本發(fā)明屬于金屬基復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種快速制備鎂基纖維金屬層板的熱壓工藝方法。

背景技術(shù)：

纖維金屬層板是金屬、纖維增強(qiáng)樹(shù)脂按照一定的堆垛順序疊加而成的混雜復(fù)合材料，它包含了纖維樹(shù)脂與金屬的優(yōu)點(diǎn)，纖維增強(qiáng)樹(shù)脂的韌性以及金屬的延展性，并且具有良好的沖擊性能，疲勞抗性以及損傷容限。與傳統(tǒng)金屬材料相比具有更高的比強(qiáng)度，并且由于其裂紋搭橋機(jī)制具有更好的阻礙疲勞裂紋快速生長(zhǎng)的性能，廣泛應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域。arall（芳綸纖維鋁合金板）機(jī)翼板具有更長(zhǎng)的使用壽命，約為鋁金屬機(jī)翼板使用壽命的3倍，并且相對(duì)傳統(tǒng)的鋁合金設(shè)計(jì)機(jī)翼減重約33%。arall板替代鋁合金生產(chǎn)的c17運(yùn)輸機(jī)的貨艙門，節(jié)省了大約20%的重量。glare（玻璃纖維鋁層合板）應(yīng)用在空客a380飛機(jī)上部蒙皮，減重了大約794kg的總重量。glare還應(yīng)用在垂直/水平機(jī)翼的邊緣上，caral（碳纖維鋁合金板）應(yīng)用在沖擊能量吸收方面例如直升機(jī)支架以及飛行器座椅。纖維金屬層板雖然有很大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與價(jià)值但其昂貴的生產(chǎn)成本限制了其應(yīng)用。

傳統(tǒng)商用fmls多為熱固性纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)浸料與金屬板在熱壓器下熱壓制備，為了提高預(yù)浸料的粘結(jié)性能，在預(yù)浸料與金屬預(yù)壓成型后一起放入真空密封袋中在一定溫度與壓力下熱壓成型。預(yù)浸料樹(shù)脂一般為環(huán)氧樹(shù)脂，在真空袋中熱壓成型是為了在固化過(guò)程中減少氣泡的產(chǎn)生。這種制備方法盡管可以獲得較高質(zhì)量的fmls，但生產(chǎn)的產(chǎn)品尺寸較小、工藝復(fù)雜且生產(chǎn)成本較高。fmls的質(zhì)量受溫度壓力影響較大。為確保熱固性樹(shù)脂完全固化導(dǎo)致較長(zhǎng)的生產(chǎn)周期以及復(fù)雜工藝導(dǎo)致的昂貴的生產(chǎn)成本是制備熱固性fmls最大的缺點(diǎn)，并且固化過(guò)程中對(duì)溫度壓力的依賴性導(dǎo)致其產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生波動(dòng)。熱固性樹(shù)脂fmls的不可循環(huán)利用難于修理，以及熱固性樹(shù)脂本身的脆性，熱分解等限制了傳統(tǒng)熱固性fmls應(yīng)用。為了克服熱固性基fmls的缺點(diǎn)，研究人員成功制備出熱塑性樹(shù)脂基纖維金屬層板，熱塑性基fmls與熱固性樹(shù)脂基fmls相比縮短了生產(chǎn)工藝流程，易于加工，耐化學(xué)腐蝕，可修理可循環(huán)利用，以及較強(qiáng)的層間斷裂韌性，更好的沖擊性能。

現(xiàn)有熱塑性樹(shù)脂基纖維金屬層板主要采用熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸料以及金屬板在相框性模具下熱壓成型。實(shí)驗(yàn)中多采用polyimide，peek，pcbt,pp等熱塑性樹(shù)脂采用熱壓法制備纖維金屬層板，參考文獻(xiàn)[1]g.reyes,w.j.cantwell.themechanicalpropertiesoffibre-metallaminatesbasedonglassfibrereinforcedpolypropylene[j].compositesscienceandtechnology,2000,7:1085-1094.[2]p.cortes,w.j.cantwell.interfacialfracturepropertiesofcarbonfiberreinforcedpeek/titaniumfiber-metallaminates[j].journalofmaterialsscienceletters,2002,23:1819-1823.[3]p.cortes,w.j.cantwell.thetensileandfatiguepropertiesofcarbonfiber-reinforcedpeek-titaniumfiber-metallaminates[j].journalofreinforcedplasticsandcomposites,2004,15:1615-1623.[4]m.o.bora,o.coban,t.sinmazcelik,etal.theinfluenceofdifferentcircularholeperforationsoninterlaminarshearstrengthofanovelfibermetallaminates[j].polymercomposites,2016,3:963-973.但熱壓法存在一些缺點(diǎn)：熱塑性預(yù)浸料制備比較困難這也無(wú)形中提高了其生產(chǎn)成本，故需要簡(jiǎn)化熱塑性纖維金屬層板的生產(chǎn)工藝從而降低纖維金屬層板的生產(chǎn)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單的快速制備工藝方法，解決現(xiàn)有技術(shù)制備工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本高等問(wèn)題，促進(jìn)纖維金屬層板的商業(yè)化應(yīng)用。

