CN106696392A - 一种纤维金属层合板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及纤维金属层合板领域，公开了一种纤维金属层合板及其制备方法。本发明的纤维金属层合板包括依次层叠的金属层、树脂粘结层和纤维层，所述树脂粘结层和纤维层之间还具有磁性短切纤维，且所述磁性短切纤维与所述纤维层之间的夹角大于0°。根据本发明的纤维金属层合板，其金属层与纤维布之间的结合力较强。
Description
技术领域
本发明涉及一种纤维金属层合板及其制备方法。
背景技术
铝合金材料具有较低密度和较高的强度和抗冲击性能，并且具有良好的可加工性成本也较为低廉。因此自从二十世纪三十年代初就被广泛应用于航空航天领域。然而铝合金材料具有一些局限性例如较低的疲劳寿命和抗腐蚀性能限制了其进一步的应用价值。而二十世纪四五十年代发明的玻璃纤维和碳纤维复合材料具有很高的比强度和比刚度，并且具有良好的疲劳特性和耐腐蚀性，然而这种层叠复合材料面外横向强度和抗冲击性能较差，并且层间结合面容易产生脱层。为了同时克服铝合金材料和纤维复合材料存在的一些缺点，在二十世纪七十年代末，由荷兰代尔夫特理工大学研制出了金属材料与纤维复合的纤维金属层合板材料，即纤维金属层合板。
纤维金属层合板是一类新型的混杂增强结构复合材料，国际上统称为FML(Fiber-Metal Laminate)层合板，其典型代表是铝合金-芳纶纤维叠层复合材料层合板，国际上称为ARALL(ARAamid-Aluminum Laminate)，以及铝合金-玻璃纤维叠层复合材料层合板，国际上称为GLARE(GLAss-Reinforce aluminum)。参考文献(Vogelesang,L.,Development of aNew Hybrid Material(ARALL)for AircraftStructure,Ind.Eng.Chem.Prod.Res.Dev.,1983,pp.492-496)和美国发明专利(US5039571，US5547735和US5219629)都详细研究了FML叠层复合材料层合板的制备方法，力学性能及优点和潜在的应用领域。目前，GLARE已大面积地应用在A380飞机的上机身壳体结构上，是A380飞机材料技术的一个显著的创新点。
纤维金属层合板结合了金属与纤维复合材料的优点，并克服了其大部分的缺点，是一种在航空航天、军事、汽车等高科技领域有巨大应用前景的结构材料。
虽然纤维金属层合板具有一系列优异的性能，但是其金属层与纤维布之间的结合力较弱。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中的纤维金属层合板内金属层与纤维布之间的结合力弱的问题，提供一种金属层与纤维布之间的结合力较强的纤维金属层合板及其制备方法。
本发明提供了一种纤维金属层合板，其中，该纤维金属层合板包括依次层叠的金属层、树脂粘结层和纤维层，所述树脂粘结层和纤维层之间还具有磁性短切纤维，且所述磁性短切纤维与所述纤维层之间的夹角大于0°。
本发明还提供了上述纤维金属层合板的制备方法，该方法包括：在金属层的表面涂布由含有热固化性粘结剂树脂和磁性短切纤维的树脂组合物形成的粘结剂，并在磁场作用下，使所述粘结剂中的磁性短切纤维竖起以使得所述磁性短切纤维与所述金属层之间的夹角大于0°，将预浸纤维布与金属层层叠，使金属层上具有粘结剂的表面朝向预浸纤维布，然后进行热压使预浸纤维布和金属层结合为一体，得到所述纤维金属层合板。
根据本发明的纤维金属层合板，其金属层与纤维布之间的结合力强。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供的纤维金属层合板包括依次层叠的金属层、树脂粘结层和纤维层，所述树脂粘结层和纤维层之间还具有磁性短切纤维，且所述磁性短切纤维与所述纤维层之间的夹角为大于0°。
优选地，所述磁性短切纤维与所述纤维层之间的夹角为30-90°；更优选为45°-90°，进一步优选为65°-90°，特别优选为90°，即所述磁性短切纤维与所述纤维层垂直。
根据本发明，为进一步提高金属层与纤维布之间的结合力，优选所述磁性短切纤维的长度为20μm-2mm；更优选所述磁性短切纤维的长度为25μm-1mm
另外，在本发明中，所述磁性短切纤维的直径可以在较大范围内变动，优选情况下，所述磁性短切纤维的截面直径为0.25-20μm，更优选为1-10μm。
在本发明中，优选所述磁性短切纤维为磁性玻璃纤维、磁性碳纤维和磁性芳纶纤维中一种或多种。
