CN204414690U - 一种金属纤维泡沫铝复合层板 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种金属纤维泡沫铝复合层板，包括：至少一层金属板层、至少一层聚合物复合材料层和至少一层泡沫铝层；聚合物复合材料层与泡沫铝层交替粘接，泡沫铝层的上下两面均粘接所述聚合物复合材料层；所述金属板层作为最外层，与聚合物复合材料层粘接。本实用新型金属纤维泡沫铝复合层板具有比金属泡沫铝三明治结构更为优越的力学性能，更优的吸震减震特性和隔音性能，优异的抗高速冲击性能，良好的抗弯曲变形能力，极强的阻燃防火性能，同时重量减轻，成本降低。

Description

一种金属纤维泡沫铝复合层板

技术领域

本实用新型涉及复合材料制备技术领域，具体涉及一种金属纤维泡沫铝复合层板。

技术背景

泡沫铝是1980年代后期国际上迅速发展起来的一种具有优异物理特性和良好机械性能的新型工程材料，由于具有比重小、刚度大、比表面大、减震性能好、消声效果好、电磁屏蔽性能高等多方面的性能组合而具有结构和功能的双重作用，其研究处于船舶业、国防工业、汽车工业、高速列车、航空航天工业、军事以及其它重量相依性工业等领域的技术发展前沿，并在国家安全、科学技术研究与国民经济建设中发挥着巨大的作用，如用于吸音、减振、抗冲击和吸能、电磁屏蔽、隔热、热交换等诸多场合。泡沫铝将多种功能结合在一起，是传统材料所不能达到的。

众多研究表明，基于泡沫铝的夹层结构材料，也称为三明治结构材料，具有比单一金属构件及泡沫铝材料更为优越的力学性能，使得复合结构在一定载荷条件下显示出最佳的力学性能。传统三明治结构是由两层金属板与蜂窝铝或金属泡沫芯层构成,但在受到弯曲载荷时，金属板易于与芯层脱离。通常采用的金属板较薄，很容易在应力作用下弯曲失效，由于芯层材料抗弯曲应力破坏的能力很差，导致芯层材料断裂，进而导致三明治结构的失效。为了提高三明治板的抗弯曲变形性能，可以增加金属板厚度来有效控制三明治板的最终变形,但会导致三明治板质量的增加。为了解决这一矛盾，目前的轻质抗冲击的泡沫金属夹芯板，采用玻璃纤维或碳纤维与钛合金或铝合金组成的纤维金属层板作为最外层板，采用泡沫铝作为芯层材料。但存在以下缺点：一是纤维金属层板制备成本高，特别是采用钛合金纤维金属层板；二是相比传统三明治结构，由于纤维金属层板采用钛合金或铝合金，其导热性能很高，所制备泡沫金属夹芯板的防火性能没有得到提高，同时其减震性能也未提高。因此，提高该种材料的力学性能、提高其阻燃性和减震性能的同时，降低成本且材料重量减轻是目前有待解决的技术问题。

鉴于上述缺陷，本实用新型创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本实用新型。

实用新型内容

为解决上述技术缺陷，本实用新型采用的技术方案在于，首先提供一种金属纤维泡沫铝复合层板，包括：至少一层金属板层、至少一层聚合物复合材料层和至少一层泡沫铝层；

所述聚合物复合材料层与所述泡沫铝层交替粘接；

所述金属板层作为最外层，与所述聚合物复合材料层粘接。

其中，所述的聚合物复合材料层包括：纤维层与聚合物粘接剂；

所述聚合物粘接剂将所述纤维层与所述泡沫铝层粘接；

所述聚合物粘接剂将所述纤维层与所述金属板层粘接。

其中，所述金属纤维泡沫铝复合层板的结构是：一层所述金属板层、一层所述纤维层和一层所述泡沫铝层依次通过所述聚合物粘接剂粘接固定。

较佳的，所述金属纤维泡沫铝复合层板的结构是：至少两层所述纤维层与至少一层所述泡沫铝层通过所述聚合物粘接剂交替粘接作为夹芯层，两层所述金属板层分别作为所述最外层通过聚合物粘接剂与所述夹芯层粘结固定；

