一種抗剪切纖維金屬層板及其制備方法

本發明涉及纖維金屬層板，尤其涉及一種抗剪切纖維金屬層板及其制備方法。

背景技術：

1、fml(fiber?metal?laminates)纖維金屬層板是一種由金屬和纖維材料組成的復合材料，具有金屬材料和纖維材料的性能優勢。它們具有出色的耐腐蝕性、高損傷耐受性和高強度重量比。現有的fml主要有芳綸增強鋁合金層合板(arall)、玻璃增強鋁合金層合板(glare)和碳增強鋁合金層合板(caralls)，主要用于飛機結構件，如飛機蒙皮、發動機整流罩、螺旋槳葉片、雷達罩等。橋接效應可產生裂紋閉合效應，抑制裂紋擴展。與其他纖維相比，芳綸纖維的橋接效應較弱，導致aralls在工程應用中裂紋擴展速度較快，容易過早失效。glare板由于密度大，難以滿足航空結構的減重要求。caralls更容易受到特定環境因素的影響，例如電偶腐蝕或降解。碳纖維環氧復合材料具有良好的導電性和較高的電極電位，一般高于大多數金屬。當它與一些具有負電極電位的金屬（如鋁）結合時，金屬的腐蝕速度明顯加快，在短時間內會造成明顯的損傷。因此，隨著對航空結構材料性能要求的不斷提高，研究人員越來越關注尋找綜合性能更好的金屬材料，以克服上述層合板的局限性。在fml中加入不銹鋼(ss)具有優異的耐腐蝕性，提高彎曲和拉伸應變，并最終提高機械性能，使fml更廣泛地用于復雜設計和高負載條件。其優異的性能推動了新型高性能復合材料的發展，為fml的發展提供了新的設計選擇和材料選擇。近年來，眾多學者對含不銹鋼極薄帶的fml的性能進行了廣泛的研究。

2、fml作為飛機結構的組成部分，經常受到彎曲、沖擊、剪切、拉伸/壓縮等載荷的作用，產生多種破壞模式，常見的破壞模式主要有分層、基體開裂、纖維斷裂和金屬塑性變形等。對于fml來說，由于其內部存在大量的纖維/金屬界面，在剪切荷載的作用下容易發生分層損傷，導致fml失去承載能力，損傷嚴重。在剪切荷載作用下易發生分層損傷，對結構的完整性和安全性構成嚴重威脅。因此，研究fml的界面剪切性能是至關重要的，因為它對層合板內部的載荷傳遞有重要影響。較強界面結合能夠增強材料的能量吸收能力，減少損傷傳播，從而提高結構的安全性和使用壽命。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發明提供了一種抗剪切纖維金屬層板及其制備方法，以解決現有纖維金屬層板易發生分層損傷、基體開裂、結構完整性受損等問題。

2、為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

3、一種抗剪切纖維金屬層板的制備方法，包括如下步驟：

4、將表面處理不銹鋼極薄帶、碳纖維編織布、單向碳纖維預浸料按照[w/[g/0/g/90]2/gc]s鋪層方案進行鋪層，鋪層過程中相鄰兩層之間涂覆納米改性環氧樹脂，固化后得到抗剪切纖維金屬層板；

5、其中，w代表碳纖維編織布，g代表表面處理不銹鋼極薄帶，0代表0°鋪設的單向碳纖維預浸料，90代表90°鋪設的單向碳纖維預浸料，gc代表中心層，s代表沿中心層對稱鋪層。

6、優選的，所述納米改性環氧樹脂的制備方法包括：

7、將環氧樹脂、稀釋劑、碳納米管和固化劑混合，得到納米改性環氧樹脂。

8、優選的，所述環氧樹脂、稀釋劑和固化劑的質量比為10：1.2~1.3：8~10；納米改性環氧樹脂中碳納米管的添加量為0.1~1wt.%。

9、優選的，鋪層過程中相鄰兩層之間涂覆改性環氧樹脂的涂覆量獨立的為2.22×10-4~4.44×10-4g/mm2。

10、優選的，所述固化包括順次進行的第一固化和第二固化；

11、第一固化的溫度為120~125℃，第一固化的時間為2~2.5h，第一固化的壓力為0.70~0.75?mpa；

12、第二固化的溫度為160~165℃，第二固化的時間為4~4.5h，第二固化的壓力為0.70~0.75?mpa。

13、優選的，所述表面處理不銹鋼極薄帶的制備方法為：將不銹鋼極薄帶進行表面進行打磨，浸入堿液進行處理，得到表面處理不銹鋼極薄帶。

14、優選的，所述表面處理不銹鋼極薄帶的制備方法為：將不銹鋼極薄帶浸入堿液進行預處理，預處理完成后浸入酸性重鉻酸鉀溶液進行處理，得到表面處理不銹鋼極薄帶。

15、優選的，所述表面處理不銹鋼極薄帶的制備方法為：將硅烷偶聯劑與酸性醇溶液混合，得到酸性改性劑；將不銹鋼極薄帶浸入酸性改性劑進行處理，得到表面處理不銹鋼極薄帶。