實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種快速制備鎂基纖維金屬層板的粉末層壓工藝方法，包括如下步驟：

（1）材料的準(zhǔn)備：

對(duì)鎂合金表面進(jìn)行表面處理：材料選用鎂合金板（軋制態(tài)），采用機(jī)械打磨以及砂紙粗磨的方法除去鎂合金表面的氧化皮，將鎂合金板置入乙醇溶液中（化學(xué)純95%）超聲處理0.5h后烘干備用；

樹(shù)脂粉末的處理：馬來(lái)酸酐改性聚丙烯樹(shù)脂粉末（化學(xué)純），接枝率≥1%，將樹(shù)脂粉末放放入電加熱空氣循環(huán)箱式爐中90℃干燥4h除去水分；

玻璃纖維的表面處理：將玻璃纖維布置于箱式加熱爐中，在450℃下處理2h，隨爐冷卻后取出置于酒精中超聲處理30min，隨后取出用蒸餾水清洗干凈；

硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行浸漬處理，配置成0.1%~2%硅烷溶液；

將熱處理后的玻璃纖維布置于硅烷偶聯(lián)劑中浸漬半小時(shí)，取出在室溫下干燥后，置于箱式加熱爐中120℃加熱2h，取出裝入袋中備用；

（2）將步驟（1）處理后的材料按鎂合金板、馬來(lái)酸酐改性聚丙烯樹(shù)脂粉末、玻璃纖維堆垛順序堆垛放入特制模具后在2mpa下預(yù)壓；

（3）將模具放入電加熱空氣循環(huán)箱式爐中160℃-165℃固化2.5h-3h；取出模具空冷后卸模，檢查產(chǎn)品。

所述鎂合金板為az系鎂合金。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明在熱壓法的基礎(chǔ)上采用粉末層壓法制備出fmls，成功地改進(jìn)了熱壓法，使實(shí)驗(yàn)過(guò)程更簡(jiǎn)單易行。將簡(jiǎn)單的鎂合金板、熱塑性樹(shù)脂粉末、無(wú)堿玻璃纖維平紋編織布按順序疊層堆垛放入特質(zhì)熱壓模具中固化而成，該方法極大地降低了制備成本。

2、本發(fā)明制備工藝不必預(yù)先制備出玻璃纖維預(yù)浸料，采用熱塑性樹(shù)脂粉末作為粘結(jié)劑，極大地簡(jiǎn)化了制備工藝，操作起來(lái)簡(jiǎn)單易行。樹(shù)脂加熱后變?yōu)檎沉鲬B(tài)能很好地浸潤(rùn)經(jīng)過(guò)表面處理的纖維布并均勻的分布在表面處理后的金屬表面，空冷后形成纖維金屬層板。工藝簡(jiǎn)單易行，極大地縮減了制備時(shí)間，有效降低了生產(chǎn)成本。將極大地促進(jìn)纖維金屬層板的商業(yè)化應(yīng)用。

3、本發(fā)明采用簡(jiǎn)單的玻璃纖維布、樹(shù)脂粉末、鎂合金板這些簡(jiǎn)單易得的材料成功制備出纖維金屬層板，原材料簡(jiǎn)單廉價(jià)。

附圖說(shuō)明

圖1為熱壓模具示意圖；

圖2為粉末層壓法堆垛示意圖；

圖3樹(shù)脂與纖維的電鏡掃描照片，其中(a)粉末層壓法制備的fmls樹(shù)脂-纖維的界面掃描圖，(b)為金屬-樹(shù)脂界面掃描圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