所述夹芯层的上下两面均为所述纤维层。

其中，所述金属层板是普碳钢板、不锈钢板、装甲钢板、纯铝板、铝合金板、穿孔铝板中至少一种。

其中，所述纤维层是单丝纤维、单束纤维或纤维布；所述纤维的材质是无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纤维、碳化硅纤维、硼纤维、氧化铝纤维中至少一种。

其中，所述聚合物粘接剂为胶黏剂和固化剂的混合物，所述胶黏剂为环氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂、环氧酚醛树脂、环氧呋喃树脂、丙烯酸酯胶黏剂中至少一种。

与现有技术相比较，本实用新型的有益效果在于：(1)金属纤维泡沫铝复合层板结构具有比金属泡沫铝三明治结构更为优越的力学性能，特别是拉伸、压缩性能；(2)在金属纤维泡沫铝复合层板振动期间，聚合物复合材料层的变形能将转变为热而引起减震作用，同时其主要承受两种金属板间的剪应力。因此，基于泡沫铝的金属纤维复合层板表现出更优的吸震减震特性和更优隔音性能；(3)泡沫铝层与纤维层具有优异的抗碰撞特别是抗高速冲击的性能，因此本金属纤维泡沫铝复合层板具有极高的能量吸收性能，能够在高应变速率和爆轰波条件下得到应用；(4)由于聚合物复合材料层的存在，本复合层板具有优异的阻燃性；(5)因为只有两层薄层金属板，所以减轻了该复合层板的重量，同时制备工艺简单，降低了成本；(6)该金属纤维泡沫铝复合层板具有优异的环境耐久性；(7)金属纤维泡沫铝复合层板具有良好的抗弯曲变形能力；(9)解决了因有机粘接剂热稳定性低造成的普通胶粘三明治泡沫铝复合板材在高温及阻燃方面应用的限制。

附图说明

图1为本实用新型实施例一中的金属纤维泡沫铝复合层板的结构示意图；

图2a和2b为本实用新型实施例二中的金属纤维泡沫铝复合层板的结构示意图和结构图；

图3为本实用新型中实施例三中的金属纤维泡沫铝复合层板的结构示意图。

具体实施方式

为便于本领域技术人员对本实用新型的技术方案和有益效果进行理解，特结合附图对具体实施方式进行如下描述。

实施例一

一种金属纤维泡沫铝复合层板，其结构为至少一层金属板层1、至少一层聚合物复合材料层2和至少一层泡沫铝层3；

所述聚合物复合材料层2与所述泡沫铝层3交替粘接，所述泡沫铝层3的上下两面均粘接所述聚合物复合材料层2；

所述金属板层1作为最外层，与所述聚合物复合材料层2粘接。

请参阅图1所示，其为本实用新型中金属纤维泡沫铝复合层板的结构示意图。图中金属层板1、聚合物复合材料层2和泡沫铝层3均为一层，且依次粘接。通过加入聚合物复合材料层2，使该金属纤维泡沫铝复合层板比金属泡沫铝三明治结构的复合层板具有更为优越的力学性能，特别是拉伸、压缩的性能；此外，本实用新型中的复合层板在振动期间，由于具有粘弹性的聚合物复合材料层2的变形能将转变为热而引起减震所用。此外，聚合物材料层2具有良好的阻燃性能，从而解决了因有机粘接剂热稳定性低造成的普通胶粘三明治泡沫铝复合板材的应用限制。

