一种金属纤维泡沫铝复合层板及其制备方法

2024-12-06 231次浏览

一种金属纤维泡沫铝复合层板及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种金属纤维泡沫铝复合层板，包括：至少一层金属板层、至少一层纤维层和至少一层泡沫铝层；所述纤维层通过抗高温聚合物粘接剂复合物与所述泡沫铝层交替粘接；所述金属板层作为最外层，通过高硬度聚合物粘接剂复合物与所述纤维层粘接。同时还涉及该金属纤维泡沫铝复合层板的制备方法，主要包括对金属板层和泡沫铝层进行表面净化处理，然后在其上涂覆所述抗高温和高硬度聚合物粘接剂复合物，将各层粘接后进行加压固化处理。本发明金属纤维泡沫铝复合层板具有比金属泡沫铝三明治结构更为优越的力学性能，更优的吸震减震特性和隔音性能，优异的抗高速冲击性能，良好的抗弯曲变形能力，极强的阻燃防火性能，成本降低。
【专利说明】一种金属纤维泡沬铝复合层板及其制备方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及复合材料制备【技术领域】，具体涉及一种金属纤维泡沫铝复合层板及其制备方法。技术背景
[0002] 泡沫铝是1980年代后期国际上迅速发展起来的一种具有优异物理特性和良好机械性能的新型工程材料，由于具有比重小、刚度大、比表面大、减震性能好、消声效果好、电磁屏蔽性能高等多方面的性能组合而具有结构和功能的双重作用，其研究处于船舶业、国防工业、汽车工业、高速列车、航空航天工业、军事以及其它重量相依性工业等领域的技术发展前沿，并在国家安全、科学技术研究与国民经济建设中发挥着巨大的作用，如用于吸音、减振、抗冲击和吸能、电磁屏蔽、隔热、热交换等诸多场合。泡沫铝将多种功能结合在一起，是传统材料所不能达到的。
[0003] 众多研究表明，基于泡沫铝的夹层结构材料，也称为三明治结构材料，具有比单一金属构件及泡沫铝材料更为优越的力学性能，使得复合结构在一定载荷条件下显示出最佳的力学性能。传统三明治结构是由两层金属板与蜂窝铝或金属泡沫芯层构成，但在受到弯曲载荷时，金属板易于与芯层脱离。通常采用的金属板较薄，很容易在应力作用下弯曲失效，由于芯层材料抗弯曲应力破坏的能力很差，导致芯层材料断裂，进而导致三明治结构的失效。为了提高三明治板的抗弯曲变形性能，可以增加金属板厚度来有效控制三明治板的最终变形，但会导致三明治板质量的增加。为了解决这一矛盾，目前的轻质抗冲击的泡沫金属夹芯板，采用玻璃纤维或碳纤维与钛合金或铝合金组成的纤维金属层板作为最外层板，采用泡沫铝作为芯层材料。但存在以下缺点：一是纤维金属层板制备成本高，特别是采用钛合金纤维金属层板；二是相比传统三明治结构，由于纤维金属层板采用钛合金或铝合金，其导热性能很高，所制备泡沫金属夹芯板的防火性能没有得到提高，同时其减震性能和抗商温性能也未提商。因此，提商该种材料的力学性能、提商其阻燃性、抗弯曲变形能力和减震性能的同时，降低制备成本且材料重量减轻是目前有待解决的技术问题。
[0004] 鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

