本發(fā)明涉及吸能材料，具體而言，涉及一種泡沫鋁填充復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、泡沫鋁填充復(fù)合材料，作為一種先進(jìn)的輕質(zhì)多孔材料，憑借其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)，已在多個(gè)領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力。這些材料不僅具有輕質(zhì)、高比強(qiáng)度和良好的耐腐蝕性，而且還能提供出色的吸聲性能、能量吸收能力和熱絕緣性。然而，為了滿足更廣泛的應(yīng)用需求，特別是在對(duì)隔熱、吸能和聲學(xué)特性有更高要求的行業(yè)，如航空航天、汽車、建筑和軍事領(lǐng)域，現(xiàn)有泡沫鋁填充復(fù)合材料的性能還有待進(jìn)一步優(yōu)化。盡管泡沫鋁填充復(fù)合材料在許多方面表現(xiàn)優(yōu)秀，但其性能仍有改進(jìn)空間。具體地，泡沫鋁的吸能性能雖然突出，但其吸能效率和重復(fù)使用性在高強(qiáng)度沖擊下可能受限，影響其在高能吸收應(yīng)用場(chǎng)景中的長(zhǎng)期可靠性。

2、而聚氨酯材料通常具有開放或封閉的微孔結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠在受到?jīng)_擊時(shí)通過(guò)孔隙的變形吸收大量能量，類似于一個(gè)帶有眾多小氣囊的彈簧系統(tǒng)，聚氨酯材料在受力時(shí)，其內(nèi)部的化學(xué)鍵和分子間作用力會(huì)發(fā)生變形，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，從而吸收沖擊能量，減緩沖擊力的傳遞，相比于完全彈性材料，聚氨酯在受到較大沖擊時(shí)會(huì)發(fā)生塑性變形，這使得它能夠吸收更多的能量而不立即反彈，從而降低了傳遞給結(jié)構(gòu)或人體的沖擊力。

3、因此，現(xiàn)有技術(shù)通常采用在泡沫鋁材料表面覆蓋聚氨酯的形式生產(chǎn)泡沫鋁填充復(fù)合材料，如申請(qǐng)?zhí)枮閏n201910025926.9的專利申請(qǐng)公開了一種用于汽車保險(xiǎn)杠的泡沫鋁填充復(fù)合材料，使用聚氨酯包覆泡沫鋁的方式實(shí)現(xiàn)，但采用表面包覆的方法容易造成聚氨酯與泡沫鋁之間的界面不兼容的問(wèn)題，而任何界面缺陷或不良的粘合都會(huì)影響復(fù)合材料的整體性能，尤其是在承受沖擊或循環(huán)載荷的情況下。因此，采用常用的包覆方法明顯無(wú)法滿足需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種泡沫鋁填充復(fù)合材料及其制備方法，旨在保持泡沫鋁原有優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)在泡沫復(fù)合材料中采用激光打孔或沖壓打孔的方法得到貫穿孔后，在貫穿孔中填充聚氨酯或橡膠，不僅能進(jìn)一步增強(qiáng)材料的特定性能，而且避免了常用包覆方法中出現(xiàn)的界面不相容問(wèn)題。

2、本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種泡沫鋁填充復(fù)合材料的制備方法，所述制備方法具體包括如下步驟：

3、s1、采用激光打孔或沖壓打孔的方法在泡沫鋁材料中得到貫穿孔；

4、s2、使用壓力填充法將熔融聚氨酯或熔融橡膠填充入步驟s1的貫穿孔中；

5、s3、將填充完熔融聚氨酯或熔融橡膠的泡沫鋁材料置于真空室中，抽真空的同時(shí)進(jìn)行升溫，經(jīng)過(guò)固化反應(yīng)后緩慢釋放真空并降溫，得到泡沫鋁填充復(fù)合材料。

