CN108467637A - 一种环保型层合结构复合材料制件表面金属化载体膜及其制备和使用方法 - Google Patents

一种环保型层合结构复合材料制件表面金属化载体膜及其制备和使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种环保型层合结构复合材料制件表面金属化载体膜及其制备和使用方法，采用载体膜技术，先在模具上成型载体膜，进行金属喷涂，再在金属层上铺覆复合材料预浸料，最后共固化成型。本发明核心是载体膜的配方及配制方法，既实现载体膜成型后厚薄均匀，有较好的强度，保证载体膜既能在模具上有一定的附着力，能在载体膜上喷涂金属，而不至于使载体膜产生鼓泡、翘起、脱落和撕裂等，又能够在金属喷涂层上成型碳纤维复合材料后使载体膜与模具容易分离，而且制件全部工序完成后载体膜能很方便地从金属表面去除。

Description

一种环保型层合结构复合材料制件表面金属化载体膜及其制 备和使用方法
技术领域
本发明涉及复合材料金属化技术领域，具体为一种环保型层合结构复合材料制件表面金属化载体膜及其制备和使用方法。
背景技术
层合结构复合材料主要包括碳纤维层合结构复合材料、玻璃纤维层合结构复合材料和芳纶纤维层合结构复合材料，碳纤维层合结构复合材料属于半导体，而玻璃纤维层合结构复合材料和芳纶纤维层合结构复合材料属于不导电材料，在某些场合如作为某些频段的反射器、电磁屏蔽及其它用途等要求对层合结构复合材料制件进行表面金属化处理，以应用于星载、机载、车载、船载天线及其它表面有导电要求的复合材料制件。
复合材料的表面金属化方法很多，主要有化学与电化学镀、真空蒸镀、真空离子溅射、预埋金属网法、金属喷涂法、贴膜法等。对于尺寸大、形面复杂的制件，不易采用化学与电化学镀和真空离子溅射，而直接进行金属喷涂又无法保证制件表面精度要求和粗糙度要求。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，实现尺寸大、形面复杂的层合结构复合材料制件表面金属化，本发明提出一种环保型层合结构复合材料制件表面金属化载体膜及其制备和使用方法，采用载体膜技术，先在模具上成型载体膜，进行金属喷涂，再在金属层上铺覆复合材料预浸料，最后共固化成型。
本发明的主要的技术特点在于载体膜的配方、配制方法及使用方法。其中核心技术是载体膜的配方及配制方法，既要求载体膜成型后厚薄均匀，有较好的强度，保证载体膜既能在模具上有一定的附着力，能在载体膜上喷涂金属，而不至于使载体膜产生鼓泡、翘起、脱落和撕裂等，又要求在金属喷涂层上成型碳纤维复合材料后使载体膜与模具容易分离，而且制件全部工序完成后载体膜能很方便地从金属表面去除。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
所述一种环保型层合结构复合材料制件表面金属化载体膜，其特征在于：按照以下配方配比得到，其中份数为质量份：
目前存在有相关的技术方案采用的载体膜溶液是聚合物的有机溶剂溶液，有机溶剂采用丙酮、苯、甲苯、环己酮、二氯甲烷等，不但对操作人员有害，最终挥发到大气中污染空气，会加重大气雾霾。而且采用的聚合物材料也不能生物降解，会污染环境。而本发明采用环保型配方，采用的聚合物是聚乙烯醇，聚乙烯醇是一种可被细菌作为碳源和能源利用的乙烯基聚合物，在细菌和酶的作用下，46天可降解75％，属于一种生物可降解高分子材料，而且可由非石油路线大规模生产，价格低廉。采用的溶剂是水和乙醇，而不用有机溶剂，对改善工作条件、防止环境污染有很好的经济效益和社会效益。
由于采用的溶剂是水和乙醇，相应的为了使载体膜溶液能很好地浸润模具，形成均匀的高质量载体膜，在配方中加入了表面活性剂硬脂酸钠；而为提高载体膜的韧性，在配方中加入了增塑剂丙三醇；此外由于本发明制备的载体膜是水溶性的，成膜时易使铸铁模和钢模锈蚀，产生锈斑，从而导致金属喷涂时喷涂不上，影响金属喷涂质量，所以在配方中选择苯甲酸钠和亚硝酸钠作为缓蚀剂，以较抵的成本解决了大型模具的防锈问题。