【发明内容】

[0005] 为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，首先提供一种金属纤维泡沫铝复合层板，包括：至少一层金属板层、至少一层纤维层和至少一层泡沫铝层；
[0006] 所述纤维层通过抗高温聚合物粘接剂复合物与所述泡沫铝层交替粘接；
[0007] 所述金属板层作为最外层，通过高硬度聚合物粘接剂复合物与所述纤维层粘接。
[0008] 其中，所述金属纤维泡沫铝复合层板的结构是：一层所述金属板层通过所述高硬度聚合物粘接剂复合物与一层所述纤维层粘接，所述纤维层再通过所述抗高温聚合物粘接剂复合物和一层所述泡沫铝层粘接，用以所述金属纤维泡沫铝复合层板的单面使用。
[0009] 其中，所述金属纤维泡沫铝复合层板的结构是：至少两层所述纤维层通过所述抗高温聚合物粘接剂复合物与至少一层所述泡沫铝层交替粘接作为夹芯层，两层所述金属板层分别作为最外层，通过所述高硬度聚合物粘接剂复合物与所述夹芯层粘接固定；
[0010] 所述夹芯层的上下两面均为所述纤维层。
[0011] 其中，所述抗高温聚合物粘接剂复合物为环氧树脂胶黏剂、固化剂、抗高温微米颗粒材料的混合物。
[0012] 其中，所述高硬度聚合物粘接剂复合物为环氧树脂胶黏剂、固化剂、高硬度微米颗粒材料的混合物。
[0013] 其中，所述金属板层是普碳钢板、不锈钢板、装甲钢板、纯铝板、铝合金板、穿孔铝板中至少一种。
[0014] 其中，所述纤维层是单丝纤维、单束纤维或纤维布；所述纤维的材质是无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纤维、碳化硅纤维、硼纤维、氧化铝纤维中至少一种。
[0015] 其中，所述固化剂为胺类固化剂或酸酐类固化剂。
[0016] 其次，提供一种制备上述金属纤维泡沫铝复合层板的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0017] 步骤1、对金属板层和泡沫铝层进行表面净化处理；
[0018] 包括如下子步骤：
[0019] 步骤11、通过喷砂处理或者用砂纸打磨的机械方法刮擦所述金属板层表面，再用酒精棉擦拭，清除表面污垢，之后用清水冲洗约3分钟后烘干；
[0020] 步骤12、采用钢丝刷或钢丝球机械刮擦的方法，刮擦所述泡沫铝层表面的至少一面至露出新鲜表面，用清水冲洗约3分钟清除所述泡沫铝层表面污垢后烘干；
[0021] 步骤2、涂覆聚合物粘接剂复合物；
[0022] 包括如下子步骤：
[0023] 步骤21、将环氧树脂胶黏剂、固化剂和高硬度微米颗粒材料混合均匀形成高硬度聚合物粘接剂复合物；
[0024] 步骤22、将所述环氧树脂胶黏剂、所述固化剂和抗高温微米颗粒材料混合均匀形成抗高温聚合物粘接剂复合物；
[0025] 步骤23、将所述抗高温聚合物粘接剂复合物均匀涂覆在所述泡沫铝层净化表面上，将所述高硬度聚合物粘接剂复合物均匀涂覆在所述金属板层净化表面上；
[0026] 步骤3、按顺序粘接所述金属板层、所述纤维层和所述泡沫铝层；
[0027] 包括如下子步骤：
[0028] 步骤31、在所述金属板层涂覆有所述高硬度聚合物粘接剂复合物的一面贴覆一层所述纤维层，之后与所述泡沫铝层涂覆有所述抗高温聚合物粘接剂复合物的一面粘接，得到所述金属板层、所述纤维层和所述泡沫铝层的复合层板，或者将至少两层所述纤维层与至少一层所述泡沫铝层通过所述抗高温聚合物粘接剂复合物交替粘接形成夹芯层，所述夹芯层的上下表面均为所述纤维层；
[0029] 步骤32、将两块涂覆有所述高硬度聚合物粘接剂复合物的所述金属板层分别与所述夹芯层上下表面的所述纤维层粘接，得到夹芯的所述金属纤维泡沫铝复合层板；
[0030] 步骤4、加压固化；
[0031] 包括以下子步骤：
[0032] 步骤41、将所述的金属纤维泡沫铝复合层板放置在加压固化设备中，利用重物或压头对所述金属纤维泡沫铝复合层板进行加压，压强大于2000Pa，使所述聚合物粘接剂复合物渗入所述纤维层孔隙和所述泡沫铝层表面孔隙中；
[0033] 步骤42、固化结束，取出所述金属纤维泡沫铝复合层板。
[0034] 其中，所述步骤41还采用加热固化，施加压强为2000Pa，将所述金属纤维泡沫铝复合层板的温度加热到120-180°C。
[0035] 与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：（1)金属纤维泡沫铝复合层板结构具有比金属泡沫铝三明治结构更为优越的力学性能，特别是拉伸、压缩性能；（2)在金属纤维泡沫铝复合层板振动期间，纤维层的变形能将转变为热而引起减震作用，同时其主要承受两种金属板间的剪应力。因此，基于泡沫铝的金属纤维复合层板表现出更优的吸震减震特性和更优隔音性能；（3)泡沫铝层与纤维层具有优异的抗碰撞特别是抗高速冲击的性能，因此本金属纤维泡沫铝复合层板具有极高的能量吸收性能，能够在高应变速率和爆轰波条件下得到应用；(4)由于聚合物粘接剂复合物中掺有氮化硅、氮化钛等微米颗粒材料，提高了该金属纤维泡沫铝复合层板的硬度和抗高温性能，具有优异的阻燃性能；(5)因为只有两层薄层金属板，所以减轻了该复合层板的重量，同时制备工艺简单，而且增加的微米颗粒材料未经复杂的方法镀膜，降低了成本；(6)该金属纤维泡沫铝复合层板具有优异的环境耐久性；（7)金属纤维泡沫铝复合层板具有良好的抗弯曲变形能力；(9)解决了因有机粘结剂热稳定性低造成的普通胶粘三明治泡沫铝复合板材在高温及阻燃方面应用的限制。

