CN107187131A - 一种铝基超混杂复合材料层板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种铝基超混杂复合材料层板，包含若干层纤维‑树脂层和若干层纤维‑金属层，所述纤维‑树脂层和纤维‑金属层交替层叠设置；所述纤维‑金属层包含金属芯板和设置于金属芯板相对的两个表面的纤维粘结层，所述纤维粘结层对所述金属芯板和纤维‑树脂层进行粘结；所述金属芯板为铝板或铝合金板。本发明提供的特殊结构的铝基超混杂复合材料层板具有优异的力学性能，拉伸强度为1230～1323MPa，拉伸模量为87～90GPa，比强度为549.08～590.59Mpa/(g/cm3)，比模量为38.84～40.18GPa/(g/cm3)，弯曲强度为1325～1382MPa，层剪强度为80～92MPa。

Description

一种铝基超混杂复合材料层板及其制备方法
技术领域
本发明涉及超混杂复合材料技术领域，尤其涉及一种铝基超混杂复合材料层板及其制备方法。
背景技术
纤维-金属层合板是一类新型的混杂增强结构复合材料，国际上统称为FML(Fiber-Metal Laminate)层合板，其典型代表是芳纶-铝合金层合板(ARALL层合板)以及玻璃纤维-铝合金层合板(GLARE层合板)。超混杂复合材料既保留了纤维增强树脂基复合材料的高比强、高比模、优异的耐疲劳性能等特点，又保留了金属材料的良好刚性、抗冲击性、易加工性等特点，还克服了材料易燃烧、易吸潮、易老化、表面硬度低、导电性差等不足，是一类很有发展前途的结构材料。
超混杂复合材料的制备方法和产品性能已经被广泛研究，研究结果表明超混杂复合材料具有潜在的应用领域。目前，GLARE层合板已经大面积地应用在A380飞机的上机身壳体结构上，是A380飞机材料技术的一个显著的创新点。
然而，虽然现有技术中已有的超混杂复合材料的种类各式各样且各有千秋。但是，市场上现有的各类超混杂复合材料的整体力学性能却普遍较低，不能够满足对力学性能有较高要求的应用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有优异的力学性能的铝基超混杂复合材料层板及其制备方法，以满足对力学性能有较高要求的应用需求。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种铝基超混杂复合材料层板，包含若干层纤维-树脂层和若干层纤维-金属层，所述纤维-树脂层和纤维-金属层交替层叠设置；
所述纤维-金属层包含金属芯板和设置于金属芯板相对的两个表面的纤维粘结层，所述纤维粘结层对所述金属芯板和纤维-树脂层进行粘结；
所述金属芯板为铝板或铝合金板。
优选的，每层纤维-树脂层中的纤维和每层纤维-金属层中的纤维独立的为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、聚乙烯纤维中的一种或几种；
所述纤维为单向纤维或者纤维织物。
优选的，所述纤维-树脂层中的树脂为环氧树脂、双马来酰胺树脂、不饱和聚氨酯树脂、酚醛树脂、聚氨基甲酸脂、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚缩醛树脂、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜和橡胶中的一种或几种。
优选的，所述纤维粘结层中的粘结剂为环氧树脂粘结剂、双马来酰胺树脂粘结剂、不饱和聚氨酯树脂粘结剂、酚醛树脂粘结剂、聚氨基甲酸脂粘结剂、聚乙烯粘结剂、聚氯乙烯粘结剂、聚苯乙烯粘结剂、聚丙烯粘结剂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物粘结剂、聚乙烯醇粘结剂、聚缩醛树脂粘结剂、聚酰胺粘结剂、聚甲醛粘结剂、聚碳酸酯粘结剂、聚苯醚粘结剂、聚砜粘结剂和橡胶粘结剂中的一种或几种。
优选的，所述纤维-树脂层的厚度为0.1～5mm；
所述纤维-金属层的厚度为0.1～5mm；
