超高分子量聚乙烯纤维增强的纤维金属层板及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种超高分子量聚乙烯纤维增强的纤维金属层板，由金属薄板和UHMWPE(高分子量聚乙烯)纤维增强的预浸料交替叠加构成，所述的金属薄板和UHMWPE纤维增强的预浸料片材由胶黏剂粘接经辊压而成。本发明专利技术超高分子量聚乙烯纤维增强的纤维金属层板拉伸强度高，不易磨损，纤维韧性强，使用时加工编制缠绕性能强，亲肤性好；纤维剪切强度高，不易折断，成本较之碳纤维大幅较低；制备设备工作效率高，能胜任大批量高效率的生产任务，层板的总体制备成本较低；制造装置设计巧妙，金属薄板导向装置、预浸料导向装置、胶黏剂喷涂装置相互配合，完成了高效率高质量的生产工作。

Fiber reinforced metal laminate reinforced with ultra high molecular weight polyethylene fiber and method for making same

The invention relates to a fiber metal laminates of UHMWPE fiber reinforced by sheet metal, and UHMWPE (molecular weight polyethylene) fiber reinforced prepreg alternately, the metal sheet and fiber reinforced UHMWPE prepreg sheet by adhesive and roll. The invention of fiber reinforced metal laminates tensile strength of UHMWPE fiber reinforced high, not easy to wear, fiber toughness, the use of the preparation of winding resistance, good skin; fiber high strength, not easy to break, the cost is significantly lower carbon fiber; preparation equipment, high working efficiency, can for large batch production tasks, plate overall production cost is low; the manufacturing device is designed ingeniously, sheet metal guiding device, prepreg guiding device, adhesive spraying device with each other, complete with high quality and high efficiency production work.

【技术实现步骤摘要】
超高分子量聚乙烯纤维增强的纤维金属层板及其制备方法
本专利技术属于复合材料制造
，具体涉及的是一种超高分子量聚乙烯纤维增强的纤维金属层板及其制备方法。
技术介绍
纤维金属层板是一种由金属薄板和纤维增强的预浸料交替铺层后，在一定温度和压力下形成的一种层间混杂复合材料。纤维金属层板凭借其高比强度和比刚度、优异的抗疲劳裂纹扩展性能和抗冲击性能在航空航天领域获得了成功的应用。中国专利技术专利公布号CN103029376A，公布日2013年04月10日，名称为“一种金属-纤维复合层板及其制造方法”的专利文献中公开了一种玻璃纤维或碳纤维增强的，使用热压机热压成形的纤维金属层板。该方案中使用的玻璃纤维拉伸强度较低，易磨损，纤维呈脆性，在使用时加工编织缠绕性弱，对人体亲肤性差。使用的碳纤维虽有较高的拉伸强度但剪切强度低，易折断，断后延伸率较低，虽已能批量化生产，但市场价格常年高居不下。另外该方案中使用热压机进行层板的热压制备工艺，热压时间长，制备效率低，只能适应小批量个性化制备，显然无法胜任大批量高效率的生产任务，因此可以预见，层板的总体制备成本会很高。