專(zhuān)利名稱(chēng)：一種層間增韌的碳纖維-金屬層合板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于纖維-金屬層合結(jié)構(gòu)復(fù)合材料制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種層間增韌的碳纖維-金屬層合板。
背景技術(shù)：
纖維-金屬層合板是一類(lèi)新型的混雜增強(qiáng)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，國(guó)際上統(tǒng)稱(chēng)為FML (Fiber-Metal Laminate)層合板，其典型代表是招合金 -芳纟侖纖維疊層復(fù)合材料層合板，國(guó)際上稱(chēng)為ARALL (ARAamid-ALuminum Laminate),以及招合金-玻璃纖維疊層復(fù)合材料層合板，國(guó)際上稱(chēng)為GLARE (GLAss-Reinforce aluminum)。參考文 獻(xiàn)(Vogelesang, L.，Development of a New Hybrid Material (ARALL) forAircraftStructure, Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev. , 1983, pp. 492-496)和美國(guó)發(fā)明專(zhuān)利(US. 5，039，571，US. 5，547，735和US. 5，219，629)都詳細(xì)研究了 FML疊層復(fù)合材料層合板的制備方法，力學(xué)性能及優(yōu)點(diǎn)和潛在的應(yīng)用領(lǐng)域。目前，GLARE已大面積地應(yīng)用在A380飛機(jī)的上機(jī)身殼體結(jié)構(gòu)上，是A380飛機(jī)材料技術(shù)的一個(gè)顯著的創(chuàng)新點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外的FML復(fù)合材料均選擇不導(dǎo)電的芳綸纖維或玻璃纖維等而不選擇具有更好力學(xué)性能及界面性能的碳纖維作為增強(qiáng)、增韌材料，其原因在于碳纖維與鋁、鈦、鋼等金屬材料的電位差將會(huì)形成電化學(xué)腐蝕，影響這種材料的長(zhǎng)期使用和服役性能，最終導(dǎo)致層合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)失效而無(wú)法應(yīng)用于航空結(jié)構(gòu)的制造。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種使用高性能碳纖維預(yù)浸料作為增強(qiáng)體，且不存在電化學(xué)腐蝕問(wèn)題的層間增韌的碳纖維-金屬層合板。本發(fā)明的技術(shù)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(yù)浸料，在碳纖維預(yù)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(wú)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?yàn)榻饘賹影?增韌/隔離層-碳纖維預(yù)浸料-增韌/隔離層-金屬層板，其它更多層數(shù)的碳纖維-金屬層合板的疊放順序依此類(lèi)推，完成層合板鋪貼后，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(yù)浸料中的纖維增強(qiáng)體為T(mén)300級(jí)碳纖維或1700級(jí)碳纖維或T800
級(jí)碳纖維。所述的碳纖維預(yù)浸料中的基體樹(shù)脂為高韌性環(huán)氧樹(shù)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(wú)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(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是選用具有高孔隙率的熱塑性尼龍無(wú)紡布作為層間增韌/隔離層，使樹(shù)脂基體在熱壓成型過(guò)程中能夠順利的在增韌/隔離層中發(fā)生滲透和浸潤(rùn)，但增韌/隔離層與基體樹(shù)脂不發(fā)生溶解和分相，仍然保持了完整的無(wú)紡布結(jié)構(gòu)形式。進(jìn)而，通過(guò)尼龍無(wú)紡布與基體樹(shù)脂相互貫穿形成非反應(yīng)誘導(dǎo)相分離的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，起到層間增韌的作用，同時(shí)隔斷了碳纖維增強(qiáng)體與金屬層板之間的接觸，起到了電化學(xué)阻隔作用，消除了碳纖維增強(qiáng)體與金屬層板之間由于電位差的存在而導(dǎo)致的電化學(xué)腐蝕問(wèn)題，使具有優(yōu)異力學(xué)性能的碳纖維可用于制備纖維-金屬層合板復(fù)合材料。


圖1是本發(fā)明層間增韌的碳纖維-金屬層合板結(jié)構(gòu)示意圖，圖中1是金屬層板，2是增韌/隔離層，3是碳纖維預(yù)浸料。