所述金属芯板的厚度为0.05～5mm，且金属芯板的厚度小于纤维-金属层的厚度。
本发明还提供了一种上述技术方案所述铝基超混杂复合材料层板的制备方法，包含如下步骤：
将纤维-树脂层用纤维浸渍于树脂乳液中，得到纤维树脂预浸料；
将纤维粘结层用纤维浸渍于粘结剂中，得到纤维粘结剂预浸料；
将所述纤维树脂预浸料、纤维粘结剂预浸料和金属芯板进行铺层设置，得到复合层板前体；
对所述复合层板前体进行热压，得到铝基超混杂复合材料层板。
优选的，所述树脂乳液为环氧树脂乳液、双马来酰胺树脂乳液、不饱和聚氨酯树脂乳液、酚醛树脂乳液、聚氨基甲酸脂乳液、聚乙烯乳液、聚氯乙烯乳液、聚苯乙烯乳液、聚丙烯乳液、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物乳液、聚乙烯醇乳液、聚缩醛树脂乳液、聚酰胺乳液、聚甲醛乳液、聚碳酸酯乳液、聚苯醚乳液、聚砜乳液和橡胶乳液中的一种或几种。
优选的，所述热压的温度为60～350℃；
所述热压的压力为0.1～1.6MPa；
所述热压的时间为1～10小时。
本发明提供了一种铝基超混杂复合材料层板，包含若干层纤维-树脂层和若干层纤维-金属层，所述纤维-树脂层和纤维-金属层交替层叠设置；所述纤维-金属层包含金属芯板和设置于金属芯板相对的两个表面的纤维粘结层，所述纤维粘结层对所述金属芯板和纤维-树脂层进行粘结；所述金属芯板为铝板或铝合金板。本发明提供的特殊结构的铝基超混杂复合材料层板，能够使得纤维-树脂层和金属芯层紧密的结合，二者相互配合、互相弥补，使得得到的复合层板具有优异的力学性能。由实施例的实验结果可知，拉伸强度为1230～1323MPa，拉伸模量为87～90GPa，比强度为549.08～590.59Mpa/(g/cm3)，比模量为38.84～40.18GPa/(g/cm3)，弯曲强度为1325～1382MPa，层剪强度为80～92MPa。
附图说明
图1为本发明磷酸阳极氧化处理所用装置的结构示意图；
图2为本发明实施例2中铝基超混杂复合材料层板的结构示意图；
图3为本发明实施例3中铝基超混杂复合材料层板的结构示意图；
图4为本发明实施例4中铝基超混杂复合材料层板的结构示意图；
图5为本发明实施例5中铝基超混杂复合材料层板的结构示意图；
图6为本发明实施例6中铝基超混杂复合材料层板的结构示意图；
图7为本发明实施例7中铝基超混杂复合材料层板的结构示意图；
图8为本发明实施例8中铝基超混杂复合材料层板的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种铝基超混杂复合材料层板，包含若干层纤维-树脂层和若干层纤维-金属层，所述纤维-树脂层和纤维-金属层交替层叠设置；
所述纤维-金属层包含金属芯板和设置于金属芯板相对的两个表面的纤维粘结层，所述纤维粘结层对所述金属芯板和纤维-树脂层进行粘结；
所述金属芯板为铝板或铝合金板。
本发明提供的铝基超混杂复合材料层板包含若干层纤维-树脂层和若干层纤维-金属层。本发明对所述纤维-树脂层和纤维-金属层的具体数量没有任何的特殊要求，在本发明的具体实施例中，所述铝基超混杂复合材料层板至少包含一层纤维-树脂层和一层纤维-金属层。
在本发明中，所述纤维-树脂层和纤维-金属层交替层叠设置，所述纤维-树脂层和纤维-金属层均可以作为所述铝基超混杂复合材料层板的外表面。在本发明中，所述每层纤维-树脂层的厚度优选为0.1～5mm，更优选为0.1～4mm，最优选为0.2～3mm；所述每层纤维-金属层的厚度优选为0.1～5mm，更优选为0.1～4mm，最优选为0.2～3mm。
在本发明中，所述纤维-金属层包含金属芯板和设置于金属芯板相对的两个表面的纤维粘结层，所述纤维粘结层对所述金属芯板和纤维-树脂层进行粘结。在本发明中，所述金属芯板为铝板或铝合金板。本发明优选对所述金属芯板进行表面处理，以提高金属芯板和纤维粘结层的表面接触强度。在本发明中，所述表面处理优选包含如下步骤：
清除金属芯板表面的黏附物，得到不粘金属芯板；
对所述不粘金属芯板顺次进行有机溶剂清洗、盐洗、碱蚀、热水洗、第一次冷水洗、出光处理、第二次冷水洗，得到清洗后的金属芯板；
