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一種金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板及其制備方法

文檔序號(hào):2459615閱讀:269來源:國知局
一種金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板,包括:至少一層金屬板層、至少一層纖維層和至少一層泡沫鋁層;所述纖維層通過抗高溫聚合物粘接劑復(fù)合物與所述泡沫鋁層交替粘接;所述金屬板層作為最外層,通過高硬度聚合物粘接劑復(fù)合物與所述纖維層粘接。同時(shí)還涉及該金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板的制備方法,主要包括對(duì)金屬板層和泡沫鋁層進(jìn)行表面凈化處理,然后在其上涂覆所述抗高溫和高硬度聚合物粘接劑復(fù)合物,將各層粘接后進(jìn)行加壓固化處理。本發(fā)明金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板具有比金屬泡沫鋁三明治結(jié)構(gòu)更為優(yōu)越的力學(xué)性能,更優(yōu)的吸震減震特性和隔音性能,優(yōu)異的抗高速?zèng)_擊性能,良好的抗彎曲變形能力,極強(qiáng)的阻燃防火性能,成本降低。
【專利說明】一種金屬纖維泡沬鋁復(fù)合層板及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及復(fù)合材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板及其 制備方法。 技術(shù)背景
[0002] 泡沫鋁是1980年代后期國際上迅速發(fā)展起來的一種具有優(yōu)異物理特性和良好機(jī) 械性能的新型工程材料,由于具有比重小、剛度大、比表面大、減震性能好、消聲效果好、電 磁屏蔽性能高等多方面的性能組合而具有結(jié)構(gòu)和功能的雙重作用,其研究處于船舶業(yè)、國 防工業(yè)、汽車工業(yè)、高速列車、航空航天工業(yè)、軍事以及其它重量相依性工業(yè)等領(lǐng)域的技術(shù) 發(fā)展前沿,并在國家安全、科學(xué)技術(shù)研究與國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著巨大的作用,如用于吸 音、減振、抗沖擊和吸能、電磁屏蔽、隔熱、熱交換等諸多場合。泡沫鋁將多種功能結(jié)合在一 起,是傳統(tǒng)材料所不能達(dá)到的。
[0003] 眾多研究表明,基于泡沫鋁的夾層結(jié)構(gòu)材料,也稱為三明治結(jié)構(gòu)材料,具有比單一 金屬構(gòu)件及泡沫鋁材料更為優(yōu)越的力學(xué)性能,使得復(fù)合結(jié)構(gòu)在一定載荷條件下顯示出最佳 的力學(xué)性能。傳統(tǒng)三明治結(jié)構(gòu)是由兩層金屬板與蜂窩鋁或金屬泡沫芯層構(gòu)成,但在受到 彎曲載荷時(shí),金屬板易于與芯層脫離。通常采用的金屬板較薄,很容易在應(yīng)力作用下彎曲 失效,由于芯層材料抗彎曲應(yīng)力破壞的能力很差,導(dǎo)致芯層材料斷裂,進(jìn)而導(dǎo)致三明治結(jié)構(gòu) 的失效。為了提高三明治板的抗彎曲變形性能,可以增加金屬板厚度來有效控制三明治板 的最終變形,但會(huì)導(dǎo)致三明治板質(zhì)量的增加。為了解決這一矛盾,目前的輕質(zhì)抗沖擊的泡 沫金屬夾芯板,采用玻璃纖維或碳纖維與鈦合金或鋁合金組成的纖維金屬層板作為最外層 板,采用泡沫鋁作為芯層材料。但存在以下缺點(diǎn):一是纖維金屬層板制備成本高,特別是采 用鈦合金纖維金屬層板;二是相比傳統(tǒng)三明治結(jié)構(gòu),由于纖維金屬層板采用鈦合金或鋁合 金,其導(dǎo)熱性能很高,所制備泡沫金屬夾芯板的防火性能沒有得到提高,同時(shí)其減震性能和 抗商溫性能也未提商。因此,提商該種材料的力學(xué)性能、提商其阻燃性、抗彎曲變形能力和 減震性能的同時(shí),降低制備成本且材料重量減輕是目前有待解決的技術(shù)問題。