具體實(shí)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(yù)浸料3，在碳纖維預(yù)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(wú)紡布作為增韌/隔離層2，其中尼龍分子量為4飛萬(wàn)，纖維直徑為1(T15 u m。層合板的鋪貼順序?yàn)榻饘賹影?增韌/隔離層-碳纖維預(yù)浸料-增韌/隔離層-金屬層板，其它更多層數(shù)的碳纖維-金屬層合板的疊放順序依此類(lèi)推，完成層合板鋪貼后，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。其制備方法如下a)對(duì)金屬層板進(jìn)行表面毛化、溶劑擦洗去脂、酸洗及陽(yáng)極化處理；b)將碳纖維預(yù)浸料所用的環(huán)氧樹(shù)脂基體溶解中溶劑中，配制為樹(shù)脂重量含量為40% 50%的環(huán)氧樹(shù)脂底膠；c)在經(jīng)過(guò)表面處理后的金屬層板表面均勻的刷涂一層環(huán)氧樹(shù)脂底膠，在400C 60°C下干燥6h 8h，溶劑揮發(fā)后底膠厚度為15 u nT20 u m ；d)在一張金屬層板涂覆了環(huán)氧樹(shù)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(huán)氧樹(shù)脂預(yù)浸料、增韌/隔離層，將另一張等尺寸的金屬層板涂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(yù)制過(guò)程；e)將完成鋪貼的層合板預(yù)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。下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1:根據(jù)HB/Z 197-1991標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的方法對(duì)鋁合金層板進(jìn)行表面毛化、去脂、酸洗及陽(yáng)極化處理。在經(jīng)過(guò)表面處理后的鋁合金層板表面均勻的刷涂一層環(huán)氧樹(shù)脂底膠，在60°C下干燥6h，溶劑揮發(fā)后底膠厚度為15pm。在一張鋁合金層板涂覆了環(huán)氧樹(shù)脂底膠的一面依次鋪貼與鋁合金層板等尺寸的尼龍6無(wú)紡布、T300級(jí)碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)浸料、尼龍6無(wú)紡布，將另一張等尺寸的鋁合金層板涂覆環(huán)氧樹(shù)脂底膠的一面與上述最上層的尼龍6無(wú)紡布貼合，完成碳纖維-金屬層合板的鋪貼預(yù)制過(guò)程，將完成鋪貼的層合板預(yù)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(shí)施例2 根據(jù)HB/Z 197-1991標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的方法對(duì)鈦合金層板進(jìn)行表面毛化、去脂、酸洗及陽(yáng)極化處理。在經(jīng)過(guò)表面處理后的鈦合金層板表面均勻的刷涂一層環(huán)氧樹(shù)脂底膠，在40°C下干燥8h，溶劑揮發(fā)后底膠厚度為15i!m。在一張鈦合金層板涂覆了環(huán)氧樹(shù)脂底膠的一面依次鋪貼與鈦合金層板等尺寸的尼龍66無(wú)紡布、T700級(jí)碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)浸料、尼龍66無(wú)紡布，將另一張等尺寸的鈦合金層板涂覆環(huán)氧樹(shù)脂底膠的一面與上述最上層的尼龍66無(wú)紡布貼合，完成碳纖維-金屬層合板的鋪貼預(yù)制過(guò)程，將完成鋪貼的層合板預(yù)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(shí)施例3 根據(jù)HB/Z 197-1991標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的方法對(duì)合金鋼層板進(jìn)行表面毛化、去脂、酸洗及陽(yáng)極化處理。在經(jīng)過(guò)表面處理后的合金鋼層板表面均勻的刷涂一層環(huán)氧樹(shù)脂底膠，在50°C下干燥7h，溶劑揮發(fā)后底膠厚度為20i!m。在一張合金鋼層板涂覆了環(huán)氧樹(shù)脂底膠的一面依次鋪貼與合金鋼層板等尺寸的尼龍1010無(wú)紡布、T700級(jí)碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)浸料、尼龍1010無(wú)紡布，將另一張等尺寸的合金鋼層板涂覆環(huán)氧樹(shù)脂底膠的一面與上述最上層的尼龍1010無(wú)紡布貼合，完成碳纖維-金屬層合板的鋪貼預(yù)制過(guò)程，將完成鋪貼的層合板預(yù) 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(shí)施例4 根據(jù)HB/Z 197-1991標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的方法對(duì)鋁合金層板進(jìn)行表面毛化、去脂、酸洗及陽(yáng)極化處理。在經(jīng)過(guò)表面處理后的鋁合金層板表面均勻的刷涂一層環(huán)氧樹(shù)脂底膠，在60°C下干燥6h，溶劑揮發(fā)后底膠厚度為20i!m。