一种多孔金属夹芯板用粘结剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多孔金属夹芯板用粘结剂；本发明专利技术还公开了粘结剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：1、按照质量百分比称取以下原料组分：纳米二氧化硅0.1％～0.4％，多壁碳纳米管0.1％～0.4％，碳纤维0.1％～0.4％，余量为环氧树脂；2、采用亲环氧树脂偶联剂对纳米二氧化硅进行表面改性；采用混酸氧化法对多壁碳纳米管进行表面改性；采用浓硝酸超声法对碳纤维进行表面改性；3、将步骤1称取的环氧树脂和经步骤2改性处理的纳米二氧化硅、多壁碳纳米管以及碳纤维进行混合，进行超声波处理后加入固化剂，搅拌均匀即可得到一种多孔金属夹芯板用粘结剂。从纳观、微观和宏观三个尺度对多孔金属夹芯板粘接界面进行增强。

A binder for porous metal sandwich panel and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种多孔金属夹芯板用粘结剂及其制备方法
本专利技术属于多孔金属基复合材料
，涉及一种多孔金属夹芯板用粘结剂，本专利技术还涉及上述粘结剂的制备方法。
技术介绍
多孔金属夹芯板由于具有多种优良的性能，如缓冲吸能、隔音降噪、屏蔽电磁、高比强度与比刚度等，随着研究不断深入，其可应用范围不断扩展，已逐步应用于各类交通工具以及机械工程领域等。对于复合材料，用于连接增强体和基体的界面，是充分发挥各组分性能的关键。多孔金属夹芯板结构在多种复杂载荷环境下，一般连接方式在特殊的多孔结构表面难以形成完整无缺陷的界面，容易产生界面分层，从而导致复合结构失稳。且多孔芯体可能在服役过程中表现出逐渐硬化的特点，在冲击载荷下，则容易引起夹芯板结构界面发生分层失效，失去复合结构的整体力学性能。界面分层发生的短短一瞬间可能造成严重事故，因此，如何提高多孔金属夹芯板界面力学性能是目前急需解决的问题。目前，多孔金属夹芯板结构界面连接方式主要有两种：冶金法和粘结法。冶金法由于工艺复杂、成本高、结构尺寸限制大，且只能实现多孔金属与金属面板材料之间的连接，应用范围受限制。粘结法是具有工艺简单、成本低、易于实现自动化作业等特点，对各种金属与非金属材料均可实现有效连接。一般情况下，环氧树脂等粘结剂的粘结强度大于芯体材料，当粘结无缺陷时，能够满足一般工作载荷作用下结构的安全应用。但是，在交变载荷或冲击载荷作用下，多孔金属夹芯板结构由于粘结界面的韧性低、粘结强度不足和界面缺陷等问题而发生界面脱胶，导致结构整体失稳，可能灾难性的后果。专利技术内容本专利技术的目的是提供一种多孔金属夹芯板用粘结剂，解决了现有技术中存在的多孔金属夹芯板界面粘结强度不足，导致夹芯板易发生分层失效的问题。本专利技术的另一目的是提供上述粘结剂的制备方法。本专利技术所采用的技术方案是，一种多孔金属夹芯板用粘结剂，按照质量百分比由以下原料组分构成：纳米二氧化硅0.1％～0.4％，多壁碳纳米管0.1％～0.4％，碳纤维0.1％～0.4％，余量为环氧树脂。本专利技术的特点还在于：纳米二氧化硅的粒径为30±5nm，所述多壁碳纳米管长度为10-30μm，所述碳纤维长度为3-9mm。本专利技术所采用的另一种技术方案是，一种多孔金属夹芯板用粘结剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、按照质量百分比称取以下原料组分：粒径为30±5nm的纳米二氧化硅0.1％～0.4％，长度为10-30μm的多壁碳纳米管0.1％～0.4％，长度为3-9mm的碳纤维0.1％～0.4％，余量为环氧树脂；步骤2、采用亲环氧树脂偶联剂对纳米二氧化硅进行表面改性；采用混酸氧化法对多壁碳纳米管进行表面改性；采用浓硝酸超声法对碳纤维进行表面改性；步骤3、将步骤1称取的环氧树脂和经步骤2改性处理的纳米二氧化硅、多壁碳纳米管以及碳纤维进行混合，进行超声波处理后加入固化剂，搅拌均匀即可得到一种多孔金属夹芯板用粘结剂。本专利技术另一技术方案的特点还在于：步骤2中采用亲环氧树脂偶联剂对纳米二氧化硅进行表面改性具体为，将纳米二氧化硅加入到无水乙醇溶液中，用盐酸调整溶液pH值至4～5，超声波分散30～60min，然后滴入硅烷偶联剂，加热至70～80℃，恒温搅拌10～12h，再将二氧化硅悬浮液抽滤，用无水乙醇清洗2～3次，最后经干燥研磨后得到偶联改性的纳米二氧化硅。步骤2中采用混酸氧化法对多壁碳纳米管进行表面改性具体为，将体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸与多壁碳纳米管混合，置于超声波清洗器中进行处理，然后通过蒸馏水抽滤至中性，再采用二甲基乙酰氨进行抽滤至无水分，最后加入二甲基乙酰氨磁力搅拌后烘干即得到改性多壁碳纳米管。超声波清洗器中处理温度为50～60℃，时间为2～3h。步骤2中用浓硝酸超声法对碳纤维进行表面改性具体为，将碳纤维用体积比为1:1的乙醇和丙酮回流处理48-72h，然后用丙酮进行清洗后干燥，再用60～70℃浓硝酸超声处理2～3h，最后用去离子水清洗至中性后干燥即可得到改性后的碳纤维。步骤3将具体为，先将环氧树脂与多壁碳纳米管混合，进行超声处理，然后与纳米二氧化硅混合，进行超声处理，再与碳纤维混合，再进行超声处理，最后向混合物中加入固化剂搅拌均匀并置于真空脱气炉中。步骤3中超声处理均在装有水和冰的容器中进行。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过向环氧树脂中加入纳米二氧化硅(粒径30±5nm)、多壁碳纳米管(长度10-30μm)和碳纤维(长度3mm，6mm，9mm)，从纳观、微观和宏观三个尺度对环氧树脂进行多尺度增强增韧，提高粘结剂本身力学性能，同时改善环氧树脂与多孔金属及其面板材料界面的粘附性，得到具有多尺度增强界面的多孔金属夹芯板结构。通过本专利技术的方法，第一，可以有效填充多孔金属表面的宏观和微观孔洞，同时提高环氧树脂在多孔金属和面板材料界面的粘附性，从而形成完整的粘结界面区，提高粘接界面性能；第二，通过多尺度增强能够有效提高粘接层本身力学性能，缓解高强度面板材料与低强度多孔金属之间的强度、刚度不连续问题，进而提高多孔金属夹芯板整体力学性能。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种多孔金属夹芯板用粘结剂，按照质量百分比由以下原料组分构成：纳米二氧化硅0.1％～0.4％，多壁碳纳米管0.1％～0.4％，碳纤维0.1％～0.4％，余量为环氧树脂；纳米二氧化硅的粒径为30±5nm，多壁碳纳米管长度为10-30μm，碳纤维长度为3-9mm。本专利技术一种多孔金属夹芯板用粘结剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、按照质量百分比称取以下原料组分：纳米二氧化硅0.1％～0.4％，多壁碳纳米管0.1％～0.4％，碳纤维0.1％～0.4％，余量为环氧树脂；步骤2、采用亲环氧树脂偶联剂对纳米二氧化硅进行表面改性：将纳米二氧化硅加入到无水乙醇溶液中，用盐酸调整溶液pH值至4～5，超声波分散30～60min，然后滴入硅烷偶联剂，加热至70～80℃，恒温搅拌10～12h，再将二氧化硅悬浮液抽滤，用无水乙醇清洗2～3次，最后经干燥研磨后得到偶联改性的纳米二氧化硅；采用混酸氧化法对多壁碳纳米管进行表面改性：将体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸与多壁碳纳米管混合，置于超声波清洗器中进行处理，超声波清洗器中处理温度为50～60℃，时间为2～3h，然后通过蒸馏水抽滤至中性，再采用二甲基乙酰氨进行抽滤至无水分，最后加入二甲基乙酰氨磁力搅拌后烘干即得到改性多壁碳纳米管；采用浓硝酸超声法对碳纤维进行表面改性：将碳纤维用体积比为1:1的乙醇和丙酮回流处理48-72h，然后用丙酮进行清洗后干燥，再用60～70℃浓硝酸超声处理2～3h，最后用去离子水清洗至中性后干燥即可得到改性后的碳纤维；步骤3、将步骤1称取的环氧树脂和经步骤2改性处理的纳米二氧化硅、多壁碳纳米管以及碳纤维进行混合，进行超声波处理后加入固化剂，搅拌均匀即可得到一种多孔金属夹芯板用粘结剂，具体为，先将环氧树脂与多壁碳纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔金属夹芯板用粘结剂，其特征在于，按照质量百分比由以下原料组分构成：/n纳米二氧化硅0.1％～0.4％，多壁碳纳米管0.1％～0.4％，碳纤维0.1％～0.4％，余量为环氧树脂。/n

