一种碳纤维增强铝合金层合板制备及其层间增韧方法技术

一种碳纤维增强铝合金层合板制备及其层间增韧方法，属碳纤维增强金属层合板领域。所述层合板包括两层铝合金板，以及铝合金板间依次层叠的结构胶膜和碳纤维预浸料层，所述铝合金板界面与碳纤维界面之间嵌入一种结构胶膜，对铝合金板表面进行阳极氧化处理，使铝合金板表面产生纳米级小孔涂层，增强界面间的结合力。将处理好的铝合金板、碳纤维预浸料及结构胶膜放入模压设备的模具上，启动模压设备，设定工艺参数，待模具达到预定温度后，保压一段时间，随后按设定降温路线降至开模温度，随后开模取出层合板。根据本发明专利技术方法制备的碳纤维增强铝合金层合板其铝合金与碳纤维结合作用较强，且碳纤维铝合金结合界面间不易发生电偶腐蚀，综合性能较好。综合性能较好。综合性能较好。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维增强铝合金层合板制备及其层间增韧方法


[0001]本专利技术属于复合材料制备领域，具体而言，涉及一种新型碳纤维增强铝合金层合板制备及其增韧方法。

技术介绍

[0002]目前航空航天领域越来越注重材料的轻量化发展，材料的减重成为重要的发展方向，纤维金属层合板的制备可以很好的满足减重的需求，因此被大量的应用与研究。纤维金属层合板是一种由纤维层和金属层按一定方法铺贴而成，这种纤维金属混合而成的材料既具有传统金属合金的优点又兼具了纤维材料的优点，质量轻，具有较高的比模量，耐疲劳，较好的力学性能，因此得到了航天航空领域的广泛关注。玻璃纤维金属层合板的发展较早，且研究比较成熟，已经应用到空客A380的机身等位置。
[0003]虽然纤维金属层合板具有诸多优点，玻璃纤维金属层合板已经得到了大范围的应用，但是较之于玻璃纤维有更高强度和刚度、更有效的裂纹桥接作用的碳纤维增强金属层合板却未得到大范围的推广应用，其主要原因是铝合金与碳纤维界面结合强度不易保证，结合力较弱，容易在使用过程中出现界面分层失效，其次，铝合金与碳纤维电位差较大容易产生电化学腐蚀，这两个方面的缺陷，限制了它的推广应用。
[0004]目前增强铝合金碳纤维界面间结合力的方法，大都趋于增加铝合金表面粗糙度，从而增大环氧树脂与铝合金接触面积，进而增大结合力。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有技术存在的上述技术问题，提供一种碳纤维增强铝合金层合板制备及其层间增韧的方法。
[0006]本专利技术通过使用阳极氧化的方法，在铝合金表面产生纳米级小孔涂层，并且在界面间额外插入结构胶膜，进而增加界面间的结合强度，并且阳极氧化工艺产生的薄膜与插入的结构胶膜可以较好的避免碳纤维铝合金界面发生电化学腐蚀。
[0007]本专利技术具体采用的技术方案如下：
[0008]一种碳纤维增强铝合金层合板，所述碳纤维增强铝合金层合板包括对铝合金表面进行阳极氧化处理的铝合金板、碳纤维预浸料层和结构胶膜，铝合金板表面经阳极氧化处理后出现纳米级小孔涂层；两层铝合金板中间夹有碳纤维预浸料层，在铝合金板的金属与碳纤维预浸料层的纤维结合面之间设置结构胶膜，构成夹芯结构。
[0009]所述铝合金板厚度为0.3～1mm。碳纤维预浸料为单向预浸料，如单向T300、T700均适用。结构胶膜为用于金属复合材料粘结的、具有高断裂韧性以及高剥离强度的胶粘剂。
[0010]本专利技术同时提供了一种碳纤维增强铝合金层合板制备及其层间增韧方法，包括如下步骤：
[0011]a.铝合金板表面预处理：砂纸打磨后，用水冲洗并在20℃
‑
25℃氢氧化钠水溶液中脱脂1
‑
2min；用去离子水快速冲洗，避免出现碱洗流痕的缺陷；用硝酸水溶液在20℃
‑
25℃
下放置1
‑
2min，用去离子水仔细冲洗铝合金板，去除油脂污垢和灰尘。
[0012]b.铝合金板阳极氧化：配置磷酸溶液作为阳极氧化工艺的电解质；以石墨或不锈钢板作为阴极，步骤(a)预处理的铝合金板作为阳极；将铝合金板放在配置好的磷酸水溶液中20℃
‑
25℃进行阳极氧化，在氧化过程，电源电压、电流需保持不变，应均匀搅拌磷酸水溶液，阳极氧化时间为10～15min，并产生10
‑
15μm厚度的纳米级小孔涂层。当阳极氧化过程完成后，将获得的铝合金板用去离子水冲洗并在空气中干燥。
[0013]c.铺层方法：在阳极氧化过后的铝合金板表面先铺覆一层结构胶膜，之后碳纤维预浸料层按照完全对称的形式铺放，多层碳纤维预浸料层之间紧密结合，无褶皱与空气泡，最后铺覆表面铺带有结构胶膜的铝合金板，铺层结束，其层合板结构为AL/碳纤维预浸料/AL。
[0014]d.模压固化：在模具表面涂脱模剂，将模具放入模压机并加热升温至40℃
‑
45℃，对模具进行预热处理；设定模压机开模温度为35℃
‑
40℃；模具温度达到40℃
‑
