本發(fā)明屬于金屬基復合材料領域，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：

纖維金屬層板是金屬、纖維增強樹脂按照一定的堆垛順序疊加而成的混雜復合材料，它包含了纖維樹脂與金屬的優(yōu)點，纖維增強樹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度，并且由于其裂紋搭橋機制具有更好的阻礙疲勞裂紋快速生長的性能，廣泛應用在航空航天領域。arall（芳綸纖維鋁合金板）機翼板具有更長的使用壽命，約為鋁金屬機翼板使用壽命的3倍，并且相對傳統(tǒng)的鋁合金設計機翼減重約33%。arall板替代鋁合金生產(chǎn)的c17運輸機的貨艙門，節(jié)省了大約20%的重量。glare（玻璃纖維鋁層合板）應用在空客a380飛機上部蒙皮，減重了大約794kg的總重量。glare還應用在垂直/水平機翼的邊緣上，caral（碳纖維鋁合金板）應用在沖擊能量吸收方面例如直升機支架以及飛行器座椅。纖維金屬層板雖然有很大的應用優(yōu)勢與價值但其昂貴的生產(chǎn)成本限制了其應用。

傳統(tǒng)商用fmls多為熱固性纖維增強環(huán)氧樹脂預浸料與金屬板在熱壓器下熱壓制備，為了提高預浸料的粘結性能，在預浸料與金屬預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。預浸料樹脂一般為環(huán)氧樹脂，在真空袋中熱壓成型是為了在固化過程中減少氣泡的產(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。為確保熱固性樹脂完全固化導致較長的生產(chǎn)周期以及復雜工藝導致的昂貴的生產(chǎn)成本是制備熱固性fmls最大的缺點，并且固化過程中對溫度壓力的依賴性導致其產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生波動。熱固性樹脂fmls的不可循環(huán)利用難于修理，以及熱固性樹脂本身的脆性，熱分解等限制了傳統(tǒng)熱固性fmls應用。為了克服熱固性基fmls的缺點，研究人員成功制備出熱塑性樹脂基纖維金屬層板，熱塑性基fmls與熱固性樹脂基fmls相比縮短了生產(chǎn)工藝流程，易于加工，耐化學腐蝕，可修理可循環(huán)利用，以及較強的層間斷裂韌性，更好的沖擊性能。

現(xiàn)有熱塑性樹脂基纖維金屬層板主要采用熱塑性樹脂預浸料以及金屬板在相框性模具下熱壓成型。實驗中多采用polyimide，peek，pcbt,pp等熱塑性樹脂采用熱壓法制備纖維金屬層板，參考文獻[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：熱塑性預浸料制備比較困難這也無形中提高了其生產(chǎn)成本，故需要簡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。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單的快速制備工藝方法，解決現(xiàn)有技術制備工藝復雜、生產(chǎn)成本高等問題，促進纖維金屬層板的商業(yè)化應用。

實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：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）材料的準備：

對鎂合金表面進行表面處理：材料選用鎂合金板（軋制態(tài)），采用機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（化學純95%）超聲處理0.5h后烘干備用；

樹脂粉末的處理：馬來酸酐改性聚丙烯樹脂粉末（化學純），接枝率≥1%，將樹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，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、馬來酸酐改性聚丙烯樹脂粉末、玻璃纖維堆垛順序堆垛放入特制模具后在2mpa下預壓；

（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，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明在熱壓法的基礎上采用粉末層壓法制備出fmls，成功地改進了熱壓法，使實驗過程更簡單易行。將簡單的鎂合金板、熱塑性樹脂粉末、無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)明制備工藝不必預先制備出玻璃纖維預浸料，采用熱塑性樹脂粉末作為粘結劑，極大地簡化了制備工藝，操作起來簡單易行。樹脂加熱后變?yōu)檎沉鲬B(tài)能很好地浸潤經(jīng)過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。工藝簡單易行，極大地縮減了制備時間，有效降低了生產(chǎn)成本。將極大地促進纖維金屬層板的商業(yè)化應用。

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

附圖說明

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

具體實施方式

下面結合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。

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）材料的準備：材料選用az31b鎂合金（軋制態(tài)），馬來酸酐改性聚丙烯樹脂粉末（化學純，接枝率≥1%，尺寸大于50微米）以及無堿玻璃纖維編織布（0°/90°平紋編織布）。為了很好的使加熱融熔后的樹脂很好的浸潤玻璃纖維并粘結金屬，需要對鎂板以及玻璃纖維進行表面處理。采用機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（化學純95%）超聲處理0.5h后烘干備用。改性聚丙烯粉末通常會含有水分，這會影響樹脂的固化粘結過程，故需除去樹脂中所含有的水分。將樹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)劑進行浸漬處理，選用牌號為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，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：先對熱壓模具進行表面處理，熱壓模具如圖1所示，因為模具會有殘留雜物，如殘留樹脂灰塵等。用粗砂紙和細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pp樹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樹脂粉末/玻璃纖維/鎂板進行交替鋪層堆垛，堆垛順序如圖2所示，蓋上模具上蓋。預壓壓實后備用。

（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。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。

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

本發(fā)明在熱壓法的基礎上采用粉末層壓法制備出fmls，成功地改進了熱壓法，使實驗過程更簡單易行。將鎂合金板、熱塑性樹脂粉末、無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。本制備工藝不必預先制備出玻璃纖維預浸料，采用熱塑性樹脂粉末作為粘結劑，樹脂加熱后變?yōu)檎沉鲬B(tài)能很好地浸潤經(jīng)過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)明所用材料簡單易得，操作性強，極大地簡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，必將極大地促進纖維金屬層板的商業(yè)化應用。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。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、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。