作为本发明的磁性短切纤维可以通过商购获得，例如磁性玻璃纤维可以购于江阴市安利维纺织有限公司。另外，也可以在玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维的表面沉积包裹一层磁性物质(例如铁氧体)来制备。
根据本发明，优选所述磁性短切纤维表面包覆有硅烷偶联剂。通过在所述磁性短切纤维表面包覆有硅烷偶联剂，具有能和纤维表面化学结合的反应基团，可以在纤维和预浸树脂间起来桥梁作用的效果，从而能够进一步提高层间结合力。
在所述磁性短切纤维表面包覆硅烷偶联剂的方法可以为本领域所公知的方法，例如将硅烷偶联剂与分散剂和溶剂混合后的溶液喷洒在所述磁性短切纤维的表面后干燥。
作为所述硅烷偶联剂可以为本领域所常用的各种硅烷偶联剂。优选地，所述硅烷偶联剂为氨基硅烷、环氧基硅烷、硫基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、乙烯基硅烷、脲基硅烷和异氰酸酯基硅烷中的一种或多种。优选地，所述硅烷偶联剂为氨基硅烷和环氧基硅烷中的一种或多种。作为所述分散剂可以为本领域所常用的各种分散剂，优选为水玻璃、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪族聚乙二醇酯和改性聚烷氧化物中的一种或多种。作为所述溶剂只要能够很好地将所述硅烷偶联剂和分散剂溶剂即可，例如可以为乙醇、二甲苯、正丁醇、乙二醇丁醚、乙酸丁酯、异丙醇、环己酮和甲基异丁基酮中的一种或多种。
对于硅烷偶联剂、分散剂和溶剂的混合质量比例优选为1：0.5-5：50-200；特别优选为＝1：3：100。
在本发明中，对于所述纤维层没有特殊限制，其材质可以为常规的各种，例如，具体地，所述纤维层可以为玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维中的一种或多种编织而成的纤维布。
本发明中，对于上述纤维层的单位面积质量没有特殊限制，具体可以在较大范围内变动，优选情况下，所述纤维层的单位面积质量为50-650g/cm2，优选为150-300g/cm2。
上述树脂粘结层可以为由含有热固化性粘结剂树脂及短切纤维的树脂组合物固化而得到层。
作为所述热固化性粘结剂树脂优选为丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、苯丙噁嗪树脂、酚醛树脂、尿素树脂和三聚氰胺树脂中一种或多种。优选为环氧树脂。
优选地，所述树脂组合物还含有活性稀释剂。更优选地，相对于100重量份的固化性粘结剂树脂，含有10-55重量份的所述活性稀释剂；更优选地，相对于100重量份的固化性粘结剂树脂，含有13-53重量份的所述活性稀释剂。
作为上述所述活性稀释剂优选为丙烯基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、乙二醇双缩水甘油醚、间苯二酚双缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚和烷基多缩水甘油醚中的一种或多种。从降低粘度效果更优，对纤维预浸效果更好的方面来考虑，更优选所述活性稀释剂为丁基缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚和烷基多缩水甘油醚中的一种或多种。具体地，作为所述活性稀释剂可以使用江苏三木集团有限公司的型号为SM678的活性稀释剂(成分为新戊二醇二缩水甘油醚)。
根据本发明，优选地，所述树脂组合物还含有固化剂。更优选地，相对于100重量份的固化性粘结剂树脂，含有1-55重量份的所述固化剂；进一步优选地，相对于100重量份的固化性粘结剂树脂，含有2-50重量份的所述固化剂。
作为所述固化剂可以为本领域常用的各种用于固化的固化剂。优选为二氨基二苯基甲烷、间苯二胺、二氨基二苯基砜己二酸二酰肼、双氰胺、三乙烯二胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、二乙氨基丙胺、孟烷二胺、异佛尔酮二胺、N-氨乙基哌嗪、双(4-氨基-3-甲基环己基)甲烷和双(4-胺基环己基)甲烷中的一种或多种。更优选为双氰胺。
根据本发明，优选地，所述树脂组合物还可以含有固化促进剂。更优选地，相对于100重量份的固化性粘结剂树脂，含有0-10重量份的所述固化促进剂；进一步优选地，相对于100重量份的固化性粘结剂树脂，含有0.9-8.8重量份的所述固化促进剂。
作为所述固化促进剂可以本领域常用的各种固化促进剂。例如可以为有机胍类化合物、咪唑类化合物和脲类化合物中的一种或多种；优选为咪唑类化合物；更优选为1-甲基咪唑。