[0004] 鑒于上述缺陷,本發(fā)明創(chuàng)作者經(jīng)過長時(shí)間的研究和實(shí)踐終于獲得了本發(fā)明。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述技術(shù)缺陷,本發(fā)明采用的技術(shù)方案在于,首先提供一種金屬纖維泡沫 鋁復(fù)合層板,包括:至少一層金屬板層、至少一層纖維層和至少一層泡沫鋁層;
[0006] 所述纖維層通過抗高溫聚合物粘接劑復(fù)合物與所述泡沫鋁層交替粘接;
[0007] 所述金屬板層作為最外層,通過高硬度聚合物粘接劑復(fù)合物與所述纖維層粘接。
[0008] 其中,所述金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板的結(jié)構(gòu)是:一層所述金屬板層通過所述高硬 度聚合物粘接劑復(fù)合物與一層所述纖維層粘接,所述纖維層再通過所述抗高溫聚合物粘接 劑復(fù)合物和一層所述泡沫鋁層粘接,用以所述金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板的單面使用。
[0009] 其中,所述金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板的結(jié)構(gòu)是:至少兩層所述纖維層通過所述抗 高溫聚合物粘接劑復(fù)合物與至少一層所述泡沫鋁層交替粘接作為夾芯層,兩層所述金屬板 層分別作為最外層,通過所述高硬度聚合物粘接劑復(fù)合物與所述夾芯層粘接固定;
[0010] 所述夾芯層的上下兩面均為所述纖維層。
[0011] 其中,所述抗高溫聚合物粘接劑復(fù)合物為環(huán)氧樹脂膠黏劑、固化劑、抗高溫微米顆 粒材料的混合物。
[0012] 其中,所述高硬度聚合物粘接劑復(fù)合物為環(huán)氧樹脂膠黏劑、固化劑、高硬度微米顆 粒材料的混合物。
[0013] 其中,所述金屬板層是普碳鋼板、不銹鋼板、裝甲鋼板、純鋁板、鋁合金板、穿孔鋁 板中至少一種。
[0014] 其中,所述纖維層是單絲纖維、單束纖維或纖維布;所述纖維的材質(zhì)是無堿玻璃纖 維、中堿玻璃纖維、超高分子量聚乙烯纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維、碳纖維、碳化硅纖維、硼 纖維、氧化鋁纖維中至少一種。
[0015] 其中,所述固化劑為胺類固化劑或酸酐類固化劑。
[0016] 其次,提供一種制備上述金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板的方法,其特征在于,包括以下 步驟:
[0017] 步驟1、對(duì)金屬板層和泡沫鋁層進(jìn)行表面凈化處理;
[0018] 包括如下子步驟:
[0019] 步驟11、通過噴砂處理或者用砂紙打磨的機(jī)械方法刮擦所述金屬板層表面,再用 酒精棉擦拭,清除表面污垢,之后用清水沖洗約3分鐘后烘干;
[0020] 步驟12、采用鋼絲刷或鋼絲球機(jī)械刮擦的方法,刮擦所述泡沫鋁層表面的至少一 面至露出新鮮表面,用清水沖洗約3分鐘清除所述泡沫鋁層表面污垢后烘干;
[0021] 步驟2、涂覆聚合物粘接劑復(fù)合物;
[0022] 包括如下子步驟:
[0023] 步驟21、將環(huán)氧樹脂膠黏劑、固化劑和高硬度微米顆粒材料混合均勻形成高硬度 聚合物粘接劑復(fù)合物;
[0024] 步驟22、將所述環(huán)氧樹脂膠黏劑、所述固化劑和抗高溫微米顆粒材料混合均勻形 成抗高溫聚合物粘接劑復(fù)合物;
[0025] 步驟23、將所述抗高溫聚合物粘接劑復(fù)合物均勻涂覆在所述泡沫鋁層凈化表面 上,將所述高硬度聚合物粘接劑復(fù)合物均勻涂覆在所述金屬板層凈化表面上;
[0026] 步驟3、按順序粘接所述金屬板層、所述纖維層和所述泡沫鋁層;
[0027] 包括如下子步驟:
[0028] 步驟31、在所述金屬板層涂覆有所述高硬度聚合物粘接劑復(fù)合物的一面貼覆一層 所述纖維層,之后與所述泡沫鋁層涂覆有所述抗高溫聚合物粘接劑復(fù)合物的一面粘接,得 到所述金屬板層、所述纖維層和所述泡沫鋁層的復(fù)合層板,或者將至少兩層所述纖維層與 至少一層所述泡沫鋁層通過所述抗高溫聚合物粘接劑復(fù)合物交替粘接形成夾芯層,所述夾 芯層的上下表面均為所述纖維層;
