CN104385714A - 玻璃纤维增强镁合金层合板及其制造方法 - Google Patents

玻璃纤维增强镁合金层合板及其制造方法 Download PDF

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CN104385714A CN201410601175.8A CN201410601175A CN104385714A CN 104385714 A CN104385714 A CN 104385714A CN 201410601175 A CN201410601175 A CN 201410601175A CN 104385714 A CN104385714 A CN 104385714A
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Abstract

本发明提供一种玻璃纤维增强镁合金层合板及其制造方法，其中，玻璃纤维增强镁合金层合板包括：第一镁合金板层；第一单向玻璃纤维层，设置在所述第一镁合金板层上部，所述第一单向玻璃纤维层中的纤维平行于所述第一镁合金板层设置且沿第一方向延伸；第二镁合金板层，设置在所述第一单向玻璃纤维层上部；第二单向玻璃纤维层，设置在所述第二镁合金板层上部，所述第二单向玻璃纤维层中的纤维平行于所述第一镁合金板层设置且沿第二方向延伸；第三镁合金板层，设置在所述第二单向玻璃纤维层上部；其中，所述第一方向和所述第二方向形成有第一夹角。本发明可提高抗拉强度和延展性，改善各向异性。

Description

玻璃纤维增强镁合金层合板及其制造方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术，尤其涉及一种玻璃纤维增强镁合金层合板及其制造方法。
背景技术
随着汽车工业的发展，汽车的节能环保的理念越来越受到重视，而汽车的轻量化能够降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染，因此汽车的轻量化成为了发展趋势。镁的密度为1.74g/cm3，是铝的2/3，同时镁合金与其他材料相比具有优异的碰撞吸能性，因此镁合金成为汽车用轻质金属材料最佳选择之一。
由于普通镁合金材料的抗拉强度较低，同时变形镁合金具有较强的各向异性特征，因此限制了镁合金材料的普遍使用。现有技术中，通过在镁合金溶液中加入颗粒、晶须、纤维等材料制成了镁合金基复合材料，从而提高了镁合金材料的抗拉强度等。
但是，现有的镁合金基复合材料很难在提高其抗拉强度的同时，提高其延展性，而且其各向异性特征很难改善。
发明内容
本发明提供一种玻璃纤维增强镁合金层合板及其制造方法，以提高抗拉强度和延展性，改善各向异性。
本发明提供一种玻璃纤维增强镁合金层合板，包括：
第一镁合金板层；
第一单向玻璃纤维层，设置在所述第一镁合金板层上部，所述第一单向玻璃纤维层中的纤维平行于所述第一镁合金板层设置且沿第一方向延伸；
第二镁合金板层，设置在所述第一单向玻璃纤维层上部；
第二单向玻璃纤维层，设置在所述第二镁合金板层上部，所述第二单向玻璃纤维层中的纤维平行于所述第一镁合金板层设置且沿第二方向延伸；
第三镁合金板层，设置在所述第二单向玻璃纤维层上部；
其中，所述第一方向和所述第二方向形成有第一夹角。
本发明提供一种玻璃纤维增强镁合金层合板的制造方法，包括：
将玻璃纤维通过胶黏剂预浸成单向预浸片；
对镁合金板进行预处理；
将预处理后的所述镁合金板作为第一镁合金板层，并将所述单向预浸片沿第一方向平行铺设在所述第一镁合金板层上，以形成第一单向玻璃纤维层；
将预处理后的所述镁合金板作为第二镁合金板层覆盖在所述第一单向玻璃纤维层上；
将所述单向预浸片沿第二方向平行铺设在所述第二镁合金板层上，以形成第二单向玻璃纤维层，其中所述第二方向和所述第一方向形成有第一夹角；
将预处理后的所述镁合金板作为第三镁合金板层覆盖在所述第二单向玻璃纤维层上；
对所形成的层状结构进行热压成型，其中，压力为3kg/cm2～10kg/cm2，温度由室温加热至120～140℃，保温4小时，再冷却至室温进行固化，以形成玻璃纤维增强镁合金层合板。