16、優選的，所述碳纖維編織布為3238a-cf3052碳纖維編織布；單向碳纖維預浸料為t700單向碳纖維預浸料。

17、本發明的另一目的是提供一種抗剪切纖維金屬層板的制備方法制備得到的抗剪切纖維金屬層板。

18、經由上述的技術方案可知，與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

19、本發明所述的纖維金屬層板由表面處理不銹鋼極薄帶、碳纖維編織布、單向碳纖維預浸料按照[w/[g/0/g/90]2/gc]s鋪層方案進行鋪層制備，通過特定的鋪層以及鋪層與納米改性環氧樹脂的相互作用，使得本發明制備的纖維金屬層板在剪切荷載作用下不容易發生分層損傷，能夠保證結構的完整性和安全性；其具有較強界面結合，能夠增強材料的能量吸收能力，減少損傷傳播，從而提高結構的安全性和使用壽命。

20、本發明在纖維金屬層板中加入納米改性環氧樹脂，提升了纖維金屬層板的抗剪切性能，其剪切強度提升了17.4%。當選用含有碳納米管的納米改性環氧樹脂時，碳納米管可以在金屬層和聚合物基體之間形成更好的機械錨固，增強界面結合強度。通過碳納米管的拉出和橋連機制，可以有效提高界面粘附力，從而改善整體層間剪切性能。

技術特征：

1.一種抗剪切纖維金屬層板的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種抗剪切纖維金屬層板的制備方法，其特征在于，所述納米改性環氧樹脂的制備方法包括：

3.根據權利要求2所述的一種抗剪切纖維金屬層板的制備方法，其特征在于，所述環氧樹脂、稀釋劑和固化劑的質量比為10：1.2~1.3：8~10；納米改性環氧樹脂中碳納米管的添加量為0.1~1wt.%。

4.根據權利要求1~3任一項所述的一種抗剪切纖維金屬層板的制備方法，其特征在于，鋪層過程中相鄰兩層之間涂覆改性環氧樹脂的涂覆量獨立的為2.22×10-4~4.44×10-4g/mm2。

5.根據權利要求4所述的一種抗剪切纖維金屬層板的制備方法，其特征在于，所述固化包括順次進行的第一固化和第二固化；

6.根據權利要求5所述的一種抗剪切纖維金屬層板的制備方法，其特征在于，所述表面處理不銹鋼極薄帶的制備方法為：將不銹鋼極薄帶進行表面進行打磨，浸入堿液進行處理，得到表面處理不銹鋼極薄帶。

7.根據權利要求5所述的一種抗剪切纖維金屬層板的制備方法，其特征在于，所述表面處理不銹鋼極薄帶的制備方法為：將不銹鋼極薄帶浸入堿液進行預處理，預處理完成后浸入酸性重鉻酸鉀溶液進行處理，得到表面處理不銹鋼極薄帶。

8.根據權利要求5所述一種抗剪切纖維金屬層板的制備方法，其特征在于，所述表面處理不銹鋼極薄帶的制備方法為：將硅烷偶聯劑與酸性醇溶液混合，得到酸性改性劑；將不銹鋼極薄帶浸入酸性改性劑進行處理，得到表面處理不銹鋼極薄帶。

9.根據權利要求6~8任一項所述一種抗剪切纖維金屬層板的制備方法，其特征在于，所述碳纖維編織布為3238a-cf3052碳纖維編織布；所述單向碳纖維預浸料為t700單向碳纖維預浸料。

10.權利要求1~9任一項所述的一種抗剪切纖維金屬層板的制備方法制備得到的抗剪切纖維金屬層板。

技術總結
本發明屬于纖維金屬層板技術領域，具體公開了一種抗剪切纖維金屬層板及其制備方法。將不銹鋼極薄帶、碳纖維編織布、單向碳纖維預浸料按照[W/[G/0/G/90]<subgt;2</subgt;/G<subgt;c</subgt;]<subgt;s</subgt;鋪層方案進行鋪層，鋪層過程中每兩層之間涂覆改性環氧樹脂，固化后得到抗剪切纖維金屬層板；其中，W代表碳纖維編織布，G代表不銹鋼極薄帶，0代表0°鋪設的單向碳纖維預浸料，90代表90°鋪設的單向碳纖維預浸料，Gc代表中心層，s代表沿中心層對稱鋪層，2代表[G/0/G/90]的重復次數。本發明制備的抗剪切纖維金屬層板極大地提高了纖維金屬層板的抗剪切性能，降低了發生分層損傷、基體破裂、纖維斷裂、金屬塑性變形等破壞的可能性。

技術研發人員：何航宇,鄭少秋,李志強,蘇亞男,裴柯磊
受保護的技術使用者：太原理工大學
技術研發日：
技術公布日：2025/3/13