[0029] 步驟32、將兩塊涂覆有所述高硬度聚合物粘接劑復(fù)合物的所述金屬板層分別與所 述夾芯層上下表面的所述纖維層粘接,得到夾芯的所述金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板;
[0030] 步驟4、加壓固化;
[0031] 包括以下子步驟:
[0032] 步驟41、將所述的金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板放置在加壓固化設(shè)備中,利用重物或 壓頭對(duì)所述金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板進(jìn)行加壓,壓強(qiáng)大于2000Pa,使所述聚合物粘接劑復(fù) 合物滲入所述纖維層孔隙和所述泡沫鋁層表面孔隙中;
[0033] 步驟42、固化結(jié)束,取出所述金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板。
[0034] 其中,所述步驟41還采用加熱固化,施加壓強(qiáng)為2000Pa,將所述金屬纖維泡沫鋁 復(fù)合層板的溫度加熱到120-180°C。
[0035] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較,本發(fā)明的有益效果在于:(1)金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板結(jié)構(gòu) 具有比金屬泡沫鋁三明治結(jié)構(gòu)更為優(yōu)越的力學(xué)性能,特別是拉伸、壓縮性能;(2)在金屬纖 維泡沫鋁復(fù)合層板振動(dòng)期間,纖維層的變形能將轉(zhuǎn)變?yōu)闊岫饻p震作用,同時(shí)其主要承 受兩種金屬板間的剪應(yīng)力。因此,基于泡沫鋁的金屬纖維復(fù)合層板表現(xiàn)出更優(yōu)的吸震減 震特性和更優(yōu)隔音性能;(3)泡沫鋁層與纖維層具有優(yōu)異的抗碰撞特別是抗高速?zèng)_擊的性 能,因此本金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板具有極高的能量吸收性能,能夠在高應(yīng)變速率和爆轟 波條件下得到應(yīng)用;(4)由于聚合物粘接劑復(fù)合物中摻有氮化硅、氮化鈦等微米顆粒材料, 提高了該金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板的硬度和抗高溫性能,具有優(yōu)異的阻燃性能;(5)因?yàn)?只有兩層薄層金屬板,所以減輕了該復(fù)合層板的重量,同時(shí)制備工藝簡單,而且增加的微米 顆粒材料未經(jīng)復(fù)雜的方法鍍膜,降低了成本;(6)該金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板具有優(yōu)異的 環(huán)境耐久性;(7)金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板具有良好的抗彎曲變形能力;(9)解決了因有機(jī) 粘結(jié)劑熱穩(wěn)定性低造成的普通膠粘三明治泡沫鋁復(fù)合板材在高溫及阻燃方面應(yīng)用的限制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例一中的金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0037] 圖2a和2b為本發(fā)明實(shí)施例二中的金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板的結(jié)構(gòu)示意圖和結(jié)構(gòu) 圖;
[0038] 圖3為本發(fā)明中實(shí)施例三中的金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0039] 為便于本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行理解,特結(jié)合附圖對(duì)

【具體實(shí)施方式】進(jìn)行如下描述。
[0040] 實(shí)施例一