根据本发明，优选地，所述树脂组合物还可以含有消泡剂、流平剂和润湿剂中的一种或多种。优选地，相对于100重量份的固化性粘结剂树脂，所述泡剂、流平剂和润湿剂的含量分别为0-12重量份，更优选为1.5-11重量份。
作为所述消泡剂、流平剂和润湿剂可以本领域常用的各种消泡剂、流平剂和润湿剂。优选地，所述消泡剂为聚丙烯酸-聚醚共聚物消泡剂、有机硅类消泡剂、有机改性聚硅氧烷消泡剂和氟硅氧烷消泡剂中的一种或多种；所述流平剂为丙烯酸酯、聚醚硅氧烷共聚物和有机改性聚硅氧烷中的一种或多种；所述润湿剂为非离子有机表面活性剂。具体地，作为所述消泡剂可以使用DEGO Airex 932消泡剂(氟硅氧烷消泡剂)。
另外，本发明中，优选情况下，所述树脂粘结层的厚度为0.02-0.5mm，更优选为0.1-0.25mm。
本发明中，上述金属层的具体材质和结构可采用现有的各种，例如，所述金属层选自铝合金板、钛合金板和钢板中的一种。本发明中，优选采用常规的铝合金板。对于上述金属层的厚度，本发明中没有特殊限制，具体可以在较大范围内变动，本领域技术人员可根据实际情况进行调整，优选情况下，所述金属层的厚度为0.1-3mm。
另外，如本领域技术人员知晓的，纤维金属层合板的层数根据不同的实际情况可以相应增减。例如，常用的纤维金属层合板包括纤维布、两个所述金属层和两个所述树脂粘结层；所述两个树脂粘结层位于所述两个金属层之间，所述纤维布位于所述两个树脂粘结层之间。本发明中，当纤维金属层合板包括纤维布、两个所述金属层和两个所述树脂粘结层时，所述两个树脂粘结层和纤维布之间均具有所述磁性短切纤维。
本发明还提供一种纤维金属层合板的制备方法，其中，该方法包括：在金属层的表面涂布由含有热固化性粘结剂树脂和磁性短切纤维的树脂组合物形成的粘结剂，并在磁场作用下，使所述粘结剂中的磁性短切纤维竖起以使得所述磁性短切纤维与所述金属层之间的夹角大于0°，将预浸纤维布与金属层层叠，使金属层上具有粘结剂的表面朝向预浸纤维布，然后进行热压使预浸纤维布和金属层结合为一体，得到所述纤维金属层合板。
另外，为了得到金属层与纤维层之间的结合力优良的纤维金属层合板，优选竖起的所述磁性短切纤维与所述金属层之间的夹角30-90°；更优选为45°-90°，进一步优选为65°-90°，特别优选为90°，即所述磁性短切纤维与所述纤维布垂直。
根据本发明的纤维金属层合板的制备方法，如上所述，在金属层的表面涂布由含有热固化性粘结剂树脂及磁性短切纤维的树脂组合物形成的粘结剂，并在磁场作用下，使所述粘结剂中的磁性短切纤维竖起以使得所述磁性短切纤维与所述金属层之间的夹角为上述范围。对于所述磁场的条件只要能够将涂覆后的粘结剂中的竖起以使得所述磁性短切纤维与所述金属层之间的夹角为上述范围即可。例如可以根据所期望得到的所述夹角的大小，调节磁场方向与所述金属层的之间的夹角；对于所述磁场的强度以能够使所述磁性短切纤维在粘结剂中竖起为准，当然也可以大于该标准，对于这样的磁场强度例如可以为0.1-1特斯拉，优选为0.3-0.8特斯拉。
根据本发明的纤维金属层合板的制备方法，为了得到金属层与纤维布之间的结合力优良的纤维金属层合板，优选相对于100重量份的固化性粘结剂树脂，含有5-50重量份的所述磁性短切纤维；更优选相对于100重量份的固化性粘结剂树脂，含有8-38重量份的所述磁性短切纤维。
对于上述磁性短切纤维，优选情况下，其长度为20μm-2mm；更优选为25μm-1mm。
在本发明的纤维金属层合板的制备方法中，磁性短切纤维的直径可以在较大范围内变动，优选情况下，所述磁性短切纤维的截面直径为0.5-20μm，更优选为1-10μm。
在本发明中，优选所述磁性短切纤维为磁性玻璃纤维、磁性碳纤维和磁性芳纶纤维中的一种或多种。
作为本发明的磁性短切纤维可以通过商购获得，例如磁性玻璃纤维可以购于江阴市安利维纺织有限公司。另外，也可以在玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维的表面沉积包裹一层磁性物质(例如铁氧体)来制备。
根据本发明的纤维金属层合板的制备方法，所述树脂组合物含有所述热固化性粘结剂树脂。所述热固化性粘结剂树脂优选为丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、苯丙噁嗪树脂、酚醛树脂、尿素树脂和三聚氰胺树脂中一种或多种。优选为环氧树脂。
根据本发明的纤维金属层合板的制备方法，优选的情况下，所述树脂组合物还含有活性稀释剂。所述活性稀释剂的用量可以为本领域的常规用量，相对于100重量份的固化性粘结剂树脂，含有10-55重量份的所述活性稀释剂；更优选地，相对于100重量份的固化性粘结剂树脂，含有13-53重量份的所述活性稀释剂。