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是：现有的纤维金属层板，使用的玻璃纤维拉伸强度较低，易磨损，纤维呈脆性，在使用时加工编织缠绕性弱，对人体亲肤性差；使用的碳纤维剪切强度低，易折断，断后延伸率较低，虽已能批量化生产，但市场价格常年高居不下；使用热压机进行层板的热压制备工艺，热压时间长，制备效率低，无法胜任大批量高效率的生产任务，层板的总体制备成本会很高。本专利技术采取以下技术方案：一种超高分子量聚乙烯纤维增强的纤维金属层板，其特征在于：由金属薄板和UHMWPE纤维增强的预浸料交替叠加构成，所述的金属薄板和UHMWPE纤维增强的预浸料片材由胶黏剂粘接经辊压而成。一种上述的超高分子量聚乙烯纤维增强的纤维金属层板的制备方法，包括以下步骤：A)预浸料制备：将UHMWPE纤维或纤维织物在基体树脂中进行浸润，制备UHMWPE纤维增强的预浸料，并将制备好的预浸料收卷成预浸料卷材；B)金属薄板表面处理：利用喷砂或者阳极氧化对金属薄板表面进行处理，提高金属薄板表面粗糙度，之后将表面处理完毕的金属薄板收卷成金属卷材；C)喷胶：将预浸料卷材和金属卷材按照铺层结构放置在层板辊压机上，利用喷枪在金属薄板需要粘接的表面喷涂胶黏剂，胶黏层的厚度控制在0.03～0.05mm；D)预热：将预浸料卷材和喷胶后的金属薄板送入预热炉中，利用自动控制红外加热，加热温度100～120℃,时间30～60s；E)辊压：将完成预热的预浸料和喷胶的金属薄板送入多组热压辊进行热压复合；热压辊的温度控制在120～125℃，辊压间隙小于目标制备的纤维金属层板理论厚度值0.1～0.5mm；金属薄板与热压辊接触时间保持30～60s,辊压压力保持在16～20MPa；F)校平：使用辊式矫平机将经过辊压后的纤维金属层板进行表面校平，提高表面平整度；G)剪切：使用剪切机将制备的超高分子量聚乙烯纤维增强的纤维金属层板裁剪成所需规格。进一步的，步骤A)中所述的基体树脂为：聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂中的任意一种或其对应的改性树脂。进一步的，步骤A)中所述的预浸料为树脂浸润的单向UHMWPE纤维布或UHMWPE纤维织物,厚度为0.1～2.0mm。进一步的，步骤B)中所述的金属薄板为铝合金、钛合金、不锈钢、镀锌板中的任意一种，厚度为0.1～2.0mm。进一步的，步骤C)中所述的铺层结构的最外层均为金属薄板。进一步的，步骤C)中所述的层板辊压机包括预热炉，多组热压辊，辊式矫平机和剪切机；步骤C)中所述的胶黏剂是环氧树脂胶黏剂、酚醛树脂胶黏剂、聚氨酯胶黏剂、聚苯乙烯胶黏剂、改性乙烯-醋酸乙烯共聚物胶黏剂、氯化聚丙烯胶黏剂中的一种。进一步的，步骤E)中所述的纤维金属层板理论厚度值是金属薄板的厚度值之和加上预浸料的厚度值之和，再加胶黏剂的厚度值之和。一种上述超高分子量聚乙烯纤维增强的纤维金属层板的制作装置，包括N+1组金属薄板导向装置、N组预浸料导向装置、及2N组胶黏剂喷涂装置；所述金属薄板导向装置和预浸料导向装置交替设置，并以所述超高分子量聚乙烯纤维增强的纤维金属层板为中轴线对称布置；所述胶黏剂喷涂装置依次对准各层金属薄板、预浸料片材的各自的其中一面，位于中心位置的金属薄板或预浸料片材无胶黏剂喷涂装置与之对应。进一步的，还包括依次设置在N+1组金属薄板导向装置及N组预浸料导向装置后方的预热炉4、多组热压辊5、辊式矫平机6、剪切机7。本专利技术的有益效果在于：1)拉伸强度高，不易磨损，纤维韧性强，使用时加工编制缠绕性能强，亲肤性好；2)纤维剪切强度高，不易折断，即使断后延伸率较高，成本较之碳纤维大幅较低；3)制备设备工作效率高，能胜任大批量高效率的生产任务，层板的总体制备成本较低。4)制造装置设计巧妙，金属薄板导向装置、预浸料导向装置、胶黏剂喷涂装置相互配合，完成了高效率高质量的生产工作。附图说明图1是实施例一中，本专利技术超高分子量聚乙烯纤维增强的纤维金属层板的示意图。图2是实施例一中，本专利技术超高分子量聚乙烯纤维增强的纤维金属层板制造工艺及装置的示意图。图3是实施例二中，本专利技术超高分子量聚乙烯纤维增强的纤维金属层板的示意图。图4是实施例二中，本专利技术超高分子量聚乙烯纤维增强的纤维金属层板的示意图。图5是实施例三中，本专利技术超高分子量聚乙烯纤维增强的纤维金属层板的示意图。