基于上述，本发明提供的一种玻璃纤维增强镁合金层合板，由于第一单向玻璃纤维层中的纤维平行于第一镁合金板层设置且沿第一方向延伸，而第二单向玻璃纤维层中的纤维平行于第一镁合金板层设置且沿第二方向延伸，且第一方向和所述第二方向形成有第一夹角，即第一单向玻璃纤维层中的纤维和第二单向玻璃纤维层中的纤维是朝两个不同方向延伸的，因此第一单向玻璃纤维层和第二单向玻璃纤维层能够在不同方向上增强玻璃纤维增强镁合金层合板的抗拉强度，进而使提高了玻璃纤维增强镁合金层合板的抗拉强度和延展性，还改善了镁合金板的各向异性。同时，玻璃纤维增强镁合金层合板采用层叠结构，且第一单向玻璃纤维层和第二单向玻璃纤维层中的纤维沿单向铺设，因此加工简单方便。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种玻璃纤维增强镁合金层合板的结构分解图；
图2为本发明实施例提供的一种玻璃纤维增强镁合金层合板的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种玻璃纤维增强镁合金层合板的结构分解图；
图4为本发明实施例提供的另一种玻璃纤维增强镁合金层合板的结构示意图。
图5为本发明实施例提供的一种玻璃纤维增强镁合金层合板的制造方法的流程图。
附图标记：
201：第一镁合金板层；       202：第一单向玻璃纤维层；
203：第二镁合金板层；       204：第二单向玻璃纤维层；
205：第三镁合金板层；       206：第三单向玻璃纤维层；
207：第四镁合金板层。
具体实施方式
请参考图1和图2，本发明实施例提供一种璃纤维增强镁合金层合板，包括：第一镁合金板层201；第一单向玻璃纤维层202，设置在所述第一镁合金板层201上部，所述第一单向玻璃纤维层202中的纤维平行于所述第一镁合金板层201设置且沿第一方向延伸；第二镁合金板层203，设置在所述第一单向玻璃纤维层202上部；第二单向玻璃纤维层204，设置在所述第二镁合金板层203上部，所述第二单向玻璃纤维层204中的纤维平行于所述第一镁合金板层201设置且沿第二方向延伸；第三镁合金板层205，设置在所述第二单向玻璃纤维层204上部；其中，所述第一方向和所述第二方向形成有第一夹角。
本实施例中，由于第一单向玻璃纤维层202中的纤维平行于第一镁合金板层201设置且沿第一方向延伸，而第二单向玻璃纤维层204中的纤维平行于第一镁合金板层201设置且沿第二方向延伸，且第一方向和所述第二方向形成有第一夹角，即第一单向玻璃纤维层202中的纤维和第二单向玻璃纤维层204中的纤维是朝两个不同方向延伸的，因此第一单向玻璃纤维层202和第二单向玻璃纤维层204能够在不同方向上增强玻璃纤维增强镁合金层合板的抗拉强度，进而使提高了玻璃纤维增强镁合金层合板的抗拉强度和延展性，还改善了镁合金板的各向异性。同时，玻璃纤维增强镁合金层合板采用层叠结构，且第一单向玻璃纤维层202和第二单向玻璃纤维层204中的纤维沿单向铺设，因此加工简单方便。
请参考图3和图4，本实施例中，优选的，璃纤维增强镁合金层合板还包括：第三单向玻璃纤维层206，设置在所述第三镁合金板层205上部，所述第三单向玻璃纤维层206中的纤维平行于所述第一镁合金板层201设置且沿第三方向延伸，所述第三方向和所述第一方向形成有第二夹角，所述第三方向和所述第二方向形成有第三夹角；第四镁合金板层207，设置在所述第三单向玻璃纤维层206上部。由于第三单向玻璃纤维层206中的纤维平行于第一镁合金板层201设置且沿第三方向延伸，且第三方向和第一方向形成有第二夹角，第三方向和第二方向形成有第三夹角，即第一单向玻璃纤维层202中的纤维、第二单向玻璃纤维层204中的纤维和第三单向玻璃纤维层206中的纤维分别是朝三个不同方向延伸的，因此能够在三个不同方向上增强玻璃纤维增强镁合金层合板的抗拉强度，进一步提高了玻璃纤维增强镁合金层合板的抗拉强度和延展性，改善了镁合金板的各向异性。