对所述清洗后的金属芯板进行阳极氧化处理，得到表面处理的金属芯板。
本发明优选清除金属芯板表面的黏附物，得到不粘金属芯板。本发明清除所述金属芯板表面的黏附物是由于金属制件表面一般都会黏附一种或多种杂质，例如氧化膜、焦糊物、防护胶纸、防锈油、油漆字、涂料、抛光膏、胶和指纹印等。在本发明中，所述金属芯板表面黏附物的清除方法具体的如下表1所示。在本发明的具体实施例中，本发明可以根据所述金属芯板表面所沾染的具体黏附物的种类选择相应的的清除方法。本发明对所述具体黏附物的判断方法没有任何的特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的方法进行判断即可。在本发明中，当所述金属芯板表面包含多种黏附物时，本发明对所述黏附物的去除顺序没有任何的特殊要求，能够将所有黏附物清除干净即可。
表1不同种类的黏附物的清除方法
得到所述不粘金属芯板后，本发明优选进行有机溶剂清洗操作。在本发明具体实施例中，所述有机溶剂优选为汽油或丙酮。本发明对所述有机溶剂清洗的操作过程没有任何的特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的金属器件清洗的方式进行即可。
本发明优选在所述有机溶剂清洗后，对所述金属芯板进行砂纸打磨，将所述金属芯板表面难以清洗的杂质打磨掉。
所述有机溶剂清洗后，本发明优选对所述金属芯板进行盐洗。在本发明中，所述盐洗用化学试剂优选包含去离子水、磷酸三钠、偏硅酸钠和洗涤剂。在本发明具体实施例中，所述洗涤剂选择市面上所常用的洗涤精或洗涤灵等产品即可。在本发明所述化学试剂中，所述磷酸三钠的浓度优选为50～60g/L，更优选为52～58g/L，最优选为54～56g/L；所述偏硅酸钠的浓度优选为10～20g/L，更优选为12～18g/L，最优选为14～16g/L；所述洗涤剂的浓度优选为0.5～1g/L，更优选为0.6～0.9g/L，最优选为0.7～0.8g/L。
在本发明中，所述盐洗的温度优选为60～70℃，更优选为62～68℃，最优选为64～66℃；所述盐洗的时间优选为1～5min，更优选为2～4min，最优选为3min。
所述盐洗后，本发明优选对所述金属芯板进行碱蚀。在本发明中，所述碱蚀所用碱蚀液优选包含去离子水、氢氧化钠、磷酸三钠、碳酸钠、偏硅酸钠和洗涤剂。在本发明中，此处所述洗涤剂和上文所述洗涤剂种类相同，在此不再进行赘述。在本发明所述碱蚀液中，所述氢氧化钠的浓度优选为10～20g/L，更优选为12～18g/L，最优选为14～16g/L；所述磷酸三钠的浓度优选为30～50g/L，更优选为35～45g/L，最优选为40g/L；所述碳酸钠的浓度优选为10～20g/L，更优选为12～18g/L，最优选为14～16g/L；所述偏硅酸钠的浓度优选为10～20g/L，更优选为12～18g/L，最优选为14～16g/L；所述洗涤剂的浓度优选为0.5～1g/L，更优选为0.6～0.9g/L，最优选为0.7～0.8g/L。
在本发明中，所述碱蚀过程能够彻底去除金属芯板表面氧化膜和污物，使金属芯板表面均匀活化，其中所述氢氧化钠组分可将油脂皂化后变为能溶于水的肥皂和甘油；所述碳酸钠组分溶液呈碱性，对碱蚀液和清洗液具有pH值调节的作用，除油效果很好；所述磷酸三钠组分具有与碳酸钠相同的优点，而且还具有一定的乳化作用，因本身水洗性良好，有助于硅酸钠的洗脱；所述焦磷酸钠组分与磷酸钠相似，同时具有络合能力，防止制件表面生成不溶性的硬水皂膜，有利于提高盐洗质量；所述偏硅酸钠组分具有一定的表面活性和皂化能力。
在本发明中，所述碱蚀过程的温度优选为60～80℃，更优选为65～75℃，最优选为70℃；所述碱蚀过程的时间优选为1～5min，更优选为2～4min，最优选为3min。
所述碱蚀后，本发明优选对所述金属芯板进行热水洗。在本发明中，所述热水洗的温度优选为40～60℃，更优选为45～55℃，最优选为50℃；所述热水洗的时间优选为1～5min，更优选为2～4min，最优选为3min。