45℃后，将步骤c铺覆好的层板放入模具，随后闭合模具；第一阶段将温度升温至75～80
±
5℃，模压压力控制在0.1～0.2MPa，保温30
‑
40min，确保树脂充分浸泡铝合金板和消除气泡，升温速率控制需在2℃～3℃/min；第二阶段将温度升温至120～130
±
5℃，模压压力控制在0.4～0.45MPa，保温90
‑
100min，保证树脂充分固化，升温速率控制需在2℃～3℃/min；第三阶段按降温速率2℃～3℃/min降温至设定的开模温度，开模取件。
[0015]其中，步骤a中所述氢氧化钠水溶液中氢氧化钠的质量含量为8％
‑
10％；所述硝酸水溶液中硝酸的质量含量为80％
‑
85％；
[0016]步骤b中磷酸水溶液中磷酸的质量含量为10％
‑
12％。阳极氧化过程中恒定电压控制在10V
‑
12V；电流稳定在2.7A
‑
3A。所述阳极氧化工艺完成后产生纳米级小孔涂层厚度为10～15μm。
[0017]步骤d中所述模具为光滑平板金属模具型芯，平面大小500mm
×
180mm。
[0018]本专利技术的优点和有益效果：本专利技术中通过采用阳极氧化的工艺，在铝合金板表面形成纳米级小孔涂层，改善环氧树脂对铝合金板表面的浸润性，减小接触角，可以显著提高界面间的结合强度；结构胶膜的使用可以有效提高碳纤维与铝合金结合界面的层合板韧性，并且可以将金属与纤维界面隔离开来，可以较好的防止碳纤维和铝合金界面之间发生电偶腐蚀效应，对铝合金板表面阳极氧化处理以及结构胶膜的使用可以大幅度的提高碳纤维增强铝合金层合板界面的结合强度，进而使它适用于一些高承载环境；根据搭接实验测试，未作任何预处理的铝板与纤维结合界面间的剪强度为28.21Mpa，而采用阳极氧化处理的铝合金板并且在纤维与金属界面间插入结构胶膜，其界面间的剪切强度最高达到52.41Mpa，界面结合强度显著提高。
附图说明
[0019]图1为本专利技术中碳纤维增强铝合金层合板的结构示意图。
[0020]图2为本专利技术中碳纤维预浸料固化工艺路线图。
具体实施方式
[0021]下面结合附图对本专利技术的技术方案进一步详细说明。
[0022]实施例1：
[0023]碳纤维增强铝合金层合板的制备及其层间增韧方法，步骤如下：
[0024]a.铝合金板表面预处理：将0.5mm厚的6061铝合金板裁切成500mm
×
180mm大小，砂纸打磨后，用水冲洗并在25℃氢氧化钠水溶液(10w％)中脱脂1min，快速用去离子水冲洗，避免出现碱洗流痕的缺陷；用硝酸水溶液(85w％)在25℃下放置1min，用去离子水仔细冲洗铝合金板，去除油脂污垢和灰尘。
[0025]b.铝合金板阳极氧化：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维增强铝合金层合板，其特征在于，所述碳纤维增强铝合金层合板包括对铝合金表面进行阳极氧化处理的铝合金板、碳纤维预浸料层和结构胶膜，铝合金板表面经阳极氧化处理后出现纳米级小孔涂层；两层铝合金板中间夹有碳纤维预浸料层，在铝合金板的金属与碳纤维预浸料层的纤维结合面之间设置结构胶膜，构成夹芯结构。2.根据权利要求1所述的碳纤维增强铝合金层合板，其特征在于，所述铝合金板厚度为0.3～1mm。3.根据权利要求1所述的碳纤维增强铝合金层合板，其特征在于，所述碳纤维预浸料为单向预浸料。4.根据权利要求1所述的碳纤维增强铝合金层合板，其特征在于，所述结构胶膜为用于金属复合材料粘结的、具有高断裂韧性以及高剥离强度的胶粘剂。5.一种碳纤维增强铝合金层合板制备及其层间增韧方法，其特征在于，具体步骤包括：a.铝合金板表面预处理：砂纸打磨后，用水冲洗并在20℃
‑
25℃氢氧化钠水溶液中脱脂1
‑
2min；用去离子水快速冲洗，避免出现碱洗流痕的缺陷；用硝酸水溶液在20℃
‑
25℃下放置1
‑
2min，用去离子水仔细冲洗铝合金板，去除油脂污垢和灰尘；b.铝合金板阳极氧化：配置磷酸溶液作为阳极氧化工艺的电解液；以石墨或不锈钢板作为阴极，步骤(a)预处理的铝合金板作为阳极；将铝合金板放在配置好的磷酸水溶液中20℃
‑
25℃进行阳极氧化，在氧化过程，电源电压、电流需保持不变，应均匀搅拌磷酸水溶液，阳极氧化时间为10～15min，并产生纳米级小孔涂层；当阳极氧化过程完成时，将获得的铝合金板用去离子水冲洗并在空气中干燥；c.铺层方法：在阳极氧化过后的铝合金板表面先铺覆一层结构胶膜；碳纤维预浸料层按照完全对称的形式铺放，在预先处理好的铝合金板上，多层碳纤维预浸料之间紧密结合，无褶皱与空气泡；最后铺覆表面铺带有结构胶膜的铝合金板，铺层结束，其层合板结构为AL/碳纤维预浸料/AL；d.模压固化：在模具表面涂脱模...

【专利技术属性】
技术研发人员：马轲，刘博亚，马叙，武晋，胡海朝，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：