当然，第三单向玻璃纤维层206也可设置在第一镁合金板层201的下部，而第四镁合金板层207设置在第三单向玻璃纤维层206下部；第三单向玻璃纤维层206也可设置在第二镁合金板层203的上部，而第四镁合金板层207设置在第三单向玻璃纤维层206和第二单向玻璃纤维层204之间；另外，第三单向玻璃纤维层206中的纤维也可与第一单向玻璃纤维层202中的纤维或第二单向玻璃纤维层204中的纤维平行，根据使用需要玻璃纤维增强镁合金层合板也可包含更多的单向玻璃纤维层和镁合金板层，总之，玻璃纤维增强镁合金层合板中至少有两层单向玻璃纤维层中的纤维沿不同方向延伸即可。
本实施例中，优选的，所述第一方向为所述第一镁合金板层201的长度方向或宽度方向，所述第一夹角为45°，所述第二夹角为90°。由此，第一单向玻璃纤维层202中的纤维和第三单向玻璃纤维层206中的纤维分别沿第一镁合金板层201的长度方向或宽度方向延伸，而位于第一单向玻璃纤维层202和第三单向玻璃纤维层206之间的第二单向玻璃纤维层204中的纤维，则沿与第一镁合金板层201的长度或宽度方向成45°夹角的方向上延伸，由此，第一单向玻璃纤维层202、第二单向玻璃纤维层204和第三单向玻璃纤维层206可在玻璃纤维增强镁合金层合板长度方向、宽度方向以及与长度或宽度方向成45°夹角的方向上增强玻璃纤维增强镁合金层合板的抗拉强度，且与玻璃纤维增强镁合金层合板长度或宽度方向成45°夹角延伸的纤维位于中间，因此极大的优化了玻璃纤维增强镁合金层合板的受力性能，进一步提高了玻璃纤维增强镁合金层合板的抗拉强度和延展性，改善了镁合金板的各向异性。
本实施例中，优选的，第一镁合金板层201、第一单向玻璃纤维层202、第二镁合金板层203、第二单向玻璃纤维层204、第三镁合金板层205、第三单向玻璃纤维层206和第四镁合金板层207之间采用环氧树脂进行粘接。由此，取得较好的粘接效果。在制造过程中，可先将玻璃纤维通过环氧树脂预浸成单向预浸片，然后将单向预浸片铺设在镁合金板上，随后进行热压成型即可。当然也可采用其他胶黏剂进行粘合。
本实施例中，优选的，玻璃纤维增强镁合金层合板中的玻璃纤维含量为40％～60％。由此可使玻璃纤维层更好地改善镁合金板的各向异性，提高玻璃纤维增强镁合金层合板的受力性能。
本实施例中，优选的，第一镁合金板层201、第二镁合金板层203、第三镁合金板层205和第四镁合金板层207的厚度均为0.2mm～1mm。由此可以使玻璃纤维增强镁合金层合板的厚度较薄，且利于实现轻量化。
本发明实施例所提供的玻璃纤维增强镁合金层合板，重量轻，强度高、吸能性能好，能够为汽车提供轻量化金属材料选择，以实现车身的轻量化设计。
请参考图5，本发明实施例提供一种玻璃纤维增强镁合金层合板的制造方法，具体步骤如下：
步骤S101，将玻璃纤维通过胶黏剂预浸成单向预浸片。将玻璃纤维预浸成单向预浸片，可方便玻璃纤维的铺设，降低玻璃纤维增强镁合金层合板的制造难度。
优选的，胶黏剂为环氧树脂，以使单向预浸片在后续步骤中能够更好地与镁合金板进行贴合。
步骤S102，对镁合金板进行预处理，为后续步骤做准备。
优选的，对镁合金板进行预处理包括步骤S110和S111，其中：
步骤S110，对镁合金板表面采用硝酸铁、硝酸盐或磷酸进行清洗，以去除镁合金表面的污物。
步骤S111，在清洗后的镁合金板表面形成氧化铬膜，使镁合金板表面钝化，以增强镁合金板的耐腐蚀性。
优选的，对镁合金板进行预处理包括步骤S112和S113，其中：
步骤S112，对镁合金板表面进行清洗，以去除镁合金表面的污物。
步骤S113，对清洗后的镁合金板进行激光强化处理，以强加镁合金板的强度。
优选的，对镁合金板进行预处理包括步骤S114和S115，其中：
步骤S114，对镁合金板表面采用硝酸铁、硝酸盐或磷酸进行清洗，以去除镁合金表面的污物。
步骤S115，在清洗后的镁合金板表面形成纳米镀层，由此，增加了镁合金板强度和耐腐蚀性能。
步骤S103，将预处理后的所述镁合金板作为第一镁合金板层201，并将所述单向预浸片沿第一方向平行铺设在所述第一镁合金板层201上，以形成第一单向玻璃纤维层202。
步骤S104，将预处理后的所述镁合金板作为第二镁合金板层203覆盖在所述第一单向玻璃纤维层202上。