所述热水洗后，本发明优选对所述金属芯板进行第一次冷水洗。在本发明中，所述第一次冷水洗的温度优选为常温。在本发明中，所述第一次冷水洗的时间优选为1～5min，更优选为2～4min，最优选为3min。
所述第一次冷水洗后，本发明优选对所述金属芯板进行出光处理。在本发明中，所述出光处理用出光液优选为硝酸或者硫酸，所述出光液的体积浓度优选为10～30％，更优选为15～25％，最优选为20％。本发明对所述出光处理的方法没有任何的特殊限定，将所述金属芯板浸没于出光液中即可。在本发明中，所述出光处理的时间优选为5～15min，更优选为8～13min，最优选为10min。
所述出光处理后，本发明优选对所述金属芯板进行第二次冷水洗。在本发明中，所述第二次冷水洗的温度优选为常温。在本发明中，所述第二次冷水洗的时间优选为1～5min，更优选为2～4min，最优选为3min。在本发明中，所述第二次冷水洗优选采用去离子水进行清洗，以避免引入不必要的杂质。
所述第二次冷水洗后，本发明优选对所述金属芯板进行磷酸阳极氧化处理。在本发明中，所述磷酸阳极氧化所用磷酸溶液的浓度优选为140～160g/L，更优选为145～155g/L，最优选为150g/L。在本发明具体实施例中，所述磷酸阳极氧化处理所用装置优选如图1所示，所述图1为本发明磷酸阳极氧化处理所用装置的结构示意图。由图1可知，所述装置从下至上顺次包含磁力控温搅拌器、磁力搅拌子、铝合金试件、碱蚀液、烧杯、温度计和直流电源，其中所述碱蚀液即为所述磷酸溶液；所述温度计测温端***到碱蚀液液面以下；所述铝合金试件即为一个金属芯板的具体实施例；所述铝合金试件、碱蚀液和磁力搅拌子置于烧杯中。
在本发明具体实施例中，所述磷酸阳极氧化处理的温度优选为10～30℃，更优选为15～25℃，最优选为20℃；电压优选为10～20V，更优选为12～18V，最优选为15V；时间优选为10～30min，更优选为15～25min，最优选为20min；电极间距优选为90～110mm，更优选为95～105mm，最优选为100mm。
所述磷酸阳极氧化处理后，本发明优选对所述金属芯板进行干燥处理，得到表面处理后的金属芯板。在本发明中，所述干燥处理的温度优选为100～150℃，更优选为110～140℃，最优选为120～130℃；所述干燥处理的时间优选为1～3小时，更优选为1.5～2.5小时，最优选为2小时。
在本发明的具体实施例中，所述金属芯板和纤维粘结层接触面优选为最大侧面积的侧面；所述纤维-树脂层和纤维-金属层接触面优选为最大侧面积的侧面。在本发明中，所述金属芯板的厚度优选为0.1～5mm，更优选为0.1～4mm，最优选为0.2～3mm，所述金属芯板的厚度小于纤维-金属层的厚度。
在本发明中，每层所述纤维-树脂层中的纤维和每层所述纤维-金属层中的纤维优选独立的为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、聚乙烯纤维中的一种或几种。在本发明中，当所述纤维-树脂层中的纤维或所述纤维-金属层中的纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、聚乙烯纤维中的两种、三种、四种、五种、六种或七种时，所添加纤维组分的添加量优选相等。
在本发明中，每层纤维-金属层中两个相对的纤维粘结层中的纤维种类相同或不相同。在本发明中，所述纤维优选为单向纤维或者纤维织物。在本发明的具体实施例中，所述纤维-树脂层中的纤维和所述纤维-金属层中的纤维优选的可以按照实际的需求的方向进行排布，没有其他任何的特殊要求；每层纤维-金属层中两个相对的纤维粘结层中的纤维方向也可以相同或者不相同。