所述活性稀释剂用于溶解和分散成膜物质，具有在涂料成膜过程中参与成膜反应，形成不发挥组分留在涂膜中的作用。作为上述所述活性稀释剂优选为丙烯基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、乙二醇双缩水甘油醚、间苯二酚双缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚和烷基多缩水甘油醚中的一种或多种；从降低粘度效果更优，对纤维预浸效果更好的方面来考虑，更优选所述活性稀释剂为丁基缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚和烷基多缩水甘油醚中的一种或多种。具体地，作为所述活性稀释剂可以使用江苏三木集团有限公司的型号为SM678的活性稀释剂(成分为新戊二醇二缩水甘油醚)。
根据本发明的纤维金属层合板的制备方法，优选的情况下，所述树脂组合物还含有固化剂。所述固化剂的用量可以为本领域的常规用量，优选地，相对于100重量份的固化性粘结剂树脂，含有1-55重量份的所述固化剂；进一步优选地，相对于100重量份的固化性粘结剂树脂，含有2-50重量份的所述固化剂。
作为所述固化剂可以为本领域常用的各种用于固化的固化剂。优选为二氨基二苯基甲烷、间苯二胺、二氨基二苯基砜己二酸二酰肼、双氰胺、三乙烯二胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、二乙氨基丙胺、孟烷二胺、异佛尔酮二胺、N-氨乙基哌嗪、双(4-氨基-3-甲基环己基)甲烷和双(4-胺基环己基)甲烷中的一种或多种。更优选为双氰胺。
根据本发明的纤维金属层合板的制备方法，优选的情况下，所述树脂组合物还含有固化促进剂。所述固化促进剂的用量可以为本领域的常规用量，优选地，相对于100重量份的固化性粘结剂树脂，含有0-10重量份的所述固化促进剂；进一步优选地，相对于100重量份的固化性粘结剂树脂，含有0.9-8.8重量份的所述固化促进剂。
作为所述固化促进剂可以本领域常用的各种固化促进剂。例如可以为有机胍类化合物、咪唑类化合物和脲类化合物中的一种或多种；优选为咪唑类化合物；更优选为1-甲基咪唑。
所述树脂组合物还可以含有消泡剂、流平剂和润湿剂中的一种或多种。优选地，相对于100重量份的固化性粘结剂树脂，所述泡剂、流平剂和润湿剂的含量分别为0-12重量份，更优选为1.5-11重量份。
作为所述消泡剂、流平剂和润湿剂可以本领域常用的各种消泡剂、流平剂和润湿剂。优选地，所述消泡剂为聚丙烯酸-聚醚共聚物消泡剂、有机硅类消泡剂、有机改性聚硅氧烷消泡剂和氟硅氧烷消泡剂中的一种或多种；所述流平剂为丙烯酸酯、聚醚硅氧烷共聚物和有机改性聚硅氧烷中的一种或多种；所述润湿剂为非离子有机表面活性剂。具体地，作为所述消泡剂可以使用DEGO Airex 932消泡剂(氟硅氧烷消泡剂)。
根据本发明的纤维金属层合板的制备方法，所述预浸纤维布可以商购获得，也可以采用本领域常规的方法制备得到。例如可以通过将纤维布与预浸料组合物接触而得到；所述预浸料组合物含有热固化性粘结剂树脂、活性稀释剂、固化剂、固化促进剂以及消泡剂。所述预浸料组合物含有的热固化性粘结剂树脂、活性稀释剂、固化剂、固化促进剂和消泡剂为本领域所公知。另外，所述预浸料组合物含有的热固化性粘结剂树脂、活性稀释剂、固化剂、固化促进剂和消泡剂也可以分别与上述树脂组合物中含有热固化性粘结剂树脂、活性稀释剂、固化剂、固化促进剂和消泡剂相同。
对于上述纤维布的材质没有特殊限制，其材质可以为常规的各种，例如，具体可以为玻璃纤维布、碳纤维布和芳纶纤维布中的一种或多种，也可以为上述玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维中的两种以上形成的混纺布。
另外，对于上述纤维布的单位面积质量也没有特殊限制，具体可以在较大范围内变动，优选情况下，所述纤维布的单位面积质量为50-650g/cm2，更优选为150-300g/cm2。
根据本发明的预浸纤维布的制备方法，上述金属层的具体材质和结构可采用现有的各种，例如，所述金属层选自铝合金板、钛合金板和钢板中的一种。本发明中，优选采用常规的铝合金板。对于上述金属层的厚度，本发明中没有特殊限制，具体可以在较大范围内变动，本领域技术人员可根据实际情况进行调整，优选情况下，所述金属层的厚度为0.1-3mm。