[0041] 一種金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板,其結(jié)構(gòu)為至少一層金屬板層1、至少一層纖維層2 和至少一層泡沫鋁層3 ;
[0042] 所述纖維層2通過抗高溫聚合物粘接劑復(fù)合物與所述泡沫鋁層3交替粘接,所述 泡沫鋁層3的上下兩面均粘接所述纖維層2 ;
[0043] 所述金屬板層1作為最外層通過高硬度聚合物粘接劑復(fù)合物與所述纖維層2粘 接。
[0044] 請參閱圖1所示,其為本發(fā)明中金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中金 屬層板1、纖維層2和泡沫鋁層3均為一層,且如前所述,金屬板層1與纖維層2之間為高硬 度聚合物粘接劑復(fù)合物,纖維層2與泡沫鋁層3之間為抗高溫聚合物粘接劑復(fù)合物。通過 加入纖維層2,使該金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板比金屬泡沫鋁三明治結(jié)構(gòu)的復(fù)合層板具有更 為優(yōu)越的力學(xué)性能,特別是拉伸、壓縮的性能;此外,由于加入了抗高溫和高硬度聚合物粘 接劑復(fù)合物,提高了本發(fā)明復(fù)合層板抗高溫阻燃性能及抗彎曲變形能力;本發(fā)明中的復(fù)合 層板在振動(dòng)期間,由于具有粘彈性的聚合物粘接劑復(fù)合物和纖維層2的變形能將轉(zhuǎn)變?yōu)闊?而引起減震所用。同時(shí),纖維層2具有良好的阻燃性能,從而解決了因有機(jī)粘接劑熱穩(wěn)定性 低造成的普通膠粘三明治泡沫鋁復(fù)合板材的應(yīng)用限制。
[0045] 實(shí)施例二
[0046] 請參閱圖2a,其為本發(fā)明金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板結(jié)構(gòu)示意圖,圖2b為本發(fā)明金 屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板結(jié)構(gòu)圖,從圖中可知,該結(jié)構(gòu)從上到下依次為普碳鋼板層1、纖維層 2、泡沫鋁層3、纖維層2和普碳鋼板層1,在纖維層2與普碳鋼板層1之間為高硬度聚合物 粘接劑復(fù)合物21,該高硬度聚合物粘接劑復(fù)合物21為環(huán)氧樹脂膠黏劑、胺類固化劑和氮化 鈦微米顆粒材料的混合物,且環(huán)氧樹脂膠黏劑、胺類固化劑和氮化鈦微米顆粒的質(zhì)量比符 合下述關(guān)系(按環(huán)氧樹脂每份l〇〇g計(jì)算)時(shí),該高硬度聚合物粘接劑復(fù)合物21的粘接性 及氮化鈦微米顆粒發(fā)揮的作用最優(yōu):

【權(quán)利要求】
1. 一種金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板,其特征在于,包括:至少一層金屬板層、至少一層纖 維層和至少一層泡沫鋁層; 所述纖維層通過抗高溫聚合物粘接劑復(fù)合物與所述泡沫鋁層交替粘接; 所述金屬板層作為最外層,通過高硬度聚合物粘接劑復(fù)合物與所述纖維層粘接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板,其特征在于,所述金屬纖維泡沫 鋁復(fù)合層板的結(jié)構(gòu)是:一層所述金屬板層通過所述高硬度聚合物粘接劑復(fù)合物與一層所 述纖維層粘接,所述纖維層再通過所述抗高溫聚合物粘接劑復(fù)合物和一層所述泡沫鋁層粘 接,用以所述金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板的單面使用。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板,其特征在于,所述金屬纖維泡沫 鋁復(fù)合層板的結(jié)構(gòu)是:至少兩層所述纖維層通過所述抗高溫聚合物粘接劑復(fù)合物與至少一 層所述泡沫鋁層交替粘接作為夾芯層,兩層所述金屬板層分別作為最外層,通過所述高硬 度聚合物粘接劑復(fù)合物與所述夾芯層粘接固定; 所述夾芯層的上下兩面均為所述纖維層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板,其特征在于,所述抗高溫聚合物 粘接劑復(fù)合物為環(huán)氧樹脂膠黏劑、固化劑、抗高溫微米顆粒材料的混合物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板,其特征在于,所述高硬度聚合物 粘接劑復(fù)合物為環(huán)氧樹脂膠黏劑、固化劑、高硬度微米顆粒材料的混合物。