一種層間增韌的碳纖維-金屬層合板的製作方法

2023-05-18 10:26:16 1

專利名稱：一種層間增韌的碳纖維-金屬層合板的製作方法
技術領域：
本發明屬於纖維-金屬層合結構複合材料製造技術領域，涉及一種層間增韌的碳纖維-金屬層合板。
背景技術：
纖維-金屬層合板是一類新型的混雜增強結構複合材料，國際上統稱為FML (Fiber-Metal Laminate)層合板，其典型代表是招合金 -芳糹侖纖維疊層複合材料層合板，國際上稱為ARALL (ARAamid-ALuminum Laminate),以及招合金-玻璃纖維疊層複合材料層合板，國際上稱為GLARE (GLAss-Reinforce aluminum)。參考文 獻(Vogelesang, L.，Development of a New Hybrid Material (ARALL) forAircraftStructure, Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev. , 1983, pp. 492-496)和美國發明專利(US. 5，039，571，US. 5，547，735和US. 5，219，629)都詳細研究了 FML疊層複合材料層合板的製備方法，力學性能及優點和潛在的應用領域。目前，GLARE已大面積地應用在A380飛機的上機身殼體結構上，是A380飛機材料技術的一個顯著的創新點。目前，國內外的FML複合材料均選擇不導電的芳綸纖維或玻璃纖維等而不選擇具有更好力學性能及界面性能的碳纖維作為增強、增韌材料，其原因在於碳纖維與鋁、鈦、鋼等金屬材料的電位差將會形成電化學腐蝕，影響這種材料的長期使用和服役性能，最終導致層合結構的結構失效而無法應用於航空結構的製造。

發明內容
本發明的目的是提出一種使用高性能碳纖維預浸料作為增強體，且不存在電化學腐蝕問題的層間增韌的碳纖維-金屬層合板。本發明的技術方案是所述的碳纖維-金屬層合板至少包括兩層金屬層板和一層碳纖維預浸料，在碳纖維預浸料與金屬層板之間均夾入一層面密度為15 20g/m2，厚度為3(T40 u m的尼龍無紡布作為增韌/隔離層，其中尼龍分子量為4飛，纖維直徑為1(T15 u m。層合板的鋪貼順序為金屬層板-增韌/隔離層-碳纖維預浸料-增韌/隔離層-金屬層板，其它更多層數的碳纖維-金屬層合板的疊放順序依此類推，完成層合板鋪貼後，利用熱壓罐成型工藝固化得到層間增韌的碳纖維-金屬層合板。所述的碳纖維預浸料中的纖維增強體為T300級碳纖維或1700級碳纖維或T800
級碳纖維。所述的碳纖維預浸料中的基體樹脂為高韌性環氧樹脂。所述的金屬層板是鋁合金層板或鈦合金層板或合金鋼層板。所述的增韌/隔離層尼龍無紡布所用的熱塑性高分子為尼龍6或尼龍66或尼龍1010。本發明的優點是選用具有高孔隙率的熱塑性尼龍無紡布作為層間增韌/隔離層，使樹脂基體在熱壓成型過程中能夠順利的在增韌/隔離層中發生滲透和浸潤，但增韌/隔離層與基體樹脂不發生溶解和分相，仍然保持了完整的無紡布結構形式。進而，通過尼龍無紡布與基體樹脂相互貫穿形成非反應誘導相分離的三維網絡結構，起到層間增韌的作用，同時隔斷了碳纖維增強體與金屬層板之間的接觸，起到了電化學阻隔作用，消除了碳纖維增強體與金屬層板之間由於電位差的存在而導致的電化學腐蝕問題，使具有優異力學性能的碳纖維可用於製備纖維-金屬層合板複合材料。


圖1是本發明層間增韌的碳纖維-金屬層合板結構示意圖，圖中1是金屬層板，2是增韌/隔離層，3是碳纖維預浸料。
