專(zhuān)利名稱(chēng)：一種金屬-纖維復(fù)合層板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合層板及其制造方法，具體涉及一種金屬-纖維復(fù)合層板及其制造方法。
背景技術(shù)：
復(fù)合層板指的是由若干層不同性質(zhì)的材料復(fù)合而成的復(fù)合體，其一般包括金屬?gòu)?fù)合層板、木材復(fù)合層板，彩鋼復(fù)合層板、巖棉復(fù)合層板等等。金屬?gòu)?fù)合層板是至少由兩種性能不同的金屬板通過(guò)特殊的粘接加工制造方法復(fù)合而成，與單一的金屬組元相比，經(jīng)過(guò)合理設(shè)計(jì)組合后的層狀復(fù)合板結(jié)合了兩種金屬組元各自的優(yōu)點(diǎn)，可以獲得單一金屬所不具有的物理和化學(xué)性能。近幾十年來(lái)，金屬?gòu)?fù)合層板的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用越來(lái)越引起人們的關(guān)注，成了世界各國(guó)競(jìng)相研制的新型材料。到目前為止，這種復(fù)合材料已經(jīng)應(yīng)用在航空航天、 石油、化工、冶金、機(jī)械、汽車(chē)、輪船、建筑、核能以及電力和電子等領(lǐng)域中。但是金屬?gòu)?fù)合層板，成本比較高，并且在有些性能上不能滿(mǎn)足要求，急需一種新的復(fù)合層板的出現(xiàn)，現(xiàn)有國(guó)內(nèi)的纖維-金屬?gòu)?fù)合層板仍處于研制階段，其在制作工藝、金屬表面處理，以及使用的樹(shù)脂都存在一些問(wèn)題，使其抗沖擊抗爆性能達(dá)不到要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種耐高溫，抗撞抗爆性能與重量比好的金屬-纖維復(fù)合層板及其制造方法。
本發(fā)明的金屬-纖維復(fù)合層板是通過(guò)以下方法制造的，該方法包括以下步驟 首先對(duì)合金層表面通過(guò)噴沙或蝕刻法進(jìn)行處理，使得其表面具有一定的粗糙度；再以一層合金層一層抗高溫復(fù)合材料層再一層合金層，合金層和抗高溫復(fù)合材料層如此循環(huán)疊合若干次直至最后一層為合金層，在合金層和抗高溫復(fù)合材料層之間具有熱塑性樹(shù)脂作為粘合劑，再將此疊合好的材料放入熱壓機(jī)的上下模板之間進(jìn)行壓合，壓合的溫度為 100^220° C，加溫和降溫的速度為每分鐘2-6度，壓力的范圍0. 2、. 8MPa，時(shí)間的范圍O.5^3小時(shí)，然后冷卻至室溫，由此得到本發(fā)明的金屬-纖維復(fù)合層板。
所述的合金層可為不同的合金，如鋁合金層2024-0, 2024-T3, 6061-T6和 7075-T6層等，以及相應(yīng)的金屬泡沫鋁，或各種合金鋼層，如AISI1345，AISI4028，AISI4140， AISI4422等，或鈦合金，如α合金，β合金，α-β合金。
所述的抗高溫復(fù)合材料層可以選用玻璃纖維或碳纖維/PEI或/PEEK或/PAEK等 (工作溫度高于300攝氏度)，或者在預(yù)侵樹(shù)脂玻璃纖維之間加入鋼纖維，壓縮木材，也可是其它熱塑性樹(shù)脂纖維復(fù)合材料，如玻璃纖維或碳纖維/PE、/PP、/PET和PPS (但承受的溫度一般低于200攝氏度)。此外，aramid和自然纖維(黃麻、亞麻、玄武巖等)也可用來(lái)與上面的熱塑性樹(shù)脂組合。人工合成玻璃纖維還可在 傳統(tǒng)板面纖維分布上加上沿板厚度方向的纖維，使復(fù)合材料層具有更好的性能。