另外，优选上述金属在与预浸纤维布层叠之前，将金属进行除油去污处理。所述除油去污的方法为本领域所公知，例如将上述金属用酸浸泡后再用碱浸泡。具体地，例如可以将上述金属放入到5重量％的硝酸水溶液中浸泡30s，然后再在10重量％的氢氧化钠水溶液中浸泡30s。
根据本发明的纤维金属层合板的制备方法，优选所述磁性短切纤维表面包覆有硅烷偶联剂。通过在所述磁性短切纤维表面包覆有硅烷偶联剂，具有能和纤维表面化学结合的反应基团，可以在纤维和预浸树脂间起来桥梁作用的效果，从而能够进一步提高层间结合力。
在所述磁性短切纤维表面包覆硅烷偶联剂的方法可以为本领域所公知的方法，例如将硅烷偶联剂与分散剂和溶剂混合后的溶液喷洒在所述磁性短切纤维的表面后干燥。
作为所述硅烷偶联剂可以为本领域所常用的各种硅烷偶联剂。优选地，所述硅烷偶联剂为氨基硅烷、环氧基硅烷、硫基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、乙烯基硅烷、脲基硅烷和异氰酸酯基硅烷中的一种或多种。优选地，所述硅烷偶联剂为氨基硅烷和环氧基硅烷中的一种或多种。作为所述分散剂可以为本领域所常用的各种分散剂，优选为水玻璃、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪族聚乙二醇酯和改性聚烷氧化物中的一种或多种。作为所述溶剂只要能够很好地将所述硅烷偶联剂和分散剂溶剂即可，例如可以为乙醇、二甲苯、正丁醇、乙二醇丁醚、乙酸丁酯、异丙醇、环己酮和甲基异丁基酮中的一种或多种。
对于硅烷偶联剂、分散剂和溶剂的混合质量比例优选为1：0.5-5：50-200；特别优选为＝1：3：100。
根据本发明的纤维金属层合板的制备方法，通过将树脂组合物中的各成分混合分散后得到粘结剂。对于树脂组合物中各成分的混合顺序没有特别的要求，可以是任意的。但是，从进一步提高金属层和纤维布之间的层间结合力上来考虑，优选将热固化性粘结剂树脂和活性稀释剂混合分散后，再加入磁性短切纤维进行分散混合，然后加入固化剂、固化促进剂和消泡剂后进行分散混合，从而得到粘结剂。
根据本发明的纤维金属层合板的制备方法，需要在金属层的表面涂布由含有热固化性粘结剂树脂及磁性短切纤维的树脂组合物形成的粘结剂，然后与预浸纤维布一起进行热压。所述粘结剂的涂覆厚度优选为0.02-0.5mm，进一步优选为0.05-0.2mm。
如前所述，当需制备具有两个金属层和两个树脂粘结层的限位金属层合板时，可以通过将金属层、预浸纤维布、金属层依次层叠并热压得到所述纤维金属层合板。
根据本发明，最后需要通过热压使纤维布和金属层结合为一体。
具体热压方法为本领域所常用的，优选情况下，所述热压方法为：在120-160℃、0.1-10MPa压力下热压30-150min，然后冷却后卸压。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例和对比例中，原料为以下公司的市售品。
实施例1
1、粘结剂的制备
1)按照硅烷偶联剂：分散剂：乙醇＝1：3：100的比例(质量比)配制预处理剂；
2)在4kg(磁性玻璃短切纤维，长度为200μm，截面直径为10um)表面喷洒预处理剂，烘干得到预处理纤维丝X；
3)称取环氧树脂48kg、活性稀释剂25kg，用高速分散机(购于上海法孚莱能源有限公司，以下相同)分散，得到混合物A；
4)将步骤2)中得到的预处理纤维丝X加入混合物A中，用高速分散机分散，得到混合物B；
5)称取双氰胺15kg(固化剂)、1-甲基咪唑5kg(固化促进剂)、消泡剂3kg，加入混合物B中，用高速分散机分散，得到粘结剂；
6)将铝合金裁剪成长宽为200mm×100mm的尺寸(2片)，放入到5重量％的硝酸水溶液中浸泡30s，然后再在10重量％的氢氧化钠水溶液中浸泡30s；
7)在涂覆平台的上下放有磁铁，磁场强度为0.3特斯拉，磁场方向与金属的夹角为45°。分别在两片金属的表面涂覆步骤5)中得到粘结剂(涂覆厚度大致为0.2mm)，在磁场作用下，粘结剂中的磁性短切纤维竖起，然后再将金属、预浸纤维布(尺寸：200mm×100mm)、金属依次层叠(金属涂覆有粘结剂的表面与预浸纤维布相对)，然后在140℃下，以0.5MPa的压力热压90min。然后冷却、卸压，得到纤维金属层合板A1。
将该纤维金属层合板的横截面通过显微镜观察可知，该纤维金属层合板由依次层叠的金属层、树脂粘结层、纤维布、树脂粘结层和金属层构成，且在所述树脂粘结层和纤维布之间具有磁性短切纤维，所述磁性短切纤维插入到纤维布和树脂粘结层中，并且磁性短切纤维与所述纤维布之间的夹角大致为45°，另外，粘着剂层的厚度大致为0.05mm。
实施例2
1)按照硅烷偶联剂：分散剂：乙醇＝1：3：100的比例(质量比)配制预处理剂；