实施例二

请参阅图2a，其为本实用新型金属纤维泡沫铝复合层板结构示意图，图2b为本实用新型金属纤维泡沫铝复合层板结构图，从图中可知，该结构从上到下依次为厚度为1mm的纯铝板层1、聚合物复合材料层2、泡沫铝层3、聚合物复合材料层2和纯铝板层1，而且聚合物复合材料层2为纤维层21和聚合物粘接剂22，聚合物粘接剂22附着在纤维层21的上下两表面，从而实现纤维层21与所述泡沫铝板层3或者纯铝板层1的粘接。

本实施例中的纤维层21为无碱玻璃纤维布，厚度为0.2mm，聚合物粘接剂22为环氧树脂胶黏剂，且泡沫铝层的孔隙率为86％。本实施例中的金属纤维泡沫铝复合板材结构具有比金属泡沫铝三明治结构更为优越的力学性能，特别是拉伸、压缩性能，对该金属纤维泡沫铝复合层板进行三点弯曲、纵向压缩试验，三点弯曲强度达到31.8MPa，纵向压缩强度达到10.3MPa，相比较相同孔隙率的纯泡沫铝和不含纤维三明治复合板材的三点弯曲强度和纵向压缩强度分别为4.5MPa、2.9MPa和11.3MPa、8.9MPa得到大幅度提高。泡沫铝层3被聚合物复合材料层包覆，具有一定的抗腐蚀保护能力。本实用新型中的金属纤维泡沫铝复合层板结构是纯铝板层1、纤维层21、泡沫铝层3、纤维层21、纯铝板层1交替铺叠，在该复合层板振动期间，纤维层21与聚合物粘接剂22承受剪切变形，使其阻尼特性大大增强。在振动期间，纤维层21与聚合物粘接剂22主要承受两纯铝板层1间的剪应力。因此，本实用新型中的金属纤维泡沫铝复合层板及其制件具有优良的吸震减震特性和优良的隔音性能。此外，本实用新型金属纤维泡沫铝复合层板具有高的环境耐久性，即具有较强的耐腐蚀性和抗吸湿性。金属纤维泡沫铝复合层板在使用过程中，由于外界环境复杂多变，空气中的湿气、化学污染等物质与材料表面发生化学作用或电化学作用引起腐蚀。虽然外层的纯铝板层1相对容易被腐蚀，但当腐蚀沿该复合层板的厚度方向进一步发展时，聚合物复合材料层2可作为腐蚀的屏障阻止腐蚀的进行。虽然该聚合物复合材料层2吸湿性强，但该聚合物复合材料层2被纯铝板层1紧密包覆，阻止吸湿行为，因此，在常温下，湿度对本实用新型的金属纤维泡沫铝复合层板的影响相对较少，从而达到了优良的环境耐久性。

实施例三

请参阅图3所示，其为本实用新型金属纤维泡沫铝复合层板的结构示意图。三层聚合物复合材料层2与两层泡沫铝层3交替粘接形成夹芯层，两层金属板层1作为最外层与聚合物复合材料层2粘接，本实施例中的聚合物复合材料层2为中碱玻璃单丝纤维层21和酚醛树脂胶黏剂22，其中中碱玻璃单丝纤维需提前在单板模具上采用环向缠绕的方式获得与金属面板层1和泡沫铝层3相同的尺寸。

本实施例中，金属板层1采用的是不锈钢板，除此之外，金属板层1的材质还可以是普碳钢板、纯铝板、装甲钢板、穿孔铝板中的至少一种。

其中聚合物复合材料层2中的纤维层21的材质还可以是超高分子量聚乙烯纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纤维、碳化硅纤维、硼纤维、或氧化铝纤维中的至少一种，上述纤维材料还可以以单束纤维的形式作为纤维层21,需提前在单板模具上采用环向缠绕的方式获得与金属面板层1和泡沫铝层3相同的尺寸。