步骤S105，将所述单向预浸片沿第二方向平行铺设在所述第二镁合金板层203上，以形成第二单向玻璃纤维层204，其中所述第二方向和所述第一方向形成有第一夹角。
步骤S106，将预处理后的所述镁合金板作为第三镁合金板层205覆盖在所述第二单向玻璃纤维层204上，以形成层状结构。
由于第一单向玻璃纤维层202中的纤维平行于第一镁合金板层201设置且沿第一方向延伸，而第二单向玻璃纤维层204中的纤维平行于第一镁合金板层201设置且沿第二方向延伸，且第一方向和所述第二方向形成有第一夹角，即第一单向玻璃纤维层202中的纤维和第二单向玻璃纤维层204中的纤维是朝两个不同方向延伸的，因此第一单向玻璃纤维层202和第二单向玻璃纤维层204能够在不同方向上增强玻璃纤维增强镁合金层合板的抗拉强度，进而使提高了玻璃纤维增强镁合金层合板的抗拉强度和延展性，还改善了镁合金板的各向异性。
步骤S107，对所形成的层状结构进行热压成型，其中，压力为3kg/cm2～10kg/cm2，温度由室温加热至120～140℃，保温4小时，再冷却至室温进行固化，以形成玻璃纤维增强镁合金层合板。
本实施例中，优选的，在对所形成的层状结构进行热压成型之前，还包括步骤S108和步骤S109，其中：
步骤S108，将所述单向预浸片沿第三方向平行铺设在所述第三镁合金板层205上，以形成第三单向玻璃纤维层206，其中所述第三方向和所述第一方向形成有第二夹角，所述第三方向和所述第二方向形成有第三夹角。
步骤S109，将预处理后的所述镁合金板作为第四镁合金板层207覆盖在所述第三单向玻璃纤维层206上。
由于第三单向玻璃纤维层206中的纤维平行于第一镁合金板层201设置且沿第三方向延伸，且第三方向和第一方向形成有第二夹角，第三方向和第二方向形成有第三夹角，即第一单向玻璃纤维层202中的纤维、第二单向玻璃纤维层204中的纤维和第三单向玻璃纤维层206中的纤维分别是朝三个不同方向延伸的，因此能够在三个不同方向上增强玻璃纤维增强镁合金层合板的抗拉强度，进一步提高了玻璃纤维增强镁合金层合板的抗拉强度和延展性，改善了镁合金板的各向异性。
优选的，所述第一方向为所述第一镁合金板层201的长度方向或宽度方向，所述第一夹角为45°，所述第二夹角为90°。由此，第一单向玻璃纤维层202中的纤维和第三单向玻璃纤维层206中的纤维分别沿第一镁合金板层201的长度方向或宽度方向延伸，而位于第一单向玻璃纤维层202和第三单向玻璃纤维层206之间的第二单向玻璃纤维层204中的纤维，则沿与第一镁合金板层201的长度或宽度方向成45°夹角的方向上延伸，由此，第一单向玻璃纤维层202、第二单向玻璃纤维层204和第三单向玻璃纤维层206可在玻璃纤维增强镁合金层合板长度方向、宽度方向以及与长度或宽度方向成45°夹角的方向上增强玻璃纤维增强镁合金层合板的抗拉强度，且与玻璃纤维增强镁合金层合板长度或宽度方向成45°夹角延伸的纤维位于中间，因此极大的优化了玻璃纤维增强镁合金层合板的受力性能，进一步提高了玻璃纤维增强镁合金层合板的抗拉强度和延展性，改善了镁合金板的各向异性。
优选的，所形成的玻璃纤维增强镁合金层合板中的玻璃纤维含量均为40％～60％。由此可使玻璃纤维层更好地改善镁合金板的各向异性，提高玻璃纤维增强镁合金层合板的受力性能。
优选的，第一镁合金板层201、第二镁合金板层203、第三镁合金板层205和第四镁合金板层207的厚度均为0.2mm～1mm。由此可以使玻璃纤维增强镁合金层合板的厚度较薄，且利于实现轻量化。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (15)

1.一种玻璃纤维增强镁合金层合板，其特征在于，包括：
第一镁合金板层；
第一单向玻璃纤维层，设置在所述第一镁合金板层上部，所述第一单向玻璃纤维层中的纤维平行于所述第一镁合金板层设置且沿第一方向延伸；
第二镁合金板层，设置在所述第一单向玻璃纤维层上部；
第二单向玻璃纤维层，设置在所述第二镁合金板层上部，所述第二单向玻璃纤维层中的纤维平行于所述第一镁合金板层设置且沿第二方向延伸；
第三镁合金板层，设置在所述第二单向玻璃纤维层上部；