一種快速制備鎂基纖維金屬層板的粉末層壓工藝方法，包括以下步驟：

（1）材料的準(zhǔn)備：材料選用az31b鎂合金（軋制態(tài)），馬來(lái)酸酐改性聚丙烯樹(shù)脂粉末（化學(xué)純，接枝率≥1%，尺寸大于50微米）以及無(wú)堿玻璃纖維編織布（0°/90°平紋編織布）。為了很好的使加熱融熔后的樹(shù)脂很好的浸潤(rùn)玻璃纖維并粘結(jié)金屬，需要對(duì)鎂板以及玻璃纖維進(jìn)行表面處理。采用機(jī)械打磨以及砂紙粗磨的方法除去鎂合金表面的氧化皮，將鎂板置入乙醇溶液中（化學(xué)純95%）超聲處理0.5h后烘干備用。改性聚丙烯粉末通常會(huì)含有水分，這會(huì)影響樹(shù)脂的固化粘結(jié)過(guò)程，故需除去樹(shù)脂中所含有的水分。將樹(shù)脂粉末放放入電加熱空氣循環(huán)箱式爐中90℃干燥4h除去水分。將玻璃纖維布置于箱式加熱爐中，在450℃下處理2h，隨爐冷卻后取出置于酒精中超聲處理30min，隨后取出用蒸餾水清洗干凈。

硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行浸漬處理，選用牌號(hào)為kh550a-1100的硅烷偶聯(lián)劑，配置成0.1%~2%硅烷溶液。將熱處理后的玻璃纖維布置于硅烷偶聯(lián)劑中浸漬半小時(shí)，取出在室溫下干燥后，置于箱式加熱爐中120℃加熱2h，取出裝入袋中備用.

（2）材料的堆垛、模具的處理：先對(duì)熱壓模具進(jìn)行表面處理，熱壓模具如圖1所示，因?yàn)槟＞邥?huì)有殘留雜物，如殘留樹(shù)脂灰塵等。用粗砂紙和細(xì)砂紙以此打磨一下模具表面，用純凈水沖洗2-3次，在室溫下晾干，使模具表面干凈整潔。為了避免加熱成型時(shí)pp樹(shù)脂溢出從而使鎂板與模具粘黏，通常在制備前在模具表面涂抹脫模劑或炭黑。然后鎂（合金）板/pp樹(shù)脂粉末/玻璃纖維/鎂板進(jìn)行交替鋪層堆垛，堆垛順序如圖2所示，蓋上模具上蓋。預(yù)壓壓實(shí)后備用。

（3）將模具放入nabertherm電加熱空氣循環(huán)箱式爐在160℃下加熱3小時(shí)。去除熱壓模具，在下方放入冷鐵冷卻到室溫之后脫模，得到纖維金屬層板，檢查產(chǎn)品。

對(duì)制備出的纖維金屬層板的界面進(jìn)行電鏡掃描觀察如圖3（a）和（b）所示，圖（a）為樹(shù)脂-纖維的界面掃描圖片，從圖中可以看出樹(shù)脂能很好的浸潤(rùn)玻璃纖維。縱向/橫向纖維均很好的與樹(shù)脂結(jié)合在一起。圖（b）為金屬-樹(shù)脂界面掃描圖片，樹(shù)脂能很好地浸潤(rùn)鎂板表面。這種工藝制備出的鎂基纖維金屬層板最優(yōu)抗拉強(qiáng)度為167mpa。經(jīng)力學(xué)性能測(cè)試，本發(fā)明方法制備的纖維金屬層板抗拉強(qiáng)度略低于鎂板而大大高于纖維增強(qiáng)樹(shù)脂。

本發(fā)明在熱壓法的基礎(chǔ)上采用粉末層壓法制備出fmls，成功地改進(jìn)了熱壓法，使實(shí)驗(yàn)過(guò)程更簡(jiǎn)單易行。將鎂合金板、熱塑性樹(shù)脂粉末、無(wú)堿玻璃纖維平紋編織布按順序疊層堆垛放入特質(zhì)熱壓模具中，將模具壓實(shí)后放入電加熱空氣循環(huán)箱式爐中加熱固化制備出fmls，極大地降低了制備成本。本制備工藝不必預(yù)先制備出玻璃纖維預(yù)浸料，采用熱塑性樹(shù)脂粉末作為粘結(jié)劑，樹(shù)脂加熱后變?yōu)檎沉鲬B(tài)能很好地浸潤(rùn)經(jīng)過(guò)表面處理的纖維布并均勻的分布在表面處理后的金屬表面，空冷后形成纖維金屬層板。本發(fā)明所用材料簡(jiǎn)單易得，操作性強(qiáng)，極大地簡(jiǎn)化了纖維金屬層板的制備工藝，降低了纖維金屬層板的生產(chǎn)成本，必將極大地促進(jìn)纖維金屬層板的商業(yè)化應(yīng)用。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。