2)在8kg磁性短切纤维(磁性玻璃短切纤维，长度为200μm，截面直径为10um)表面喷洒预处理剂，烘干得到预处理纤维丝X；
3)称取环氧树脂75kg、活性稀释剂10kg，用高速分散机分散，得到混合物A；
4)将步骤2)中得到的预处理纤维丝X加入混合物A中，用高速分散机分散，得到混合物B；
5)称取双氰胺5kg(固化剂)、1-甲基咪唑0.7kg(固化促进剂)、消泡剂1.3kg，加入混合物B中，用高速分散机分散，得到粘结剂；
6)将铝合金裁剪成长宽为200mm×100mm的尺寸(2片)，放入到5重量％的硝酸水溶液中浸泡30s，然后再在10重量％的氢氧化钠水溶液中浸泡30s；
7)在涂覆平台的上下放有磁铁，磁场强度为0.8特斯拉，磁场方向与金属的夹角为90°，分别在两片金属的表面涂覆步骤5)中得到粘结剂(涂覆厚度大致为0.2mm)，在磁场作用下，粘结剂中的磁性短切纤维竖起，然后再将金属、预浸纤维布(尺寸：200mm×100mm)、金属依次层叠(金属涂覆有粘结剂的表面与预浸纤维布相对)，然后在140℃下，以0.5MPa的压力热压90min。然后冷却、卸压，得到纤维金属层合板A2。
将该纤维金属层合板的横截面通过显微镜观察可知，该纤维金属层合板由依次层叠的金属层、树脂粘结层、纤维布、树脂粘结层和金属层构成，且在所述树脂粘结层和纤维布之间具有磁性短切纤维，所述磁性短切纤维插入到纤维布和树脂粘结层中，并且磁性短切纤维与所述纤维布之间的夹角大致为90°，另外，粘着剂层的厚度大致为0.05mm。
实施例3
按照硅烷偶联剂：分散剂：乙醇＝1：3：100的比例(质量比)配制预处理剂；
2)在15kg磁性短切纤维(磁性玻璃短切纤维，长度为200μm，截面直径为10um)表面喷洒预处理剂，烘干得到预处理纤维丝X；
3)称取环氧树脂40.5kg、活性稀释剂18kg，用高速分散机分散，得到混合物A；
4)将步骤2)中得到的预处理纤维丝X加入混合物A中，用高速分散机分散，得到混合物B；
5)称取双氰胺20kg(固化剂)、1-甲基咪唑3.5kg(固化促进剂)、消泡剂3kg，加入混合物B中，用高速分散机分散，得到粘结剂；
6)将铝合金的金属裁剪成长宽为200mm×100mm的尺寸(2片)，放入到5重量％的硝酸水溶液中浸泡30s，然后再在10重量％的氢氧化钠水溶液中浸泡30s；
7)在涂覆平台的上下放有磁铁，磁场强度为0.5特斯拉，磁场方向与金属的夹角为60°，分别在两片金属的表面涂覆步骤5)中得到粘结剂(涂覆厚度大致为0.2mm)，在磁场作用下，粘结剂中的磁性短切纤维竖起，然后再将金属、预浸纤维布(尺寸：200mm×100mm)、金属依次层叠(金属涂覆有粘结剂的表面与预浸纤维布相对)，然后在140℃下，以0.5MPa的压力热压90min。然后冷却、卸压，得到纤维金属层合板A3。
将该纤维金属层合板的横截面通过显微镜观察可知，该纤维金属层合板由依次层叠的金属层、树脂粘结层、纤维布、树脂粘结层和金属层构成，且在所述树脂粘结层和纤维布之间具有磁性短切纤维，所述磁性短切纤维插入到纤维布和树脂粘结层中，并且磁性短切纤维与所述纤维布之间的夹角大致为60°，另外，粘着剂层的厚度大致为0.05mm。
实施例4
按照实施例1的方法进行，不同的是磁性玻璃短切纤维的长度为25μm，截面直径为3μm，相同地得到纤维金属层合板A4。
将该纤维金属层合板的横截面通过显微镜观察可知，该纤维金属层合板由依次层叠的金属层、树脂粘结层、纤维布、树脂粘结层和金属层构成，且在所述树脂粘结层和纤维布之间具有磁性短切纤维，所述磁性短切纤维插入到纤维布和树脂粘结层中，并且磁性短切纤维与所述纤维布之间的夹角大致为45°，另外，粘着剂层的厚度大致为0.05mm。
实施例5
按照实施例1的方法进行，不同的是磁性玻璃短切纤维的长度为500μm，截面直径为5μm，相同地得到纤维金属层合板A5。
将该纤维金属层合板的横截面通过显微镜观察可知，该纤维金属层合板由依次层叠的金属层、树脂粘结层、纤维布、树脂粘结层和金属层构成，且在所述树脂粘结层和纤维布之间具有磁性短切纤维，所述磁性短切纤维插入到纤维布和树脂粘结层中，并且磁性短切纤维与所述纤维布之间的夹角大致为45°，另外，粘着剂层的厚度大致为0.05mm。
实施例6
按照实施例1的方法进行，不同的是磁性玻璃短切纤维的长度为800μm，截面直径为8μm，相同地得到纤维金属层合板A6。
将该纤维金属层合板的横截面通过显微镜观察可知，该纤维金属层合板由依次层叠的金属层、树脂粘结层、纤维布、树脂粘结层和金属层构成，且在所述树脂粘结层和纤维布之间具有磁性短切纤维，所述磁性短切纤维插入到纤维布和树脂粘结层中，并且磁性短切纤维与所述纤维布之间的夹角大致为45°，另外，粘着剂层的厚度大致为0.05mm。