【专利附图】

【附图说明】
[0036] 图1为本发明实施例一中的金属纤维泡沫铝复合层板的结构示意图；
[0037] 图2a和2b为本发明实施例二中的金属纤维泡沫铝复合层板的结构示意图和结构图；
[0038] 图3为本发明中实施例三中的金属纤维泡沫铝复合层板的结构示意图。

【具体实施方式】
[0039] 为便于本领域技术人员对本发明的技术方案和有益效果进行理解，特结合附图对

【具体实施方式】进行如下描述。
[0040] 实施例一
[0041] 一种金属纤维泡沫铝复合层板，其结构为至少一层金属板层1、至少一层纤维层2 和至少一层泡沫铝层3 ;
[0042] 所述纤维层2通过抗高温聚合物粘接剂复合物与所述泡沫铝层3交替粘接，所述泡沫铝层3的上下两面均粘接所述纤维层2 ;
[0043] 所述金属板层1作为最外层通过高硬度聚合物粘接剂复合物与所述纤维层2粘接。
[0044] 请参阅图1所示，其为本发明中金属纤维泡沫铝复合层板的结构示意图。图中金属层板1、纤维层2和泡沫铝层3均为一层，且如前所述，金属板层1与纤维层2之间为高硬度聚合物粘接剂复合物，纤维层2与泡沫铝层3之间为抗高温聚合物粘接剂复合物。通过加入纤维层2,使该金属纤维泡沫铝复合层板比金属泡沫铝三明治结构的复合层板具有更为优越的力学性能，特别是拉伸、压缩的性能；此外，由于加入了抗高温和高硬度聚合物粘接剂复合物，提高了本发明复合层板抗高温阻燃性能及抗弯曲变形能力；本发明中的复合层板在振动期间，由于具有粘弹性的聚合物粘接剂复合物和纤维层2的变形能将转变为热而引起减震所用。同时，纤维层2具有良好的阻燃性能，从而解决了因有机粘接剂热稳定性低造成的普通胶粘三明治泡沫铝复合板材的应用限制。
[0045] 实施例二
[0046] 请参阅图2a，其为本发明金属纤维泡沫铝复合层板结构示意图，图2b为本发明金属纤维泡沫铝复合层板结构图，从图中可知，该结构从上到下依次为普碳钢板层1、纤维层 2、泡沫铝层3、纤维层2和普碳钢板层1，在纤维层2与普碳钢板层1之间为高硬度聚合物粘接剂复合物21，该高硬度聚合物粘接剂复合物21为环氧树脂胶黏剂、胺类固化剂和氮化钛微米颗粒材料的混合物，且环氧树脂胶黏剂、胺类固化剂和氮化钛微米颗粒的质量比符合下述关系（按环氧树脂每份l〇〇g计算）时，该高硬度聚合物粘接剂复合物21的粘接性及氮化钛微米颗粒发挥的作用最优：