【技术特征摘要】
1.一种多孔金属夹芯板用粘结剂，其特征在于，按照质量百分比由以下原料组分构成：
纳米二氧化硅0.1％～0.4％，多壁碳纳米管0.1％～0.4％，碳纤维0.1％～0.4％，余量为环氧树脂。


2.根据权利要求1所述的一种多孔金属夹芯板用粘结剂，其特征在于，所述纳米二氧化硅的粒径为30±5nm，所述多壁碳纳米管长度为10-30μm，所述碳纤维长度为3-9mm。


3.一种多孔金属夹芯板用粘结剂的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按照质量百分比称取以下原料组分：粒径为30±5nm的纳米二氧化硅0.1％～0.4％，长度为10-30μm的多壁碳纳米管0.1％～0.4％，长度为3-9mm的碳纤维0.1％～0.4％，余量为环氧树脂；
步骤2、采用亲环氧树脂偶联剂对纳米二氧化硅进行表面改性；采用混酸氧化法对多壁碳纳米管进行表面改性；采用浓硝酸超声法对碳纤维进行表面改性；
步骤3、将步骤1称取的环氧树脂和经步骤2改性处理的纳米二氧化硅、多壁碳纳米管以及碳纤维进行混合，进行超声波处理后加入固化剂，搅拌均匀即可得到一种多孔金属夹芯板用粘结剂。


4.根据权利要求3所述的一种多孔金属夹芯板用粘结剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中采用亲环氧树脂偶联剂对纳米二氧化硅进行表面改性具体为，将纳米二氧化硅加入到无水乙醇溶液中，用盐酸调整溶液pH值至4～5，超声波分散30～60min，然后滴入硅烷偶联剂，加热至70～80℃，恒温搅拌10～12h，再将二氧化硅悬...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫畅，向昆，方长青，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61