在本发明中，所述纤维-树脂层中的树脂优选为环氧树脂、双马来酰胺树脂、不饱和聚氨酯树脂、酚醛树脂、聚氨基甲酸脂、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚缩醛树脂、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜和橡胶中的一种或几种。在本发明具体的实施例中，当所述树脂优选为环氧树脂、双马来酰胺树脂、不饱和聚氨酯树脂、酚醛树脂、聚氨基甲酸脂、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚缩醛树脂、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜和橡胶中的一种、两种、三种、四种、五种、六种、七种、八种、九种、十种、十一种、十二种、十三种或十四种时，所添加树脂组分的添加量优选相等。
在本发明的具体实施例中，所述纤维-树脂层中的纤维和树脂的质量比优选为(40～80):(20～60)，更优选为(50～70):(30～50)，最优选为60:40。
在本发明中，所述纤维粘结层包含粘结剂和纤维。在本发明中，所述纤维粘结层中的粘结剂优选为环氧树脂粘结剂、双马来酰胺树脂粘结剂、不饱和聚氨酯树脂粘结剂、酚醛树脂粘结剂、聚氨基甲酸脂粘结剂、聚乙烯粘结剂、聚氯乙烯粘结剂、聚苯乙烯粘结剂、聚丙烯粘结剂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物粘结剂、聚乙烯醇粘结剂、聚缩醛树脂粘结剂、聚酰胺粘结剂、聚甲醛粘结剂、聚碳酸酯粘结剂、聚苯醚粘结剂、聚砜粘结剂和橡胶粘结剂中的一种或几种。在本发明具体的实施例中，当所述粘结剂优选为环氧树脂粘结剂、双马来酰胺树脂粘结剂、不饱和聚氨酯树脂粘结剂、酚醛树脂粘结剂、聚氨基甲酸脂粘结剂、聚乙烯粘结剂、聚氯乙烯粘结剂、聚苯乙烯粘结剂、聚丙烯粘结剂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物粘结剂、聚乙烯醇粘结剂、聚缩醛树脂粘结剂、聚酰胺粘结剂、聚甲醛粘结剂、聚碳酸酯粘结剂、聚苯醚粘结剂、聚砜粘结剂和橡胶粘结剂中的两种、三种、四种、五种、六种、七种、八种、九种、十种、十一种、十二种、十三种或十四种时，所添加粘结剂组分的添加量优选相等。
在本发明的具体实施例中，所述纤维粘结层中的纤维和粘结剂的质量比优选为(40～80):(20～60)，更优选为(50～70):(30～50)，最优选为60:40。
本发明还提供了一种上述技术方案所述铝基超混杂复合材料层板的制备方法，包含如下步骤：
将各纤维-树脂层用纤维浸渍于树脂乳液中，得到纤维树脂预浸料；
将各纤维粘结层用纤维浸渍于粘结剂中，得到纤维粘结剂预浸料；
将所述纤维树脂预浸料、纤维粘结剂预浸料和金属芯板按照所述铝基超混杂复合材料层板的结构要求进行铺层设置，得到复合层板前体；
对所述复合层板前体进行热压，得到铝基超混杂复合材料层板。
本发明将各纤维-树脂层用纤维浸渍于树脂乳液中，得到纤维树脂预浸料。在本发明中，所述树脂乳液优选为环氧树脂乳液、双马来酰胺树脂乳液、不饱和聚氨酯树脂乳液、酚醛树脂乳液、聚氨基甲酸脂乳液、聚乙烯乳液、聚氯乙烯乳液、聚苯乙烯乳液、聚丙烯乳液、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物乳液、聚乙烯醇乳液、聚缩醛树脂乳液、聚酰胺乳液、聚甲醛乳液、聚碳酸酯乳液、聚苯醚乳液、聚砜乳液和橡胶乳液中的一种或几种；所述几种可具体为两种、三种、四种、五种、六种、七种、八种、九种、十种、十一种、十二种、十三种或十四种。
在本发明具体的实施例中，当所述树脂乳液优选为环氧树脂乳液、双马来酰胺树脂乳液、不饱和聚氨酯树脂乳液、酚醛树脂乳液、聚氨基甲酸脂乳液、聚乙烯乳液、聚氯乙烯乳液、聚苯乙烯乳液、聚丙烯乳液、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物乳液、聚乙烯醇乳液、聚缩醛树脂乳液、聚酰胺乳液、聚甲醛乳液、聚碳酸酯乳液、聚苯醚乳液、聚砜乳液和橡胶乳液中的两种、三种、四种、五种、六种、七种、八种、九种、十种、十一种、十二种、十三种或十四种时，所添加树脂乳液组分的添加量优选相等。
本发明对所述纤维树脂预浸料中纤维和树脂乳液的比例没有任何的要求，所述树脂乳液能够浸没所述纤维即可。在本发明的具体实施例中，所述纤维树脂预浸料中的纤维和树脂乳液的质量比优选为(40～80):(20～60)，更优选为(50～70):(30～50)，最优选为60:40。