【权利要求】
1. 一种金属纤维泡沫铝复合层板，其特征在于，包括：至少一层金属板层、至少一层纤维层和至少一层泡沫铝层；所述纤维层通过抗高温聚合物粘接剂复合物与所述泡沫铝层交替粘接；所述金属板层作为最外层，通过高硬度聚合物粘接剂复合物与所述纤维层粘接。
2. 根据权利要求1所述的金属纤维泡沫铝复合层板，其特征在于，所述金属纤维泡沫铝复合层板的结构是：一层所述金属板层通过所述高硬度聚合物粘接剂复合物与一层所述纤维层粘接，所述纤维层再通过所述抗高温聚合物粘接剂复合物和一层所述泡沫铝层粘接，用以所述金属纤维泡沫铝复合层板的单面使用。
3. 根据权利要求2所述的金属纤维泡沫铝复合层板，其特征在于，所述金属纤维泡沫铝复合层板的结构是：至少两层所述纤维层通过所述抗高温聚合物粘接剂复合物与至少一层所述泡沫铝层交替粘接作为夹芯层，两层所述金属板层分别作为最外层，通过所述高硬度聚合物粘接剂复合物与所述夹芯层粘接固定；所述夹芯层的上下两面均为所述纤维层。
4. 根据权利要求3所述的金属纤维泡沫铝复合层板，其特征在于，所述抗高温聚合物粘接剂复合物为环氧树脂胶黏剂、固化剂、抗高温微米颗粒材料的混合物。
5. 根据权利要求3所述的金属纤维泡沫铝复合层板，其特征在于，所述高硬度聚合物粘接剂复合物为环氧树脂胶黏剂、固化剂、高硬度微米颗粒材料的混合物。
6. 根据权利要求4或5所述的金属纤维泡沫铝复合层板，其特征在于，所述金属板层是普碳钢板、不锈钢板、装甲钢板、纯铝板、铝合金板、穿孔铝板中至少一种。
7. 根据权利要求6所述的金属纤维泡沫铝复合层板，其特征在于，所述纤维层是单丝纤维、单束纤维或纤维布；所述纤维的材质是无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纤维、碳化硅纤维、硼纤维、氧化铝纤维中至少一种。
8. 根据权利要求7所述的金属纤维泡沫铝复合层板，其特征在于，所述固化剂为胺类固化剂或酸酐类固化剂。
9. 一种制备权利要求1-8任一所述的金属纤维泡沫铝复合层板的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、对金属板层和泡沫铝层进行表面净化处理；包括如下子步骤：步骤11、通过喷砂处理或者用砂纸打磨的机械方法刮擦所述金属板层表面，再用酒精棉擦拭，清除表面污垢，之后用清水冲洗约3分钟后烘干；步骤12、采用钢丝刷或钢丝球机械刮擦的方法，刮擦所述泡沫铝层表面的至少一面至露出新鲜表面，用清水冲洗约3分钟清除所述泡沫铝层表面污垢后烘干；步骤2、涂覆聚合物粘接剂复合物；包括如下子步骤：步骤21、将环氧树脂胶黏剂、固化剂和高硬度微米颗粒材料混合均匀形成高硬度聚合物粘接剂复合物；步骤22、将所述环氧树脂胶黏剂、所述固化剂和抗高温微米颗粒材料混合均匀形成抗高温聚合物粘接剂复合物；步骤23、将所述抗高温聚合物粘接剂复合物均匀涂覆在所述泡沫铝层净化表面上，将所述高硬度聚合物粘接剂复合物均匀涂覆在所述金属板层净化表面上；步骤3、按顺序粘接所述金属板层、所述纤维层和所述泡沫铝层；包括如下子步骤：步骤31、在所述金属板层涂覆有所述高硬度聚合物粘接剂复合物的一面贴覆一层所述纤维层，之后与所述泡沫铝层涂覆有所述抗高温聚合物粘接剂复合物的一面粘接，得到所述金属板层、所述纤维层和所述泡沫铝层的复合层板，或者将至少两层所述纤维层与至少一层所述泡沫铝层通过所述抗高温聚合物粘接剂复合物交替粘接形成夹芯层，所述夹芯层的上下表面均为所述纤维层；步骤32、将两块涂覆有所述高硬度聚合物粘接剂复合物的所述金属板层分别与所述夹芯层上下表面的所述纤维层粘接，得到夹芯的所述金属纤维泡沫铝复合层板；步骤4、加压固化；包括以下子步骤：步骤41、将所述的金属纤维泡沫铝复合层板放置在加压固化设备中，利用重物或压头对所述金属纤维泡沫铝复合层板进行加压，压强大于2000Pa，使所述聚合物粘接剂复合物渗入所述纤维层孔隙和所述泡沫铝层表面孔隙中；步骤42、固化结束，取出所述金属纤维泡沫铝复合层板。
10.根据权利要求9所述的制备金属纤维泡沫铝复合层板的方法，其特征在于，所述步骤41还采用加热固化，施加压强为2000Pa，将所述金属纤维泡沫铝复合层板的温度加热到 120-180°C。
【文档编号】B32B37/02GK104441809SQ201410692896
【公开日】2015年3月25日申请日期:2014年11月26日优先权日:2014年11月26日
【发明者】任美康, 陈祥申请人:宁波禾顺新材料有限公司

文档序号 : 【 2459615 】

技术研发人员：任美康,陈祥
技术所有人：宁波禾顺新材料有限公司

备注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
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任美康丨陈祥丨宁波禾顺新材料有限公司

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