其中聚合物粘接剂采用的是酚醛树脂胶黏剂22，除此之外，聚合物粘接剂还可以是呋喃树脂、环氧酚醛树脂、环氧呋喃树脂、丙烯酸酯胶黏剂中的至少一种。

本实用新型中的金属纤维泡沫铝复合层板的结构中，除了两最外层分别为金属板层1外，夹芯层可以是多层泡沫铝层3与多层聚合物复合材料层2的交替粘接，且最终泡沫铝层3通过聚合物复合材料层2与金属板层1粘接。

本实施例中的泡沫铝的孔隙率为90％，对本实施例的以0.1mm普碳钢板为金属板层的金属纤维泡沫铝复合层板进行三点弯曲、纵向压缩试验，三点弯曲强度达到37.4MPa，纵向压缩强度达到18.4MPa。

由于聚合物复合材料层2与泡沫铝层3均具有高的破坏应变，所以本实用新型中的金属纤维泡沫铝复合层板具有优异的抗碰撞特别是抗高速冲击的性能，具有极高的能量吸收性能，因此可以在高应变速率或爆轰波条件下得到应用。当表层的金属板层1变形失效时，泡沫铝层3在具有高强度的纤维层21的保护下，发生弯曲破坏所需的应力大幅度提高，因此本实用新型中的金属纤维泡沫铝复合层板具有优异的抗弯曲变形能力，同时只有两个金属板层，从而减轻了复合层板的重量，由于其结构简单，制备工艺简单，因此降低了成本。

实施例四

如实施例三所述，区别在于，对金属板层1为纯铝板的金属纤维泡沫铝复合层板进行1000℃燃烧10mi n损伤试验，结果显示，向火面一侧在1000℃的高温下，纯铝板层1被熔化，聚合物复合材料层2暴露，熔点较高的玻璃纤维层21形成一层屏障层阻止火焰继续蔓延，丙烯酸酯胶黏剂22碳化，并覆盖在泡沫铝层3表层形成空气隔离层，阻碍热量的传递，使得未暴露的界面依然保持完整，又由于泡沫铝层3的热传导性能低，最终泡沫铝层3和背火面的玻璃纤维层21、丙烯酸酯胶黏剂22和纯铝板层1均保持完整，从而解决了因有机胶黏剂热稳定性低造成的普通胶粘三明治泡沫铝复合板材在高温及阻燃方面应用的限制。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，对本实用新型而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本实用新型权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变和修改，甚至等效，但都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种金属纤维泡沫铝复合层板，其特征在于，包括：至少一层金属板层、至少一层聚合物复合材料层和至少一层泡沫铝层；

所述聚合物复合材料层与所述泡沫铝层交替粘接；

所述金属板层作为最外层，与所述聚合物复合材料层粘接。

2.根据权利要求1所述的金属纤维泡沫铝复合层板，其特征在于，所述的聚合物复合材料层包括：纤维层与聚合物粘接剂；

所述聚合物粘接剂将所述纤维层与所述泡沫铝层粘接；

所述聚合物粘接剂将所述纤维层与所述金属板层粘接。

3.根据权利要求2所述的金属纤维泡沫铝复合层板，其特征在于，所述金属纤维泡沫铝复合层板的结构是：一层所述金属板层、一层所述纤维层和一层所述泡沫铝层，依次通过所述聚合物粘接剂粘接固定。

4.根据权利要求2所述的金属纤维泡沫铝复合层板，其特征在于，所述金属纤维泡沫铝复合层板的结构是：至少两层所述纤维层与至少一层所述泡沫铝层通过所述聚合物粘接剂交替粘接作为夹芯层，两层所述金属板层分别作为所述最外层通过所述聚合物粘接剂与所述夹芯层粘结固定；

所述夹芯层的上下两面均为所述纤维层。

5.根据权利要求3或4所述的金属纤维泡沫铝复合层板，其特征在于，所述金属层板是普碳钢板、不锈钢板、装甲钢板、纯铝板、穿孔铝板中至少一种。

6.根据权利要求5所述的金属纤维泡沫铝复合层板，其特征在于，所述纤维层是单丝纤维、单束纤维或纤维布。