[發明專利]一種纖維金屬層合板及其制備方法

有效

• 申請號: 201910796818.1
• 申請日: 2019-08-27
• 公開（公告）號: CN110466217B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 王一奇;張曉斌;于佳利;靳曉博;崔廣朋;邵珠劍;劉學術;鮑永杰;高航;肖睿恒
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B32B15/14
• 分類號: B32B15/14;B32B5/02;B32B5/26;B32B3/06;B32B3/30;B32B7/08;B32B7/022;B32B33/00;B32B37/10;B32B37/06;B32B38/00;B32B38/04;B32B38/18
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明提供了一種纖維金屬層合板及其制備方法，屬于復合材料制備技術領域。本發明的纖維金屬層合板是由金屬板材和預浸料層疊而成，并且在一定的溫度和壓力下固化而成的一種超混雜復合材料。該制備方法包括以下步驟：步驟（一）、金屬板材表面采用增材制造技術制備出金屬表面帶有一定高度的“凸起”結構，金屬板表面的預處理；步驟（二）、預浸料的剪裁以及在模具內的鋪放；步驟（三）預浸料層的預壓、表面扎孔以及二次剪裁；步驟（四）金屬層和預浸料層的層疊鋪放及熱壓成型。采用該方法制備的纖維金屬層合板能夠提升金屬和復合材料界面的連接強度，抑制分層，同時能夠改善纖維金屬層合板的層間性能，提高層間剪切強度和損傷容限。

技術領域

本發明屬于復合材料制備技術領域，具體而言，涉及一種纖維金屬層合板及其制備方法。

背景技術

目前航空航天領域對于高性能輕量化復合材料的應用越來越廣泛，刺激著先進復合材料制造的發展。而纖維金屬層合板由金屬和纖維增強復合材料交替鋪層后，在一定溫度和壓力下固化而成的層間混雜復合材料，第一代纖維金屬層合板由荷蘭代爾夫特理工大學在二十世紀七十年代設計制造，這種層疊材料克服了金屬材料和復合材料的缺點，并且結合了復合材料和金屬的優點，具有質輕，耐疲勞，耐腐蝕，阻燃性好的特性，被用于機翼材料，而隨著技術的發展，一代代的纖維金屬層合板克服各種缺陷而相繼問世，并且具有高的損傷容限和抗沖擊性能，在航空航天領域得到了廣泛的應用，而且在汽車、船舶、體育器材等領域也有較大的應用前景。

雖然纖維金屬層合板有很多優點，但由于金屬與復合材料之間的粘接性能對纖維金屬層合板的力學性能有很大的影響，纖維和金屬界面之間的結合性能較弱，在使用過程中容易發生分層損傷和剪切損傷，限制了其進一步的應用。

發明內容

本發明的目的是為了克服傳統纖維金屬層合板纖維層和金屬層之間界面結合性能較弱的問題，通過該方法制備的纖維金屬層合板界面結合能力顯著增強，層合板損傷容限、層間剪切性能顯著提升。

本發明的技術方案：

一種纖維金屬層合板，包括表面帶“凸起”結構的金屬板和預浸料層；兩金屬板間夾有預浸料層，構成三明治結構；兩金屬板帶有“凸起”結構相對且“凸起”結構交叉排列。

一種纖維金屬層合板的制備方法，包括以下步驟：

步驟（一）金屬板的準備：采用“增材技術”在金屬板表面制造出不同間距、不同高度的“凸起”結構；

步驟（二）預浸料層的準備：將預浸料放在試驗臺上，在平板模具上噴涂脫模劑，并且放置隔離布；然后將預浸料鋪設在平板模具上，每層鋪放完畢后用滾輪進行滾壓，防止表面產生褶皺；鋪放完畢后包上真空袋，進行抽真空處理；

步驟（三）預浸料層的表面扎孔：將抽真空完畢后的預浸料層取出然后在表面用扎孔釘進行扎孔處理，孔間距與“凸起”結構的間距相對應；

步驟（四）模具表面處理：用砂紙對模具表面進行打磨，使其表面光滑；然后在模具表面內噴涂脫模劑，并放置隔離布；模具尺寸和結構根據待制備的纖維金屬層合板尺寸和結構確定；

步驟（五）鋪層：將帶“凸起”結構的金屬板鋪放在下模具表面，然后在其“凸起”結構上鋪步驟（三）得到的預浸料層，金屬板的“凸起”結構嵌入到預浸料層孔內，同理，在預浸料層上再鋪一層帶“凸起”結構的金屬板；然后將模具閉合；

步驟（六）抽真空：將鋪層好的試件連同模具放入到真空袋中，保證其密封性良好，并用真空泵對真空袋進行抽真空處理。

步驟（七）熱壓固化：將抽真空完畢的模具放入熱壓機中進行熱壓固化，設置熱壓機的加熱溫度為120℃；升溫速率為4℃/min；壓力為1MPa；加熱時間為2h。最后進行自然降溫冷卻至室溫進行脫模。

所述的金屬板為金屬或合金材料。

所述的“凸起”結構為圓柱形或球頭形。