在一張鋁合金層板涂覆了環(huán)氧樹(shù)脂底膠的一面依次鋪貼與鋁合金層板等尺寸的尼龍66無(wú)紡布、T800級(jí)碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)浸料、尼龍66無(wú)紡布，將另一張等尺寸的鋁合金層板涂覆環(huán)氧樹(shù)脂底膠的一面與上述最上層的尼龍66無(wú)紡布貼合，完成碳纖維-金屬層合板的鋪貼預(yù)制過(guò)程，將完成鋪貼的層合板預(yù)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(shí)施例5 根據(jù)HB/Z 197-1991標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的方法對(duì)合金鋼層板進(jìn)行表面毛化、去脂、酸洗及陽(yáng)極化處理。在經(jīng)過(guò)表面處理后的合金鋼層板表面均勻的刷涂一層環(huán)氧樹(shù)脂底膠，在50°C下干燥7h，溶劑揮發(fā)后底膠厚度為20i!m。在一張合金鋼層板涂覆了環(huán)氧樹(shù)脂底膠的一面依次鋪貼與合金鋼層板等尺寸的尼龍6無(wú)紡布、T300級(jí)碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)浸料、尼龍6無(wú)紡布，將另一張等尺寸的合金鋼層板涂覆環(huán)氧樹(shù)脂底膠的一面與上述最上層的尼龍6無(wú)紡布貼合，完成碳纖維-金屬層合板的鋪貼預(yù)制過(guò)程，將完成鋪貼的層合板預(yù)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(shí)施例6 根據(jù)HB/Z 197-1991標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的方法對(duì)鈦合金層板進(jìn)行表面毛化、去脂、酸洗及陽(yáng)極化處理。在經(jīng)過(guò)表面處理后的鈦合金層板表面均勻的刷涂一層環(huán)氧樹(shù)脂底膠，在40°C下干燥8h，溶劑揮發(fā)后底膠厚度為15i!m。在一張鈦合金層板涂覆了環(huán)氧樹(shù)脂底膠的一面依次鋪貼與鈦合金層板等尺寸的尼龍1010無(wú)紡布、T300級(jí)碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)浸料、尼龍1010無(wú)紡布，將另一張等尺寸的鈦合金層板涂覆環(huán)氧樹(shù)脂底膠的一面與上述最上層的尼龍1010無(wú)紡布貼合，完成碳纖維-金屬層合板的鋪貼預(yù)制過(guò)程，將完成鋪貼的層合板預(yù)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。
權(quán)利要求
1.一種層間增韌的碳纖維-金屬層合板，其特征在于，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(yù)浸料，在碳纖維預(yù)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(wú)紡布作為增韌/隔離層，其中尼龍分子量為4飛萬(wàn)，纖維直徑為1(Γ15 μ m ;層合板的鋪貼順序?yàn)榻饘賹影?增韌/隔離層-碳纖維預(yù)浸料-增韌/隔離層-金屬層板，其它更多層數(shù)的碳纖維-金屬層合板的疊放順序依此類(lèi)推，完成層合板鋪貼后，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(quán)利要求1所述的一種層間增韌的碳纖維-金屬層合板，其特征在于，所述的碳纖維預(yù)浸料中的纖維增強(qiáng)體為T(mén)300級(jí)碳纖維或T700級(jí)碳纖維或T800級(jí)碳纖維。
3.如權(quán)利要求1所述的一種層間增韌的碳纖維-金屬層合板，其特征在于，所述的碳纖維預(yù)浸料中的基體樹(shù)脂為高韌性環(huán)氧樹(shù)脂。
4.如權(quán)利要求1所述的一種層間增韌的碳纖維-金屬層合板，其特征在于，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(quán)利要求1所述的一種層間增韌的碳纖維-金屬層合板，其特征在于，所述的增韌/隔離層尼龍無(wú)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(fā)明屬于纖維-金屬層合結(jié)構(gòu)復(fù)合材料制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種層間增韌的碳纖維-金屬層合板。本發(fā)明選用具有高孔隙率的熱塑性尼龍無(wú)紡布作為層間增韌/隔離層，使樹(shù)脂基體在熱壓成型過(guò)程中能夠順利的在增韌/隔離層中發(fā)生滲透和浸潤(rùn)，但增韌/隔離層與基體樹(shù)脂不發(fā)生溶解和分相，仍然保持了完整的無(wú)紡布結(jié)構(gòu)形式。進(jìn)而，通過(guò)尼龍無(wú)紡布與基體樹(shù)脂相互貫穿形成非反應(yīng)誘導(dǎo)相分離的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，起到層間增韌的作用，同時(shí)隔斷了碳纖維增強(qiáng)體與金屬層板之間的接觸，起到了電化學(xué)阻隔作用，消除了碳纖維增強(qiáng)體與金屬層板之間由于電位差的存在而導(dǎo)致的電化學(xué)腐蝕問(wèn)題，使具有優(yōu)異力學(xué)性能的碳纖維可用于制備纖維-金屬層合板復(fù)合材料。
文檔編號(hào)B32B15/088GK102991009SQ201210465130
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者劉剛, 馬宏毅, 張朋, 崔海超, 李偉東, 益小蘇 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院