图6是实施例三中，本专利技术超高分子量聚乙烯纤维增强的纤维金属层板的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进一步说明。超高分子量聚乙烯纤维(Ultra-HighMolecularWeightPolyethyleneFiber，简称UHMWPE纤维)是指平均分子量在106以上的聚乙烯所纺出的纤维，具有高度取向伸直链结构。该纤维的综合性能突出，密度小，比拉伸强度为现有纤维中最高。该纤维是热塑性纤维，玻璃化转变温度较低，韧性好，断裂功高，塑性优于其它现有纤维，因此超高分子量聚乙烯纤维制成的复合材料在高的应变率和低温下仍具有较有良好的力学性能，抗冲击性能比普通的玻璃纤维、碳纤维以及芳纶纤维高。超高分子量聚乙烯纤维吸水率低于0.01％，耐腐蚀，耐紫外线辐射，耐磨性能高。此外，相比于碳纤维超高分子量聚乙烯纤维的市场价格优势明显，原料来源丰富，市场竞争力强。本专利技术采用UHMWPE纤维作为纤维金属层板的组成材料。实施例1：参见图1-2，图1显示了一种2/1结构的超高分子量聚乙烯纤维增强的纤维金属层板，由二层0.8mm厚的铝合金5083-O薄板1和一层0.4mm厚的UHMWPE纤维增强聚苯乙烯基预浸料2组成，其中铝合金5083-O薄板1和UHMWPE纤维增强聚苯乙烯基预浸料2交替铺层，且铝合金和预浸料之间有一层厚度为0.03mm厚的聚苯乙烯胶黏层3。如图1和图2所示，本超高分子量聚乙烯纤维增强的纤维金属层板的制备过程是：(1)预浸料制备：将UHMWPE纤维编织布以10m/min的速度浸渍通过120℃的熔融的改性聚苯乙烯，然后均匀排布在辊筒上，待树脂冷却后裁剪，制成UHMWPE纤维体积含量为70％，厚度为0.4mm的UHMWPE纤维编织布增强本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高分子量聚乙烯纤维增强的纤维金属层板，其特征在于：由金属薄板和UHMWPE纤维增强的预浸料交替叠加构成，所述的金属薄板和UHMWPE纤维增强的预浸料片材由胶黏剂粘接经辊压而成。

【技术特征摘要】
1.一种超高分子量聚乙烯纤维增强的纤维金属层板，其特征在于：由金属薄板和UHMWPE纤维增强的预浸料交替叠加构成，所述的金属薄板和UHMWPE纤维增强的预浸料片材由胶黏剂粘接经辊压而成。2.一种如权利要求1所述的超高分子量聚乙烯纤维增强的纤维金属层板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A)预浸料制备：将UHMWPE纤维或纤维织物在基体树脂中进行浸润，制备UHMWPE纤维增强的预浸料，并将制备好的预浸料收卷成预浸料卷材；B)金属薄板表面处理：利用喷砂或者阳极氧化对金属薄板表面进行处理，提高金属薄板表面粗糙度，之后将表面处理完毕的金属薄板收卷成金属卷材；C)喷胶：将预浸料卷材和金属卷材按照铺层结构放置在层板辊压机上，利用喷枪在金属薄板需要粘接的表面喷涂胶黏剂，胶黏层的厚度控制在0.03～0.05mm；D)预热：将预浸料卷材和喷胶后的金属薄板送入预热炉中，利用自动控制红外加热，加热温度100～120℃,时间30～60s；E)辊压：将完成预热的预浸料和喷胶的金属薄板送入多组热压辊进行热压复合；热压辊的温度控制在120～125℃，辊压间隙小于目标制备的纤维金属层板理论厚度值0.1～0.5mm；金属薄板与热压辊接触时间保持30～60s,辊压压力保持在16～20MPa；F)校平：使用辊式矫平机将经过辊压后的纤维金属层板进行表面校平，提高表面平整度；G)剪切：使用剪切机将制备的超高分子量聚乙烯纤维增强的纤维金属层板裁剪成所需规格。3.如权利要求2所述的纤维金属层板的制备方法，其特征在于：步骤A)中所述的基体树脂为：聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂中的任意一种或其对应的改性树脂。4.如权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘蕾，王一凡，马文亮，吕云飞，张爱爱，陶杰，郭训忠，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32