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板,其特征在于,所述金屬板層是 普碳鋼板、不銹鋼板、裝甲鋼板、純鋁板、鋁合金板、穿孔鋁板中至少一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板,其特征在于,所述纖維層是單絲 纖維、單束纖維或纖維布;所述纖維的材質(zhì)是無堿玻璃纖維、中堿玻璃纖維、超高分子量聚 乙烯纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維、碳纖維、碳化硅纖維、硼纖維、氧化鋁纖維中至少一種。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板,其特征在于,所述固化劑為胺類 固化劑或酸酐類固化劑。
9. 一種制備權(quán)利要求1-8任一所述的金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板的方法,其特征在于, 包括以下步驟: 步驟1、對(duì)金屬板層和泡沫鋁層進(jìn)行表面凈化處理; 包括如下子步驟: 步驟11、通過噴砂處理或者用砂紙打磨的機(jī)械方法刮擦所述金屬板層表面,再用酒精 棉擦拭,清除表面污垢,之后用清水沖洗約3分鐘后烘干; 步驟12、采用鋼絲刷或鋼絲球機(jī)械刮擦的方法,刮擦所述泡沫鋁層表面的至少一面至 露出新鮮表面,用清水沖洗約3分鐘清除所述泡沫鋁層表面污垢后烘干; 步驟2、涂覆聚合物粘接劑復(fù)合物; 包括如下子步驟: 步驟21、將環(huán)氧樹脂膠黏劑、固化劑和高硬度微米顆粒材料混合均勻形成高硬度聚合 物粘接劑復(fù)合物; 步驟22、將所述環(huán)氧樹脂膠黏劑、所述固化劑和抗高溫微米顆粒材料混合均勻形成抗 高溫聚合物粘接劑復(fù)合物; 步驟23、將所述抗高溫聚合物粘接劑復(fù)合物均勻涂覆在所述泡沫鋁層凈化表面上,將 所述高硬度聚合物粘接劑復(fù)合物均勻涂覆在所述金屬板層凈化表面上; 步驟3、按順序粘接所述金屬板層、所述纖維層和所述泡沫鋁層; 包括如下子步驟: 步驟31、在所述金屬板層涂覆有所述高硬度聚合物粘接劑復(fù)合物的一面貼覆一層所述 纖維層,之后與所述泡沫鋁層涂覆有所述抗高溫聚合物粘接劑復(fù)合物的一面粘接,得到所 述金屬板層、所述纖維層和所述泡沫鋁層的復(fù)合層板,或者將至少兩層所述纖維層與至少 一層所述泡沫鋁層通過所述抗高溫聚合物粘接劑復(fù)合物交替粘接形成夾芯層,所述夾芯層 的上下表面均為所述纖維層; 步驟32、將兩塊涂覆有所述高硬度聚合物粘接劑復(fù)合物的所述金屬板層分別與所述夾 芯層上下表面的所述纖維層粘接,得到夾芯的所述金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板; 步驟4、加壓固化; 包括以下子步驟: 步驟41、將所述的金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板放置在加壓固化設(shè)備中,利用重物或壓頭 對(duì)所述金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板進(jìn)行加壓,壓強(qiáng)大于2000Pa,使所述聚合物粘接劑復(fù)合物 滲入所述纖維層孔隙和所述泡沫鋁層表面孔隙中; 步驟42、固化結(jié)束,取出所述金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板的方法,其特征在于,所述步 驟41還采用加熱固化,施加壓強(qiáng)為2000Pa,將所述金屬纖維泡沫鋁復(fù)合層板的溫度加熱到 120-180°C。
【文檔編號(hào)】B32B37/02GK104441809SQ201410692896
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】任美康, 陳祥 申請人:寧波禾順新材料有限公司
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