本發(fā)明的金屬-纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)還可以加上特殊的功能層，如防輻射層，隔音層，高能量吸收層，零穿透性層等，使其根據(jù)用途的要求有不同的功能。這些功能層可附加在金屬-纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)表面，也可置于金屬和纖維復(fù)合層之間，視其工作條件而定。
所述的熱塑性樹(shù)脂優(yōu)選為PP。
本發(fā)明通過(guò)對(duì)合金層表面做的適當(dāng)處理，使之能與抗高溫復(fù)合材料層在熱塑性樹(shù)脂的作用下壓合復(fù)合成一體。由于本發(fā)明采用合金層和抗高溫復(fù)合材料層作為復(fù)合層板的層，再經(jīng)本發(fā)明的制造方法制造，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)軟件模擬，其抗撞抗爆能力與其重量比得到了優(yōu)化，因此本發(fā)明的金屬-纖維復(fù)合層板，在相同抗撞抗爆能力的情況下，其重量變輕了，有利于其應(yīng)用。


圖1是實(shí)施例1的金屬-纖維復(fù)合層板的結(jié)構(gòu)示意其中1-1、1-2、1-3、鋁合金2024-0層；2-1、2-2、玻璃纖維編織pr印reg EP-127-44-40 層；3-1、3-2、3-3、3_4、樹(shù)脂層；
圖2是實(shí)施例1的金屬-纖維復(fù)合層板的計(jì)算機(jī)爆炸模擬以測(cè)試其對(duì)抗爆抗撞性倉(cāng)泛。
圖3是實(shí)施例1的金屬-纖維復(fù)合層板的沖擊載荷-位移曲線(xiàn)(4-ply)；
圖4是實(shí)施例2的金屬-纖維復(fù)合層板的沖擊載荷-位移曲線(xiàn)(8-ply)；
圖5是實(shí)施例1的金屬-纖維復(fù)合層板的抗沖擊能量吸收(4-ply)；
圖6是實(shí)施例2的金屬-纖維復(fù)合層板的抗沖擊能量吸收(8-ply)；
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。
實(shí)施例1 :
本實(shí)施例采用的合金層為鋁合金2024-0層，其厚度為O. 6mm，通過(guò)蝕刻法對(duì)其表面進(jìn)行處理，使得其表面清潔，并在其表面初步形成有一定規(guī)則的微觀凹凸結(jié)構(gòu)，具有一定的粗糙度；本實(shí)施例采用的抗高溫復(fù)合材料層為由四層玻璃纖維prepreg EP-127-44-40 編織的抗高溫復(fù)合材料層，其厚度為O. 4mm ;熱塑性樹(shù)脂為PP。
如圖1所示，本金屬-纖維復(fù)合層板的制作過(guò)程是
·用蝕刻法對(duì)鋁合金2024-0層進(jìn)行表面處理，使得其表面清潔，并在其表面初步形成有一定規(guī)則的微觀凹凸結(jié)構(gòu)，具有一定的粗糙度；
·將鋁合金2024-0層和抗高溫復(fù)合材料層按下面的疊合形式放置于熱壓機(jī)的模板之間鋁合金2024-0層一抗高溫復(fù)合材料層一鋁合金2024-0層一抗高溫復(fù)合材料層一鋁合金2024-0層，共5層，在鋁合金2024-0層和抗高溫復(fù)合材料層之間具有熱塑性樹(shù)脂PP 作為粘合劑。
加O. 3MPa的壓力，以每分鐘5度的升溫速度將溫度加到100攝氏度，保持O. 5個(gè)小時(shí)，然后以每分鐘5度的降溫速度冷卻至室溫，以制成本實(shí)施例的金屬-纖維復(fù)合層板。
經(jīng)測(cè)試，本實(shí)施例的金屬-纖 維復(fù)合層板具有耐高溫，可耐受200度的高溫，抗撞抗爆性能與重量比為5千焦耳/公斤。
實(shí)施例2