同时，本发明配方中聚乙烯醇的选择也很重要，经过试验发现不是所有的聚乙烯醇品种都适合做转移膜，经过研究发现主要的影响因素是聚乙烯醇分子量和醇解度，分子量太小则强度差，膜易破，而分子量太大则不易配制成溶液。经过反复试验筛选确定采用聚乙烯醇PVA24-99配置载体膜最合适。而配方中乙醇的含量可以在要求范围内变化，当要求干燥速度快即可通过增加乙醇的用量实现。
上述一种环保型层合结构复合材料制件表面金属化载体膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将2/3的纯净水加热到70～80℃；再将硬脂酸钠溶入加热后的纯净水中，搅拌均匀，再加入丙三醇，并搅拌均匀；保持纯净水温度在70～80℃，向纯净水中分批加入聚乙烯醇，并不停地搅拌使其成为均匀的水溶液，每次应在前一批加入的聚乙烯醇完全溶解后再加入下一批聚乙烯醇；
步骤2：将苯甲酸钠和亚硝酸钠溶入剩余的1/3纯净水中，搅拌溶解后再加入乙醇，并搅拌均匀；
步骤3：对步骤1制得的溶液停止保温，在搅拌状态下将步骤2制得的溶液滴加到步骤1制得的溶液中，且滴加过程中控制搅拌和滴加速度，避免已经溶解的聚乙烯醇从溶液中析出；
步骤4：将步骤3配置好的溶液过滤后得到载体膜溶液。
上述一种环保型层合结构复合材料制件表面金属化载体膜的使用方法，其特征在于：采用刷涂或喷枪喷涂的方式将载体膜溶液刷涂或喷涂在模具上；在刷涂或喷涂载体膜溶液前，对模具采用水基脱模剂或有机溶剂型脱模剂进行处理，其中采用有机溶剂型脱模剂进行处理前，需要采用绸布或脱脂棉布蘸硬脂酸钠溶液对模具进行处理；在刷涂或喷涂载体膜溶液后，将带有载体膜的模具放入50℃～80℃烘房烘干，以充分晾干水分。
有益效果
本发明的优点是：(1)设备简单，实施容易；(2)不受零件形状和尺寸的限制； (3)克服了直接金属喷涂法所固有的金属层与复合材料之间的结合力小、表面粗糙、精度靠手工打磨来保证、随机性大等缺点，形面金属层的光洁度由模具形面保证；(4) 制件表面的金属层与复合材料靠胶粘剂粘合，结合强度高；(5)工艺成本低。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明的目的是实现尺寸大、形面复杂的层合结构复合材料制件表面金属化，为此提出一种环保型层合结构复合材料制件表面金属化载体膜及其制备和使用方法，采用载体膜技术，先在模具上成型载体膜，进行金属喷涂，再在金属层上铺覆复合材料预浸料，最后共固化成型。
本发明的主要的技术特点在于载体膜的配方、配制方法及使用方法。其中核心技术是载体膜的配方及配制方法，既要求载体膜成型后厚薄均匀，有较好的强度，保证载体膜既能在模具上有一定的附着力，能在载体膜上喷涂金属，而不至于使载体膜产生鼓泡、翘起、脱落和撕裂等，又要求在金属喷涂层上成型碳纤维复合材料后使载体膜与模具容易分离，而且制件全部工序完成后载体膜能很方便地从金属表面去除。
所述一种环保型层合结构复合材料制件表面金属化载体膜，其特征在于：按照以下配方配比得到，其中份数为质量份：
目前存在有相关的技术方案采用的载体膜溶液是聚合物的有机溶剂溶液，有机溶剂采用丙酮、苯、甲苯、环己酮、二氯甲烷等，不但对操作人员有害，最终挥发到大气中污染空气，会加重大气雾霾。而且采用的聚合物材料也不能生物降解，会污染环境。而本发明采用环保型配方，采用的聚合物是聚乙烯醇，聚乙烯醇是一种可被细菌作为碳源和能源利用的乙烯基聚合物，在细菌和酶的作用下，46天可降解75％，属于一种生物可降解高分子材料，而且可由非石油路线大规模生产，价格低廉。采用的溶剂是水和乙醇，而不用有机溶剂，对改善工作条件、防止环境污染有很好的经济效益和社会效益。