本发明将各纤维粘结层用纤维浸渍于粘结剂中，得到纤维粘结剂预浸料。本发明对所述纤维粘结剂预浸料中纤维和粘结剂的比例没有任何的要求，所述粘结剂能够浸没所述纤维即可。在本发明的具体实施例中，所述纤维粘结剂预浸料中的纤维和粘结剂的质量比优选为(40～80):(20～60)，更优选为(50～70):(30～50)，最优选为60:40。
得到所述纤维树脂预浸料和纤维粘结剂预浸料后，本发明将所述纤维树脂预浸料、纤维粘结剂预浸料和金属芯板按照所述铝基超混杂复合材料层板的结构要求进行铺层设置，得到复合层板前体。在本发明的具体实施例中，所述铺层设置过程可以对各层纤维的排布方向以及各层厚度进行设置。
得到所述复合层板前体后，本发明对所述复合层板前体进行热压，得到铝基超混杂复合材料层板。在本发明中，所述热压的温度优选为60～350℃，更优选为100～300℃，最优选为150～250℃；所述热压的压力优选为0.1～1.6MPa，更优选为0.2～1MPa，最优选为0.4～0.6MPa；所述热压的时间优选为1～10小时，更优选为2～8小时，最优选为3～5小时。
下面结合实施例对本发明提供的铝基超混杂复合材料层板及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
对各实施例中所用金属芯板进行表面处理:
表2实施例2～8所用金属芯板的材质和厚度
其中，实施例2所用金属芯板未做表面处理；实施例3所用金属芯板按照下述步骤进行表面处理；实施例4所用金属芯板按照下述步骤进行表面处理，且在有机溶剂清洗之后，盐洗之前使用砂纸进行打磨。
(1)清除黏附物：按照上述表1所述方案清除金属芯板表面的氧化膜、焦糊物、防护胶纸、防锈油、油漆字、涂料、抛光膏、胶和指纹印等。
(2)有机溶剂清洗：采用丙酮进行清洗。
(3)盐洗：主要目的是清除铝合金表面的氧化膜，此步骤属于碱蚀前的预处理工艺。试件要分开悬挂，不可以接触，防止清洗不均匀，清洗时可不断抖动试件以加快铝合金表面的化学反应速度。盐洗剂应配制好之后放置一段时间后备用。铝合金件的绑扎需要用铝条，不用其他种类的金属，防止带来腐蚀作用。盐洗工艺配方：去离子水1000g、磷酸三钠(Na3PO4·12H2O)55g/L、偏硅酸钠(Na2SiO3)15g/L、洗涤剂0.8g/L，盐洗温度65℃，盐洗时间2min，盐洗工具为废旧牙刷。
(4)碱蚀：彻底去除铝合金表面氧化膜和污物，使铝合金表面均匀活化。碱蚀液的工艺配方如下，其中各组分的作用分别为：氢氧化钠：强碱，可将油脂皂化后变为能溶于水的肥皂和甘油；同时，对铝具有显著的腐蚀作用。碳酸钠：溶液呈碱性，对碱蚀液和清洗液具有PH调节的作用，通常对铝制件不具有明显腐蚀作用，除油效果很好。磷酸三钠：具有与碳酸钠相同的优点，而且还具有一定的乳化作用，因本身水洗性良好，有助于硅酸钠的洗脱。焦磷酸钠：焦磷酸钠与磷酸钠相似，同时具有络合能力，防止制件表面生成不溶性的硬水皂膜，有利于提高盐洗质量。偏硅酸钠：具有一定的表面活性和皂化能力，对铝具有缓冲作用，但洗涤性差，不可单独使用。碱蚀液工艺配方为：去离子水1000g/L，氢氧化钠(NaOH)15g/L、磷酸三钠(Na3PO4·12H2O)40g/L、碳酸钠(Na2CO3)15g/L、偏硅酸钠(Na2SiO3)15g/L、洗涤剂0.8g/L。碱蚀温度70℃，碱蚀时间2min。
(5)热水洗：热水洗温度为50℃，时间2min。
(6)冷水洗：常温水即可，水洗时间2min。清洗过程中应注意防止制品表面被污染，清洗后表面不可以在空气中停留时间过长，超过30min，需要进行再次碱蚀。
(7)出光：出光液为体积分数为25％的硫酸溶液，于室温下，浸泡10min。
(8)水洗：将制件放到清水中，反复用牙刷在铝制件表面刷洗，换水再刷洗2次，每次2min。
(9)去离子水洗：将制件放到去离子水中，反复用牙刷在铝制件表面刷洗，换水刷洗2次，每次2min。