实施例7
按照实施例1的方法进行，不同的是磁性玻璃短切纤维的长度为1000μm，截面直径为10μm，相同地得到纤维金属层合板A7。
将该纤维金属层合板的横截面通过显微镜观察可知，该纤维金属层合板由依次层叠的金属层、树脂粘结层、纤维布、树脂粘结层和金属层构成，且在所述树脂粘结层和纤维布之间具有磁性短切纤维，所述磁性短切纤维插入到纤维布和树脂粘结层中，并且磁性短切纤维与所述纤维布之间的夹角大致为45°，另外，粘着剂层的厚度大致为0.05mm。
实施例8
按照实施例1的方法进行，不同的是步骤1中磁性短切纤维表面未喷洒预处理剂，得到纤维金属层合板A8。
将该纤维金属层合板的横截面通过显微镜观察可知，该纤维金属层合板由依次层叠的金属层、树脂粘结层、纤维布、树脂粘结层和金属层构成，且在所述树脂粘结层和纤维布之间具有磁性短切纤维，所述磁性短切纤维插入到纤维布和树脂粘结层中，并且磁性短切纤维与所述纤维布之间的夹角大致为45°，另外，粘着剂层的厚度大致为0.05mm。
实施例9
按照实施例1的方法进行，不同的是磁场方向与金属的夹角为20°，得到纤维金属层合板A9。
将该纤维金属层合板的横截面通过显微镜观察可知，该纤维金属层合板由依次层叠的金属层、树脂粘结层、纤维布、树脂粘结层和金属层构成，且在所述树脂粘结层和纤维布之间具有磁性短切纤维，所述磁性短切纤维插入到纤维布和树脂粘结层中，并且磁性短切纤维与所述纤维布之间的夹角大致为20°，另外，粘着剂层的厚度大致为0.05mm。
对比例1
按照实施例1的方法进行，不同的是步骤1中未加入磁性玻璃短切纤维，得到纤维金属层合板D1。
对比例2
按照实施例1的方法进行，不同的是用玻璃短切纤维替换磁性玻璃短切纤维，得到纤维金属层合板D2。
测试例1(剥离强度测试)
将实施例1-9和对比例1-2得到的纤维金属层合板A1-A9和D1-D2分别裁剪为尺寸为100mm×20mm的样条(其中纤维方向是样条长度方向)；将得到的样条在万能材料试验机上，以剥离速度为10mm/min进行剥离，使剥离侧的金属完全脱落，记录下数据，该值即为剥离强度。
其结果如表1所示。
表1
| 序号 | 剥离强度(N) |
| A1 | 265 |
| A2 | 310 |
| A3 | 286 |
| A4 | 258 |
| A5 | 267 |
| A6 | 272 |
| A7 | 275 |
| A8 | 240 |
| A9 | 225 |
| D1 | 180 |
| D2 | 210 |
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (23)
1.一种纤维金属层合板，其特征在于，该纤维金属层合板包括依次层叠的金属层、树脂粘结层和纤维层，所述树脂粘结层和纤维层之间还具有磁性短切纤维，且所述磁性短切纤维与所述纤维层之间的夹角大于0°。
2.根据权利要求1所述的预浸纤维布，其中，所述磁性短切纤维与所述纤维布之间的夹角为30-90°。
3.根据权利要求1所述的纤维金属层合板，其中，所述磁性短切纤维的长度为20μm-2mm；
优选地，所述磁性短切纤维的长度为25μm-1mm；
更优选地，所述磁性短切纤维的截面直径为0.5-20μm；
进一步优选地，所述磁性短切纤维的截面直径为1-10μm。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的纤维金属层合板，其中，所述磁性短切纤维选自磁性玻璃纤维、磁性碳纤维和磁性芳纶纤维中的一种或多种。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的纤维金属层合板，其中，所述纤维层为玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维中的一种或多种编织而成的纤维布；
优选地，所述纤维层的单位面积质量为50-650g/cm2。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的纤维金属层合板，其中，树脂粘结层为由含有热固化性粘结剂树脂及磁性短切纤维的树脂组合物固化而得到层；
优选地，所述树脂粘结层的厚度为0.02-0.5mm。
7.根据权利要求1-3中任意一项所述的纤维金属层合板，其中，所述金属层选自铝合金板、钛合金板和钢板中的一种，所述金属层的厚度为0.1-3mm。
8.根据权利要求1-3中任意一项所述的纤维金属层合板，其中，所述磁性短切纤维表面包覆有硅烷偶联剂。