本實(shí)施例采用的合金層為鋁合金2024-0層，其厚度為O. 6mm,通過(guò)蝕刻法對(duì)其表 面進(jìn)行處理，使得其表面清潔，并在其表面初步形成有一定規(guī)則的微觀凹凸結(jié)構(gòu)，具有一定 的粗糙度；本實(shí)施例采用的抗高溫復(fù)合材料層為由八層玻璃纖維prepreg EP-127-44-40 編織的抗高溫復(fù)合材料層，其厚度為O. 8mm ;熱塑性樹(shù)脂為PP。
如圖1所示，本金屬-纖維復(fù)合層板的制作過(guò)程是
·用蝕刻法對(duì)鋁合金2024-0層進(jìn)行表面處理，使得其表面清潔，并在其表面初步 形成有一定規(guī)則的微觀凹凸結(jié)構(gòu)，具有一定的粗糙度；
·將鋁合金2024-0層和抗高溫復(fù)合材料層按下面的疊合形式放置于熱壓機(jī)的模 板之間鋁合金2024-0層一抗高溫復(fù)合材料層一鋁合金2024-0層一抗高溫復(fù)合材料層一 鋁合金2024-0層，共5層，在鋁合金2024-0層和抗高溫復(fù)合材料層之間具有熱塑性樹(shù)脂PP 作為粘合劑。
加O. 2MPa的壓力，以每分鐘2度的升溫速度將溫度加到200攝氏度，保持2個(gè)小 時(shí)，然后以每分鐘2度的降溫速度冷卻至室溫，以制成本實(shí)施例的金屬-纖維復(fù)合層板。
圖2顯示實(shí)施例2的金屬-纖維復(fù)合材料板在受到低速撞擊或爆炸下的變形和破 壞模式。從此圖可以看出，沖擊和爆炸能量的吸收主要靠單個(gè)復(fù)合材料層的撕裂和層與層 的分層來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖3和圖4展示的是分別按實(shí)施例1和實(shí)施例2制成的金屬-纖維復(fù)合 材料板受沖擊后的載荷-位移曲線(xiàn)。圖下面的面積為能量吸收。很顯然，層數(shù)越多，承受的 沖擊載荷越高。當(dāng)然，更多的玻璃纖維層也使沖擊載荷增加，但是，最大位移相差不大。圖 5和圖6是分別按實(shí)施例1和實(shí)施例2制成的金屬-纖維復(fù)合材料板的穿透能量。對(duì)由4 層和8層玻璃纖維復(fù)合層與多層金屬層組成的復(fù)合板，其穿透能量的變化分別在60-80和 100-150焦耳之間。很顯然，如采用不同的金屬和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料或?qū)雍駮?huì)有不同的能量 吸收。
經(jīng)測(cè)試，本實(shí)施例的金屬-纖維復(fù)合層板具有耐高溫，可耐受200度的高溫，抗撞 抗爆性能與重量比為7千焦耳/公斤。
實(shí)施例3
本實(shí)施例采用的合金層為鋁合金6061-T6層，其厚度為O. 6mm,通過(guò)蝕刻法對(duì)其表 面進(jìn)行處理，使得其表面清潔，并在其表面初步形成有一定規(guī)則的微觀凹凸結(jié)構(gòu)，具有一定 的粗糙度；本實(shí)施例采用的抗高溫復(fù)合材料層為由八層玻璃纖維PEI編織的抗高溫復(fù)合 材料層，其厚度為O. 8mm ;熱塑性樹(shù)脂為PP。
如圖1所示，本金屬-纖維復(fù)合層板的制作過(guò)程是
·用蝕刻法對(duì)鋁合金6061-T6層進(jìn)行表面處理，使得其表面清潔，并在其表面初步 形成有一定規(guī)則的微觀凹凸結(jié)構(gòu)，具有一定的粗糙度；
·將招合金6061-T6層和抗高溫復(fù)合材料層按下面的疊合形式放置于熱壓機(jī)的模 板之間招合金6061-T6層一抗高溫復(fù)合材料層一招合金6061-T6層一抗高溫復(fù)合材料層 —招合金6061-T6層,共5層,在招合金6061-T6層和抗高溫復(fù)合材料層之間具有熱塑性樹(shù) 脂PP作為粘合劑。
加O. 8MPa的壓力，以每分鐘5度的升溫速度將溫度加到220攝氏度，保持3個(gè)小 時(shí)，然后以每分鐘5度的降溫速度冷卻至室溫，以制成本實(shí)施例的金屬-纖維復(fù)合層板。