(10)磷酸阳极氧化：磷酸阳极氧化法生成的氧化层具有较好的耐久性，耐疲劳性能好。采用的磷酸阳极氧化工艺配方如下：磷酸溶液150g/L，20℃，15V，20min，电极间距100mm。
实施例2
一种铝基超混杂复合材料层板，其结构示意图如图2所示：包含两层厚度均为0.3mm的纤维-树脂层和一层厚度为0.49mm的纤维-金属层，所述纤维-金属层位于纤维-树脂层中间；各层中纤维排布方向一致。
所述纤维-金属层和纤维-树脂层中均使用单向玻璃纤维，纤维-树脂层中采用环氧树脂，纤维-金属层中采用环氧树脂粘结剂和铝合金板。
实施例3
一种铝基超混杂复合材料层板，其结构示意图如图3所示：包含两层厚度均为0.3mm的纤维-树脂层和一层厚度为0.45mm的纤维-金属层，所述纤维-金属层位于纤维-树脂层中间；各层中纤维排布方向一致。
所述纤维-树脂层中使用单向碳纤维，纤维-金属层中为单向玻璃纤维；纤维-树脂层中采用环氧树脂，纤维-金属层中采用环氧树脂粘结剂和铝合金板。
实施例4
一种铝基超混杂复合材料层板，其结构示意图如图4所示：包含两层厚度均为0.3mm的纤维-树脂层和一层厚度为0.46mm的纤维-金属层，所述纤维-金属层位于纤维-树脂层中间；两层纤维-树脂层中纤维排布方向一致，所述纤维-金属层中的纤维与纤维-树脂层中的纤维垂直。
所述纤维-金属层和纤维-树脂层中均使用单向玻璃纤维；纤维-树脂层中采用聚碳酸酯，纤维-金属层中采用聚碳酸酯粘结剂和铝合金板。
实施例5
一种铝基超混杂复合材料层板，其结构示意图如图5所示：包含两层厚度均为1mm的纤维-树脂层和一层厚度为1mm的纤维-金属层，所述纤维-金属层位于纤维-树脂层中间；两层纤维-树脂层中纤维排布方向一致，所述纤维-金属层中的纤维与纤维-树脂层中的纤维垂直。
所述纤维-树脂层中使用单向碳纤维，纤维-金属层中为单向聚乙烯纤维；纤维-树脂层中采用环氧树脂，纤维-金属层中采用环氧树脂粘结剂和铝合金板。
实施例6
一种铝基超混杂复合材料层板，其结构示意图如图6所示：包含一层厚度为0.4mm的纤维-树脂层和两层厚度均为0.2mm的纤维-金属层，所述纤维-树脂层位于纤维-金属脂层中间；各层中纤维排布方向一致。
所述纤维-金属层和纤维-树脂层中均使用单向聚酰胺纤维，纤维-树脂层中采用环氧树脂，纤维-金属层中采用酚醛树脂粘结剂和铝合金板。
实施例7
一种铝基超混杂复合材料层板，其结构示意图如图7所示：包含两层厚度为1mm的纤维-树脂层和两层厚度为1mm的纤维-金属层，所述纤维-金属层位于纤维-树脂层中间；两层纤维-树脂层中纤维排布方向一致，两纤维-金属层中的纤维互相垂直，其中一层纤维-金属层中的纤维与纤维-树脂层中的纤维方向一致。
所述纤维-金属层和纤维-树脂层中均使用单向玄武岩纤维，纤维-树脂层中采用环氧树脂，纤维-金属层中采用聚乙烯粘结剂和铝合金板。
实施例8
一种铝基超混杂复合材料层板，其结构示意图如图8所示：包含两层厚度均为2mm的纤维-树脂层和两层厚度均为2mm的纤维-金属层，所述纤维-树脂层位于纤维-金属层中间；两层纤维-金属层中纤维排布方向一致，两纤维-树脂层中的纤维互相垂直，其中一层纤维-树脂层中的纤维与纤维-金属层中的纤维方向一致。
所述纤维-金属层和纤维-树脂层中均使用单向芳纶纤维，纤维-树脂层中采用环氧树脂，纤维-金属层中采用环氧树脂粘结剂和铝合金板。
本发明对各实施例得到的铝基超混杂复合材料层板得力学性能进行测试，其结果如表3所示。
表3实施例得到的铝基超混杂复合材料层板与现有材料力学性能对比
由表3可知，本发明提供的铝基超混杂复合材料层板具有优异的力学性能，具体的其拉伸强度为1230～1323MPa，拉伸模量为87～90GPa，比强度为549.08～590.59Mpa/(g/cm3)，比模量为38.84～40.18GPa/(g/cm3)，弯曲强度为1325～1382MPa，层剪强度为80～92MPa。