由于采用的溶剂是水和乙醇，相应的为了使载体膜溶液能很好地浸润模具，形成均匀的高质量载体膜，在配方中加入了表面活性剂硬脂酸钠；而为提高载体膜的韧性，在配方中加入了增塑剂丙三醇；此外由于本发明制备的载体膜是水溶性的，成膜时易使铸铁模和钢模锈蚀，产生锈斑，从而导致金属喷涂时喷涂不上，影响金属喷涂质量，所以在配方中选择苯甲酸钠和亚硝酸钠作为缓蚀剂，以较抵的成本解决了大型模具的防锈问题。
同时，本发明配方中聚乙烯醇的选择也很重要，经过试验发现不是所有的聚乙烯醇品种都适合做转移膜，经过研究发现主要的影响因素是聚乙烯醇分子量和醇解度，分子量太小则强度差，膜易破，而分子量太大则不易配制成溶液。经过反复试验筛选确定采用聚乙烯醇PVA24-99配置载体膜最合适。而配方中乙醇的含量可以在要求范围内变化，当要求干燥速度快即可通过增加乙醇的用量实现。
上述一种环保型层合结构复合材料制件表面金属化载体膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将2/3的纯净水加热到70～80℃；再将硬脂酸钠溶入加热后的纯净水中，搅拌均匀，再加入丙三醇，并搅拌均匀；保持纯净水温度在70～80℃，向纯净水中分批加入聚乙烯醇，并不停地搅拌使其成为均匀的水溶液，每次应在前一批加入的聚乙烯醇完全溶解后再加入下一批聚乙烯醇；
步骤2：将苯甲酸钠和亚硝酸钠溶入剩余的1/3纯净水中，搅拌溶解后再加入乙醇，并搅拌均匀；
步骤3：对步骤1制得的溶液停止保温，在搅拌状态下将步骤2制得的溶液滴加到步骤1制得的溶液中，且滴加过程中控制搅拌和滴加速度，避免已经溶解的聚乙烯醇从溶液中析出；
步骤4：将步骤3配置好的溶液用四层纱布过滤后得到载体膜溶液。
上述一种环保型层合结构复合材料制件表面金属化载体膜的使用方法，其特征在于：采用刷涂或喷枪喷涂的方式将载体膜溶液刷涂或喷涂在模具上；
在刷涂或喷涂载体膜溶液前，对模具采用水基脱模剂或有机溶剂型脱模剂进行处理，其中采用有机溶剂型脱模剂进行处理前，需要采用绸布或脱脂棉布蘸硬脂酸钠溶液对模具进行处理，以防止由于表面张力太大造成载体膜溶液在模具表面形成不了完整的载体膜，最终无法实现制件的表面金属化；
在刷涂或喷涂载体膜溶液后，将带有载体膜的模具放入50℃～80℃烘房烘干，以充分晾干水分。若不充分晾干水分，载体膜中残留的水分会在复合材料高温固化时膨胀，最终使金属层表面产生凹坑。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种环保型层合结构复合材料制件表面金属化载体膜，其特征在于：按照以下配方配比得到，其中份数为质量份：
2.权利要求1所述环保型层合结构复合材料制件表面金属化载体膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将2/3的纯净水加热到70～80℃；再将硬脂酸钠溶入加热后的纯净水中，搅拌均匀，再加入丙三醇，并搅拌均匀；保持纯净水温度在70～80℃，向纯净水中分批加入聚乙烯醇，并不停地搅拌使其成为均匀的水溶液，每次应在前一批加入的聚乙烯醇完全溶解后再加入下一批聚乙烯醇；
步骤2：将苯甲酸钠和亚硝酸钠溶入剩余的1/3纯净水中，搅拌溶解后再加入乙醇，并搅拌均匀；
步骤3：对步骤1制得的溶液停止保温，在搅拌状态下将步骤2制得的溶液滴加到步骤1制得的溶液中，且滴加过程中控制搅拌和滴加速度，避免已经溶解的聚乙烯醇从溶液中析出；
步骤4：将步骤3配置好的溶液过滤后得到载体膜溶液。
3.权利要求1所述环保型层合结构复合材料制件表面金属化载体膜的使用方法，其特征在于：采用刷涂或喷枪喷涂的方式将载体膜溶液刷涂或喷涂在模具上；在刷涂或喷涂载体膜溶液前，对模具采用水基脱模剂或有机溶剂型脱模剂进行处理，其中采用有机溶剂型脱模剂进行处理前，需要采用绸布或脱脂棉布蘸硬脂酸钠溶液对模具进行处理；在刷涂或喷涂载体膜溶液后，将带有载体膜的模具放入50℃～80℃烘房烘干，以充分晾干水分。
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