6、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)激光打孔或沖壓打孔的方式在泡沫鋁材料中得到貫穿孔，而后將熔融聚氨酯或熔融橡膠填充入貫穿孔中，最后進(jìn)行升溫固化得到聚氨酯或橡膠填充的泡沫鋁填充復(fù)合材料，其中采用激光打孔技術(shù)或沖壓打孔方法在泡沫鋁中形成貫穿孔，可以精確控制孔的尺寸、形狀和分布，這有助于提高填充物的均勻性和界面接觸的有效性，而使用壓力填充法可以確保熔融聚氨酯或熔融橡膠完全填充泡沫鋁的孔隙，避免空氣殘留，從而增強(qiáng)聚氨酯或橡膠與泡沫鋁之間的物理互鎖，提高界面的粘結(jié)力，綜上，整個(gè)過(guò)程從打孔、壓力填充到升溫固化，能提高泡沫鋁和填充材料的界面兼容性，確保復(fù)合材料具有優(yōu)異的性能。

7、在一些實(shí)施方式中，所述步驟s1中，所述泡沫鋁材料經(jīng)過(guò)預(yù)處理，所述預(yù)處理步驟為：將泡沫鋁材料除貫穿孔內(nèi)表面的可見(jiàn)表面采用遮蔽膠帶進(jìn)行覆蓋，將環(huán)氧樹脂加入霧化噴涂裝置中進(jìn)行霧化處理，然后對(duì)貫穿孔內(nèi)表面進(jìn)行噴涂成膜。

8、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將泡沫鋁材料經(jīng)過(guò)預(yù)處理，泡沫鋁材料的貫穿孔的表面被環(huán)氧樹脂涂層所覆蓋，形成一個(gè)增強(qiáng)的界面，這將大大提高與聚氨酯或橡膠的粘結(jié)性能。環(huán)氧樹脂的粘結(jié)性、耐化學(xué)性和機(jī)械強(qiáng)度使其成為理想的中間層材料，能夠顯著提升復(fù)合材料的整體性能，從而在最終的復(fù)合過(guò)程中，聚氨酯或橡膠與經(jīng)過(guò)預(yù)處理的泡沫鋁貫穿孔內(nèi)的環(huán)氧樹脂層緊密結(jié)合，形成一個(gè)牢固的復(fù)合結(jié)構(gòu)，適用于需要高粘結(jié)強(qiáng)度和良好機(jī)械性能的應(yīng)用場(chǎng)景。

9、在一些實(shí)施方式中，所述霧化處理的功率為600-700w。

10、與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明在高功率條件下進(jìn)行霧化處理，有助于產(chǎn)生足夠細(xì)小的液滴，以確保涂層的均勻性和質(zhì)量。

11、在一些實(shí)施方式中，所述噴涂成膜的參數(shù)如下：流量為3-5ml/min、高度為2-3cm、噴涂速度為15-20mm/s，溫度環(huán)境為60-70℃。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)控制單位時(shí)間內(nèi)霧化樹脂的量，確保涂層不會(huì)過(guò)厚或過(guò)薄，由于流量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致涂層不均勻或過(guò)度積累，流量過(guò)小則可能導(dǎo)致涂層不足；結(jié)合短距離的噴涂高度，較短的距離有助于提高霧化顆粒的沉積效率，確保涂層的均勻性，進(jìn)一步控制噴槍移動(dòng)的速度，確保在整個(gè)噴涂區(qū)域內(nèi)涂層的均勻分布，速度過(guò)快會(huì)導(dǎo)致涂層厚度不均，過(guò)慢則可能造成局部涂層過(guò)厚；此外充分考慮溫度對(duì)環(huán)氧樹脂的流動(dòng)性和固化速率有重要影響，在較高溫度下，樹脂更容易流動(dòng)，有助于形成更均勻的涂層，同時(shí)也可能加速初步固化過(guò)程。綜合這些參數(shù)，使霧化處理和噴涂成膜的過(guò)程在精密控制下進(jìn)行，以確保環(huán)氧樹脂在泡沫鋁材料的貫穿孔內(nèi)表面形成既薄又均勻的涂層。

13、在一些實(shí)施方式中，所述步驟s1中，激光打孔的參數(shù)如下：電流為110-115a，脈寬為0.4ms，頻率為130-140hz，離焦量為-1mm。

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用上述激光打孔的參數(shù)，其中，電流和頻率的選擇傾向于提高生產(chǎn)速度，而脈寬和離焦量的設(shè)置則著重于控制孔的質(zhì)量，包括孔壁的光滑度和垂直度，通過(guò)上述參數(shù)的結(jié)合，可以得到最佳的打孔效果。