由以上实施例可知，本发明提供了一种铝基超混杂复合材料层板，包含若干层纤维-树脂层和若干层纤维-金属层，所述纤维-树脂层和纤维-金属层交替层叠设置；所述纤维-金属层包含金属芯板和设置于金属芯板相对的两个表面的纤维粘结层，所述纤维粘结层对所述金属芯板和纤维-树脂层进行粘结；所述金属芯板为铝板或铝合金板。本发明提供的特殊结构的铝基超混杂复合材料层板具有优异的力学性能。由实施例的实验结果可知，拉伸强度为1230～1323MPa，拉伸模量为87～90GPa，比强度为549.08～590.59Mpa/(g/cm3)，比模量为38.84～40.18GPa/(g/cm3)，弯曲强度为1325～1382MPa，层剪强度为80～92MPa。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种铝基超混杂复合材料层板，包含若干层纤维-树脂层和若干层纤维-金属层，所述纤维-树脂层和纤维-金属层交替层叠设置；
所述纤维-金属层包含金属芯板和设置于金属芯板相对的两个表面的纤维粘结层，所述纤维粘结层对所述金属芯板和纤维-树脂层进行粘结；所述金属芯板为铝板或铝合金板。
2.根据权利要求1所述的铝基超混杂复合材料层板，其特征在于，每层纤维-树脂层中的纤维和每层纤维-金属层中的纤维独立的为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、聚乙烯纤维中的一种或几种；
所述纤维为单向纤维或者纤维织物。
3.根据权利要求1或2所述的铝基超混杂复合材料层板，其特征在于，所述纤维-树脂层中的树脂为环氧树脂、双马来酰胺树脂、不饱和聚氨酯树脂、酚醛树脂、聚氨基甲酸脂、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚缩醛树脂、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜和橡胶中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的铝基超混杂复合材料层板，其特征在于，所述纤维粘结层中的粘结剂为环氧树脂粘结剂、双马来酰胺树脂粘结剂、不饱和聚氨酯树脂粘结剂、酚醛树脂粘结剂、聚氨基甲酸脂粘结剂、聚乙烯粘结剂、聚氯乙烯粘结剂、聚苯乙烯粘结剂、聚丙烯粘结剂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物粘结剂、聚乙烯醇粘结剂、聚缩醛树脂粘结剂、聚酰胺粘结剂、聚甲醛粘结剂、聚碳酸酯粘结剂、聚苯醚粘结剂、聚砜粘结剂和橡胶粘结剂中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的铝基超混杂复合材料层板，其特征在于，所述纤维-树脂层的厚度为0.1～5mm；
所述纤维-金属层的厚度为0.1～5mm；
所述金属芯板的厚度为0.05～5mm，且金属芯板的厚度小于纤维-金属层的厚度。
6.权利要求1～5任意一项所述铝基超混杂复合材料层板的制备方法，包含如下步骤：
将纤维-树脂层用纤维浸渍于树脂乳液中，得到纤维树脂预浸料；
将纤维粘结层用纤维浸渍于粘结剂中，得到纤维粘结剂预浸料；
将所述纤维树脂预浸料、纤维粘结剂预浸料和金属芯板进行铺层设置，得到复合层板前体；
对所述复合层板前体进行热压，得到铝基超混杂复合材料层板。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述树脂乳液为环氧树脂乳液、双马来酰胺树脂乳液、不饱和聚氨酯树脂乳液、酚醛树脂乳液、聚氨基甲酸脂乳液、聚乙烯乳液、聚氯乙烯乳液、聚苯乙烯乳液、聚丙烯乳液、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物乳液、聚乙烯醇乳液、聚缩醛树脂乳液、聚酰胺乳液、聚甲醛乳液、聚碳酸酯乳液、聚苯醚乳液、聚砜乳液和橡胶乳液中的一种或几种。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述热压的温度为60～350℃；
所述热压的压力为0.1～1.6MPa；
所述热压的时间为1～10小时。
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