其中，所述第一方向和所述第二方向形成有第一夹角。
2.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强镁合金层合板，其特征在于，还包括：
第三单向玻璃纤维层，设置在所述第三镁合金板层上部，所述第三单向玻璃纤维层中的纤维平行于所述第一镁合金板层设置且沿第三方向延伸，所述第三方向和所述第一方向形成有第二夹角，所述第三方向和所述第二方向形成有第三夹角；
第四镁合金板层，设置在所述第三单向玻璃纤维层上部。
3.根据权利要求2所述的玻璃纤维增强镁合金层合板，其特征在于，所述第一方向为所述第一镁合金板层的长度方向或宽度方向，所述第一夹角为45°，所述第二夹角为90°。
4.根据权利要求2所述的玻璃纤维增强镁合金层合板，其特征在于，所述第一镁合金板层、第一单向玻璃纤维层、第二镁合金板层、第二单向玻璃纤维层、第三镁合金板层、第三单向玻璃纤维层和第四镁合金板层之间采用环氧树脂进行粘接。
5.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强镁合金层合板，其特征在于，所述的玻璃纤维增强镁合金层合板中的玻璃纤维含量为40％～60％。
6.根据权利要求2所述的玻璃纤维增强镁合金层合板，其特征在于，所述第一镁合金板层、第二镁合金板层、第三镁合金板层和第四镁合金板层的厚度均为0.2mm～1mm。
7.一种玻璃纤维增强镁合金层合板的制造方法，其特征在于，包括：
将玻璃纤维通过胶黏剂预浸成单向预浸片；
对镁合金板进行预处理；
将预处理后的所述镁合金板作为第一镁合金板层，并将所述单向预浸片沿第一方向平行铺设在所述第一镁合金板层上，以形成第一单向玻璃纤维层；
将预处理后的所述镁合金板作为第二镁合金板层覆盖在所述第一单向玻璃纤维层上；
将所述单向预浸片沿第二方向平行铺设在所述第二镁合金板层上，以形成第二单向玻璃纤维层，其中所述第二方向和所述第一方向形成有第一夹角；
将预处理后的所述镁合金板作为第三镁合金板层覆盖在所述第二单向玻璃纤维层上；
对所形成的层状结构进行热压成型，其中，压力为3kg/cm2～10kg/cm2，温度由室温加热至120～140℃，保温4小时，再冷却至室温进行固化，以形成玻璃纤维增强镁合金层合板。
8.根据权利要求7所述的玻璃纤维增强镁合金层合板的制造方法，其特征在于，在对所形成的层状结构进行热压成型之前，还包括：
将所述单向预浸片沿第三方向平行铺设在第三镁合金板层上，以形成第三单向玻璃纤维层，其中所述第三方向和所述第一方向形成有第二夹角，所述第三方向和所述第二方向形成有第三夹角；
将预处理后的所述镁合金板作为第四镁合金板层覆盖在所述第三单向玻璃纤维层上。
9.根据权利要求8所述的玻璃纤维增强镁合金层合板的制造方法，其特征在于，所述第一方向为所述第一镁合金板层的长度方向或宽度方向，所述第一夹角为45°，所述第二夹角为90°。
10.根据权利要求7所述的玻璃纤维增强镁合金层合板的制造方法，其特征在于，所述胶黏剂为环氧树脂。
11.根据权利要求7所述的玻璃纤维增强镁合金层合板的制造方法，其特征在于，所述的玻璃纤维增强镁合金层合板中的玻璃纤维含量为40％～60％。
12.根据权利要求8所述的玻璃纤维增强镁合金层合板的制造方法，其特征在于，所述第一镁合金板层、第二镁合金板层、第三镁合金板层和第四镁合金板层的厚度均为0.2mm～1mm。
13.根据权利要求7所述的玻璃纤维增强镁合金层合板的制造方法，其特征在于，对镁合金板进行预处理包括：
对镁合金板表面采用硝酸铁、硝酸盐或磷酸进行清洗；
在清洗后的镁合金板表面形成氧化铬膜。
14.根据权利要求7所述的玻璃纤维增强镁合金层合板的制造方法，其特征在于，对镁合金板进行预处理包括：
对镁合金板表面进行清洗；
对清洗后的镁合金板进行激光强化处理。
15.根据权利要求7所述的玻璃纤维增强镁合金层合板的制造方法，其特征在于，对镁合金板进行预处理包括：
对镁合金板表面采用硝酸铁、硝酸盐或磷酸进行清洗；
在清洗后的镁合金板表面形成纳米镀层。
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