具體實施例方式如圖1所示，所述的碳纖維-金屬層合板至少包括兩層金屬層板I和一層碳纖維預浸料3，在碳纖維預浸料與金屬層板之間均夾入一層面密度為15 20g/m2，厚度為3(T40 u m的尼龍無紡布作為增韌/隔離層2，其中尼龍分子量為4飛萬，纖維直徑為1(T15 u m。層合板的鋪貼順序為金屬層板-增韌/隔離層-碳纖維預浸料-增韌/隔離層-金屬層板，其它更多層數的碳纖維-金屬層合板的疊放順序依此類推，完成層合板鋪貼後，利用熱壓罐成型工藝固化得到層間增韌的碳纖維-金屬層合板。其製備方法如下a)對金屬層板進行表面毛化、溶劑擦洗去脂、酸洗及陽極化處理；b)將碳纖維預浸料所用的環氧樹脂基體溶解中溶劑中，配製為樹脂重量含量為40% 50%的環氧樹脂底膠；c)在經過表面處理後的金屬層板表面均勻的刷塗一層環氧樹脂底膠，在400C 60°C下乾燥6h 8h，溶劑揮發後底膠厚度為15 u nT20 u m ；d)在一張金屬層板塗覆了環氧樹脂底膠的一面依次鋪貼與金屬層板等尺寸的增韌/隔離層、碳纖維環氧樹脂預浸料、增韌/隔離層，將另一張等尺寸的金屬層板塗覆底膠的一面與上述最上層的增韌/隔離層貼合，完成碳纖維-金屬層合板的鋪貼預製過程；e)將完成鋪貼的層合板預製體封入真空袋，在熱壓罐中完成固化得到層間增韌的碳纖維-金屬層合板。下面通過實施例對本發明做進一步詳細說明。實施例1:根據HB/Z 197-1991標準所規定的方法對鋁合金層板進行表面毛化、去脂、酸洗及陽極化處理。在經過表面處理後的鋁合金層板表面均勻的刷塗一層環氧樹脂底膠，在60°C下乾燥6h，溶劑揮發後底膠厚度為15pm。在一張鋁合金層板塗覆了環氧樹脂底膠的一面依次鋪貼與鋁合金層板等尺寸的尼龍6無紡布、T300級碳纖維環氧樹脂預浸料、尼龍6無紡布，將另一張等尺寸的鋁合金層板塗覆環氧樹脂底膠的一面與上述最上層的尼龍6無紡布貼合，完成碳纖維-金屬層合板的鋪貼預製過程，將完成鋪貼的層合板預製體封入真空袋，在熱壓罐中完成固化得到層間增韌的碳纖維-金屬層合板。實施例2 根據HB/Z 197-1991標準所規定的方法對鈦合金層板進行表面毛化、去脂、酸洗及陽極化處理。在經過表面處理後的鈦合金層板表面均勻的刷塗一層環氧樹脂底膠，在40°C下乾燥8h，溶劑揮發後底膠厚度為15i!m。在一張鈦合金層板塗覆了環氧樹脂底膠的一面依次鋪貼與鈦合金層板等尺寸的尼龍66無紡布、T700級碳纖維環氧樹脂預浸料、尼龍66無紡布，將另一張等尺寸的鈦合金層板塗覆環氧樹脂底膠的一面與上述最上層的尼龍66無紡布貼合，完成碳纖維-金屬層合板的鋪貼預製過程，將完成鋪貼的層合板預製體封入真空袋，在熱壓罐中完成固化得到層間增韌的碳纖維-金屬層合板。實施例3 根據HB/Z 197-1991標準所規定的方法對合金鋼層板進行表面毛化、去脂、酸洗及陽極化處理。在經過表面處理後的合金鋼層板表面均勻的刷塗一層環氧樹脂底膠，在50°C下乾燥7h，溶劑揮發後底膠厚度為20i!m。在一張合金鋼層板塗覆了環氧樹脂底膠的一面依次鋪貼與合金鋼層板等尺寸的尼龍1010無紡布、T700級碳纖維環氧樹脂預浸料、尼龍1010無紡布，將另一張等尺寸的合金鋼層板塗覆環氧樹脂底膠的一面與上述最上層的尼龍1010無紡布貼合，完成碳纖維-金屬層合板的鋪貼預製過程，將完成鋪貼的層合板預 制體封入真空袋，在熱壓罐中完成固化得到層間增韌的碳纖維-金屬層合板。實施例4 根據HB/Z 197-1991標準所規定的方法對鋁合金層板進行表面毛化、去脂、酸洗及陽極化處理。在經過表面處理後的鋁合金層板表面均勻的刷塗一層環氧樹脂底膠，在60°C下乾燥6h，溶劑揮發後底膠厚度為20i!m。在一張鋁合金層板塗覆了環氧樹脂底膠的一面依次鋪貼與鋁合金層板等尺寸的尼龍66無紡布、T800級碳纖維環氧樹脂預浸料、尼龍66無紡布，將另一張等尺寸的鋁合金層板塗覆環氧樹脂底膠的一面與上述最上層的尼龍66無紡布貼合，完成碳纖維-金屬層合板的鋪貼預製過程，將完成鋪貼的層合板預製體封入真空袋，在熱壓罐中完成固化得到層間增韌的碳纖維-金屬層合板。