15、在一些實(shí)施方式中，所述貫穿孔為錐形孔，且孔錐度為1.15-1.20°。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用小孔錐度的錐形孔，主要是由于錐形孔可以增加材料的復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)，當(dāng)受到?jīng)_擊時(shí)，這種結(jié)構(gòu)可以提供更多的路徑來(lái)分散和吸收能量，同時(shí)，本發(fā)明并進(jìn)一步限定了貫穿孔的孔錐度，是由于孔錐度影響材料的強(qiáng)度、剛度和加工性，而較小的孔錐度可以更均勻地分布接觸面上的壓力，避免了應(yīng)力過(guò)于集中，從而延長(zhǎng)了泡沫鋁填充復(fù)合材料的使用壽命，減少疲勞裂紋的風(fēng)險(xiǎn)。

17、在一些實(shí)施方式中，所述貫穿孔呈正方形陣列排布，且通過(guò)以下計(jì)算公式得到s′、h′和d′：

18、s′＝s0-△s

19、h′＝h0+αδs

20、d′＝d0+βδs

21、其中，s0為泡沫鋁材料標(biāo)準(zhǔn)件的孔間距；

22、h0為泡沫鋁材料標(biāo)準(zhǔn)件的厚度；

23、d0為泡沫鋁材料標(biāo)準(zhǔn)件的孔徑；

24、s′為目標(biāo)泡沫鋁填充復(fù)合材料的貫穿孔的孔間距；

25、h′為目標(biāo)泡沫鋁填充復(fù)合材料的厚度；

26、d′為目標(biāo)泡沫鋁填充復(fù)合材料的貫穿孔的孔徑；

27、δs為泡沫鋁材料標(biāo)準(zhǔn)件的孔間距與目標(biāo)泡沫鋁填充復(fù)合材料的貫穿孔的孔間距的差值；

28、α為目標(biāo)泡沫鋁填充復(fù)合材料的第一預(yù)設(shè)材料系數(shù)；

29、β為目標(biāo)泡沫鋁填充復(fù)合材料的第二預(yù)設(shè)材料系數(shù)。

30、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明結(jié)合泡沫鋁材料標(biāo)準(zhǔn)件以及目標(biāo)泡沫鋁填充復(fù)合材料所要達(dá)到的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(譬如厚度)，結(jié)合目標(biāo)泡沫鋁填充復(fù)合材料的第一預(yù)設(shè)材料系數(shù)和目標(biāo)泡沫鋁填充復(fù)合材料的第二預(yù)設(shè)材料系數(shù)，從而得到目標(biāo)泡沫鋁填充復(fù)合材料貫穿孔的目標(biāo)參數(shù)(譬如孔間距和孔徑)，從而使目標(biāo)泡沫鋁填充復(fù)合材料的性能達(dá)到最優(yōu)化。值得一提的是，s0為泡沫鋁材料標(biāo)準(zhǔn)件打孔形成的孔間距，d0為泡沫鋁材料標(biāo)準(zhǔn)件打孔形成的孔徑。

31、在一些實(shí)施方式中，所述s0為0.2mm，所述h0為6cm，所述d0為0.02mm。

32、本發(fā)明限定了泡沫鋁材料標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)，作為目標(biāo)泡沫鋁填充復(fù)合材料的基準(zhǔn)，通過(guò)調(diào)整孔間距、厚度和孔徑，可以優(yōu)化復(fù)合材料的吸聲性能、隔熱性能、強(qiáng)度和剛度等關(guān)鍵性能指標(biāo)。

33、在一些實(shí)施方式中，所述α為10000-11000，所述β為0.1-0.15。

34、預(yù)設(shè)材料系數(shù)與目標(biāo)泡沫鋁填充復(fù)合材料的密度、預(yù)期性能(如強(qiáng)度、斷裂韌性等)以及填充材料的種類、密度等都有著密切關(guān)系，在本發(fā)明中，將第一預(yù)設(shè)材料系數(shù)與第二預(yù)設(shè)材料系數(shù)限定在上述范圍，是發(fā)明人經(jīng)過(guò)實(shí)際試驗(yàn)后得出的最佳參數(shù)，有利于進(jìn)一步提高目標(biāo)復(fù)合材料的復(fù)合性能。

35、本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種泡沫鋁填充復(fù)合材料，由上述制備方法制備得到。