經(jīng)測(cè)試，本實(shí)施例的金屬-纖維復(fù)合層板具有耐高溫，可耐受300度的高溫，抗撞抗爆性能與重量比為1萬(wàn)焦耳/公斤。
上列詳細(xì)說(shuō)明是針對(duì)本發(fā)明可行實(shí)施例的具體說(shuō)明，該實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專(zhuān)利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本案的專(zhuān)利范圍中。
權(quán)利要求
1.一種金屬-纖維復(fù)合層板的制備方法，其特征在于，包括以下步驟首先對(duì)合金層表面通過(guò)噴沙或蝕刻法進(jìn)行處理，使得其表面具有一定的粗糙度；再以一層合金層一層抗高溫復(fù)合材料層再一層合金層，合金層和抗高溫復(fù)合材料層如此循環(huán)疊合若干次直至最后一層為合金層，在合金層和抗高溫復(fù)合材料層之間具有熱塑性樹(shù)脂作為粘合劑，再將此疊合好的材料放入熱壓機(jī)的上下模板之間進(jìn)行壓合，壓合的溫度為10(Γ220° C，加溫和降溫的速度為每分鐘2-6度，壓力的范圍0. 2^0. 8MPa，時(shí)間的范圍0. 5 3小時(shí)，然后冷卻至室溫，由此得到金屬-纖維復(fù)合層板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的合金層為2024-0、2024-T3、6061-Τ6或7075-Τ6鋁合金層以及相應(yīng)的金屬泡沫鋁，或AISI1345、AISI4028、AISI4140或AISI4422合金鋼層,或α合金，β合金，α-β鈦合金層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的抗高溫復(fù)合材料層選用玻璃纖維或碳纖維/PEI或/PEEK或/PAEK，或者在預(yù)侵樹(shù)脂玻璃纖維之間加入鋼纖維、壓縮木材，或碳纖維/PE、/PP、/PET或PPS。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在金屬-纖維復(fù)合層板表面或于合金層與抗高溫復(fù)合材料層之間還加上防輻射層、隔音層、高能量吸收層和/或零穿透性層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的熱塑性樹(shù)脂為PP。
6.一種按照權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的制備方法制備得到的金屬-纖維復(fù)合層板。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種金屬-纖維復(fù)合層板及其制造方法。它首先對(duì)合金層表面通過(guò)噴沙或蝕刻法進(jìn)行處理，使得其表面具有一定的粗糙度；再以一層合金層一層抗高溫復(fù)合材料層再一層合金層，合金層和抗高溫復(fù)合材料層如此循環(huán)疊合若干次直至最后一層為合金層，在合金層和抗高溫復(fù)合材料層之間具有熱塑性(或熱固性)樹(shù)脂作為粘合劑，再將此疊合好的材料放入熱壓機(jī)的上下模板之間進(jìn)行壓合，壓合的溫度為100~220°C，加溫和降溫的速度為每分鐘2-6度，壓力的范圍0.2~0.8MPa，時(shí)間的范圍0.5~3小時(shí)，然后冷卻至室溫，由此得到本發(fā)明的金屬-纖維復(fù)合層板。本發(fā)明的金屬-纖維復(fù)合層板，在相同抗撞抗爆能力的情況下，其重量變輕了，有利于其應(yīng)用。
文檔編號(hào)B32B37/10GK103029376SQ20121056250
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者官宇寰 申請(qǐng)人:官宇寰