實施例5 根據HB/Z 197-1991標準所規定的方法對合金鋼層板進行表面毛化、去脂、酸洗及陽極化處理。在經過表面處理後的合金鋼層板表面均勻的刷塗一層環氧樹脂底膠，在50°C下乾燥7h，溶劑揮發後底膠厚度為20i!m。在一張合金鋼層板塗覆了環氧樹脂底膠的一面依次鋪貼與合金鋼層板等尺寸的尼龍6無紡布、T300級碳纖維環氧樹脂預浸料、尼龍6無紡布，將另一張等尺寸的合金鋼層板塗覆環氧樹脂底膠的一面與上述最上層的尼龍6無紡布貼合，完成碳纖維-金屬層合板的鋪貼預製過程，將完成鋪貼的層合板預製體封入真空袋，在熱壓罐中完成固化得到層間增韌的碳纖維-金屬層合板。實施例6 根據HB/Z 197-1991標準所規定的方法對鈦合金層板進行表面毛化、去脂、酸洗及陽極化處理。在經過表面處理後的鈦合金層板表面均勻的刷塗一層環氧樹脂底膠，在40°C下乾燥8h，溶劑揮發後底膠厚度為15i!m。在一張鈦合金層板塗覆了環氧樹脂底膠的一面依次鋪貼與鈦合金層板等尺寸的尼龍1010無紡布、T300級碳纖維環氧樹脂預浸料、尼龍1010無紡布，將另一張等尺寸的鈦合金層板塗覆環氧樹脂底膠的一面與上述最上層的尼龍1010無紡布貼合，完成碳纖維-金屬層合板的鋪貼預製過程，將完成鋪貼的層合板預製體封入真空袋，在熱壓罐中完成固化得到層間增韌的碳纖維-金屬層合板。
權利要求
1.一種層間增韌的碳纖維-金屬層合板，其特徵在於，所述的碳纖維-金屬層合板至少包括兩層金屬層板和一層碳纖維預浸料，在碳纖維預浸料與金屬層板之間均夾入一層面密度為15 20g/m2，厚度為3(Γ40 μ m的尼龍無紡布作為增韌/隔離層，其中尼龍分子量為4飛萬，纖維直徑為1(Γ15 μ m ;層合板的鋪貼順序為金屬層板-增韌/隔離層-碳纖維預浸料-增韌/隔離層-金屬層板，其它更多層數的碳纖維-金屬層合板的疊放順序依此類推，完成層合板鋪貼後，利用熱壓罐成型工藝固化得到層間增韌的碳纖維-金屬層合板。
2.如權利要求1所述的一種層間增韌的碳纖維-金屬層合板，其特徵在於，所述的碳纖維預浸料中的纖維增強體為T300級碳纖維或T700級碳纖維或T800級碳纖維。
3.如權利要求1所述的一種層間增韌的碳纖維-金屬層合板，其特徵在於，所述的碳纖維預浸料中的基體樹脂為高韌性環氧樹脂。
4.如權利要求1所述的一種層間增韌的碳纖維-金屬層合板，其特徵在於，所述的金屬層板是鋁合金層板或鈦合金層板或合金鋼層板。
5.如權利要求1所述的一種層間增韌的碳纖維-金屬層合板，其特徵在於，所述的增韌/隔離層尼龍無紡布所用的熱塑性高分子為尼龍6或尼龍66或尼龍1010。
全文摘要
本發明屬於纖維-金屬層合結構複合材料製造技術領域，涉及一種層間增韌的碳纖維-金屬層合板。本發明選用具有高孔隙率的熱塑性尼龍無紡布作為層間增韌/隔離層，使樹脂基體在熱壓成型過程中能夠順利的在增韌/隔離層中發生滲透和浸潤，但增韌/隔離層與基體樹脂不發生溶解和分相，仍然保持了完整的無紡布結構形式。進而，通過尼龍無紡布與基體樹脂相互貫穿形成非反應誘導相分離的三維網絡結構，起到層間增韌的作用，同時隔斷了碳纖維增強體與金屬層板之間的接觸，起到了電化學阻隔作用，消除了碳纖維增強體與金屬層板之間由於電位差的存在而導致的電化學腐蝕問題，使具有優異力學性能的碳纖維可用於製備纖維-金屬層合板複合材料。
文檔編號B32B15/088GK102991009SQ201210465130
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月16日 優先權日2012年11月16日
發明者劉剛, 馬宏毅, 張朋, 崔海超, 李偉東, 益小蘇 申請人:中國航空工業集團公司北京航空材料研究院