9.一种纤维金属层合板的制备方法，其特征在于，该方法包括：在金属层的表面涂布由含有热固化性粘结剂树脂和磁性短切纤维的树脂组合物形成的粘结剂，并在磁场作用下，使所述粘结剂中的磁性短切纤维竖起以使得所述磁性短切纤维与所述金属层之间的夹角大于0°，将预浸纤维布与金属层层叠，使金属层上具有粘结剂的表面朝向预浸纤维布，然后进行热压使预浸纤维布和金属层结合为一体。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述磁性短切纤维与所述金属层之间的夹角为30-90°。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，相对于100重量份的固化性粘结剂树脂，含有5-50重量份的所述磁性短切纤维；
优选地，相对于100重量份的固化性粘结剂树脂，含有8-38重量份的所述磁性短切纤维。
12.根据权利要求9-11中任意一项所述的方法，其中，所述树脂组合物还含有活性稀释剂，相对于100重量份的固化性粘结剂树脂，含有10-55重量份的所述活性稀释剂；
优选地，相对于100重量份的固化性粘结剂树脂，含有13-53重量份的所述活性稀释剂；
更优选地，所述活性稀释剂为丙烯基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、乙二醇双缩水甘油醚、间苯二酚双缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚和烷基多缩水甘油醚中的一种或多种。
13.根据权利要求9-12中任意一项所述的方法，其中，所述树脂组合物还含有固化剂，相对于100重量份的固化性粘结剂树脂，含有1-55重量份的所述固化剂；
优选地，相对于100重量份的固化性粘结剂树脂，含有2-50重量份的所述固化剂；
更优选地，所述固化剂为二氨基二苯基甲烷、间苯二胺、二氨基二苯基砜己二酸二酰肼、双氰胺、三乙烯二胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、二乙氨基丙胺、孟烷二胺、异佛尔酮二胺、N-氨乙基哌嗪、双(4-氨基-3-甲基环己基)甲烷和双(4-胺基环己基)甲烷中的一种或多种。
14.根据权利要求9-13中任意一项所述的方法，其中，所述树脂组合物还含有固化促进剂，相对于100重量份的固化性粘结剂树脂，含有0-10重量份的所述固化促进剂；
优选地，相对于100重量份的固化性粘结剂树脂，含有0.9-8.8重量份的所述固化促进剂。
15.根据权利要求9-14中任意一项所述的方法，其中，所述树脂组合物还含有消泡剂、流平剂和分散剂中的一种或多种。
16.根据权利要求9-15中的任意一项所述的方法，其中，所述磁性短切纤维的长度为20μm-2mm；
优选地，所述磁性短切纤维的长度为25μm-1mm；
更优选地，，所述磁性短切纤维的截面直径为0.5-20μm；
进一步优选地，所述磁性短切纤维的截面直径为1-10μm。
17.根据权利要求9-16中的任意一项所述的方法，其中，所述磁性短切纤维为磁性玻璃纤维、磁性碳纤维和磁性芳纶纤维中的一种或多种。
18.根据权利要求9-17中的任意一项所述的方法，其中，所述预浸纤维布中的纤维布为玻璃纤维布、碳纤维布和芳纶纤维布中的一种或多种；
优选地，所述纤维布的单位面积质量为50-650g/cm2。
19.根据权利要求9-18中的任意一项所述的方法，其中，所述热固化性粘结剂树脂优选为丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、苯丙噁嗪树脂、酚醛树脂、尿素树脂和三聚氰胺树脂中一种或多种。
20.根据权利要求9-19中的任意一项所述的方法，其中，所述磁性短切纤维表面包覆有硅烷偶联剂。
21.根据权利要求9-20中的任意一项所述的方法，其中，所述金属层选自铝合金板、钛合金板和钢板中的一种，所述金属层的厚度为0.1-3mm。
22.根据权利要求9-20中的任意一项所述的方法，其中，通过将金属层、预浸纤维布、金属层依次层叠并热压得到所述纤维金属层合板。
23.根据权利要求9-11中的任意一项所述的方法，其中，所述磁场强度为0.1-1特斯拉，优选为0.3-0.8特斯拉。
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- 2015-07-27 CN CN201510446536.0A patent/CN106696392A/zh active Pending
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