫穿的玻璃纖維束在長度方向和寬度方向的平面上均勻分布，且長度方向和寬度方向的相鄰的兩條纖維束之間的間距為1mm)，使得長度方向貫穿的纖維束、寬度方向貫穿的纖維束和厚度方向貫穿的纖維束兩兩垂直相交形成三維立體網狀結構。2)將貫穿好纖維的泡沫鋁放置在器皿內，然後將混合有玻璃纖維(直徑為3-80μm，長度為100-300μm)的液態環氧樹脂(購於美國標樂Buehler公司，牌號為20-8136-128)灌入泡沫鋁內，將器皿放置真空乾燥箱內，抽真空，然後待其氣泡消散後，在25℃的條件下進行固化4h，得到泡沫金屬纖維層，厚度為2mm；其中，混合有玻璃纖維的液態環氧樹脂中的玻璃纖維的含量為30重量％。3)使用兩片鋁合金金屬板(厚度為2mm)夾持得到的泡沫金屬纖維層，通過振動摩擦焊的扣合，成為一體，得到金屬複合板材A1。其中，振動摩擦焊的條件為震動的頻率為200HZ，振幅為1mm，時間為60s。實施例2按照實施例1的方法進行，不同的是，玻璃纖維束在泡沫金屬的長度方向、寬度方向和厚度方向上均勻分布，且以同一平面相鄰的纖維束之間的間距為2.5mm的方式均勻排布。同樣地得到金屬複合板材A2。實施例3按照實施例1的方法進行，不同的是，玻璃纖維束在泡沫金屬的長度方向、寬度方向和厚度方向上均勻分布，且以同一平面相鄰的纖維束之間的間距為1.5mm的方式均勻排布。同樣地得到金屬複合板材A3。對比例1按照實施例1的方法進行，不同的是，泡沫鋁未貫穿玻璃纖維，得到金屬複合板材D1。測試例1採用萬能拉拔試驗機，按照GB/T228.1-2010的標準對上述得到的金屬複合板材A1-A3和D1進行拉拔強度測試，其結果表示在表1中。表1金屬複合板材拉拔強度(Mpa)A1595.3A2556.5A3574.2D1384.8以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明並不限於上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思範圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬於本發明的保護範圍。另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重複，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp