CN212555328U - 一种超混杂复合材料夹芯板 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种超混杂复合材料夹芯板，由至少包括一层纤维增强热塑性树脂基复合材料的中间层、与所述纤维增强热塑性树脂基复合材料直接接触粘合的上表层和下表层，所述纤维增强热塑性树脂基复合材料包括增强纤维和热塑性树脂，所述上表层和下表层为具有延展性、密度不大于5.0g/cm3的金属薄板；所述超混杂复合材料能改善纯铝板及其合金材料刚强度不足、特纤复合材料脆性较大、延展性不足的缺点，将金属板的韧性与复合材料的刚强度结合，形成性能互补，其刚强/度能满足高性能要求，又具有一定延展性能，且性价比较优。
Description
技术领域
本实用新型涉及复合板材领域，具体涉及一种超混杂复合材料夹芯板。
背景技术
汽车产业节能减排发展趋势愈加显著，对汽车材料的轻量化提出了更高要求，众多轻量化材料中，碳纤维复合材料因质轻、高强、抗冲击和耐腐蚀等优异特点备受关注，德国宝马i3和i8系大量采用了碳纤维复合材料，但由于碳纤维成本较高，碳纤维的全球产量也很有限，约16～18万吨/年，德国宝马最终采用的是折中技术路线，即铝合金与碳纤维搭配使用，生产了A、B、C柱、地板、门窗框架、发动机盖、轮毂、顶盖等汽车零部件。碳纤维复合材料存在价格高、制品脆性大、成型和加工困难等弊端，目前国内碳纤维汽车轻量化处于起步阶段，碳纤维的大量应用仍需时日。
玻纤维复合材料较碳纤维价格便宜很多，我国是全球玻璃纤维第一大生产国，约年产500～600万吨左右，高品质的S2、S4玻璃纤维能够满足技术要求，但玻纤维较脆受到冲击易断裂，并且强度达不到碳纤维那么高，受热较碳纤维变形程度较大，由玻璃纤维制成的强化塑料制品存在材料脆性大、延展性不足、成型工艺复杂、后加工困难等问题，所以玻纤维更适合制成汽车非结构件、装饰件。
铝板或铝合金则不能满足车辆等高强度和高模量的技术要求。因此急需开发一种具有高刚/强度和延展性的轻量化材料，同时满足价格合理、加工方便的要求。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型提供一种超混杂复合材料夹芯板。
本实用新型的目的采用以下技术方案来实现：
一种超混杂复合材料夹芯板，由至少包括一层纤维增强热塑性树脂基复合材料的中间层、与所述纤维增强热塑性树脂基复合材料直接接触粘合的上表层和下表层，所述纤维增强热塑性树脂基复合材料包括增强纤维和热塑性树脂，所述上表层和下表层为具有延展性、密度不大于5.0g/cm3的金属薄板；
优选的，所述金属薄板的厚度为0.01-5mm；所述纤维增强热塑性树脂基复合材料的厚度为0.2-8mm；
优选的，所述中间层由N+1层纤维增强热塑性树脂基复合材料和N层金属薄板逐层交替叠加而成，其中，N为自然数；
进一步优选的，所述自然数N的值为0、1或2；
优选的，所述金属薄板为铝板、铝合金板或钛合金板；所述铝合金板为锰合金铝板、镁合金铝板、铝硅合金、铝铜合金、铝锌合金或铝稀土合金；
优选的，所述增强纤维为连续和/或非连续的纤维和/或其织物和/或其毡，所述纤维为碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、玄武岩纤维或高分子聚合物纤维；所述热塑性树脂为PP、PA、PB、PC、PBT、PET、PI、POM、TPU、PPE或ABS；
进一步优选的，所述增强纤维为连续纤维的铺放物或多轴向编织物，所述铺放物包括0°方向单向铺放物和/或0°+90°方向双向铺放物，所述多轴向编织物包括0°+90°方向双向编织物。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型所述超混杂复合材料能改善纯铝板及其合金材料刚强度不足、特纤复合材料脆性较大、延展性不足的缺点，将金属板的韧性与复合材料的刚强度结合，形成性能互补，其刚强/度能满足高性能要求，又具有一定延展性能，且性价比较优。所述超混杂复合材料通过加热和模压可二次或多次成型，材料可回收再利用，加工方便，可采用现有金属钣金的加工方法，易于标准化生产、产品质量一致性较好，所述超混杂复合材料通过模具的型面控制制备为所需形状，还可制备成圆管型、锥管型或曲面型。
附图说明
利用附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是实施例1制备的具有三层结构(N＝0)的超混杂复合材料夹芯板；
图2是实施例2制备的具有五层结构(N＝1)的超混杂复合材料夹芯板；
图3是所述超混杂复合材料夹芯板制备过程示意图；
图4是所述超混杂复合材料夹芯板的模压成型示意图；
图5是模压成型后的超混杂复合材料夹芯板产品。
附图标记：
210-上表层金属薄板；220-纤维增强热塑性树脂基复合材料；230-下表层金属薄板；310-第1层金属薄板；320-第2层复合材料层；330-第3层金属薄板；340-第4层复合材料层；350-第5层金属薄板；400-上表层金属板卷轴；410-纤维卷轴；420-下表层金属板卷轴；430-上表层金属板导辊；440-浸渍纤维导辊；450-下表层金属板导辊；460-浸渍辊；470-第一加热器；480-第二加热器；490-第一上压辊；500-第一下压辊；510-第二上压辊；520-第二下压辊；530-斩刀；540-超混杂复合材料夹芯板；610-上模；620-下模；630-夹芯板产品。
具体实施方式
结合以下实施例对本实用新型作进一步描述。
本申请的实施例涉及一种超混杂复合材料夹芯板，由至少包括一层纤维增强热塑性树脂基复合材料的中间层、与所述纤维增强热塑性树脂基复合材料直接接触粘合的上表层和下表层，所述纤维增强热塑性树脂基复合材料包括增强纤维和热塑性树脂，所述上表层和下表层为具有延展性、密度不大于5.0g/cm3的金属薄板；
优选的，所述金属薄板的厚度为0.01-5mm；所述纤维增强热塑性树脂基复合材料的厚度为0.2-8mm；
优选的，所述中间层由N+1层纤维增强热塑性树脂基复合材料和N层金属薄板逐层交替叠加而成，其中，N为自然数；
进一步优选的，所述自然数N的值为0、1或2；
优选的，所述金属薄板为铝板、铝合金板或钛合金板；所述铝合金板为锰合金铝板、镁合金铝板、铝硅合金、铝铜合金、铝锌合金或铝稀土合金；
优选的，所述增强纤维为连续和/或非连续的纤维和/或其织物和/或其毡，所述纤维为碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、玄武岩纤维或高分子聚合物纤维；所述热塑性树脂为PP、PA、PB、PC、PBT、PET、PI、POM、TPU、PPE或ABS；
进一步优选的，所述增强纤维为连续纤维的铺放物或多轴向编织物，所述铺放物包括0°方向单向铺放物和/或0°+90°方向双向铺放物，所述多轴向编织物包括0°+90°方向双向编织物。
实施例1
一种超混杂复合材料夹芯板，其制备方法包括以下步骤：
步骤1、结构设计
采用三层结构设计，上、下表层为纯铝板，密度为2.7g/cm3，中间层采用连续高强玻璃纤维S4增强热塑树脂基复合材料，热塑性树脂采用高熔点聚丙烯PP或改性PP；
步骤2、厚度及方向设计
上、下表层金属纯铝板的厚度为0.6mm，中间层纤维增强复合材料的厚度为0.6mm，采用0°+90°方向双向铺放排列连续高强玻璃纤维设计；
步骤3、浸渍合并
将连续纤维单向片纱从纱架上等张力引出，经过熔融聚丙烯PP或改性聚丙烯PP树脂的浆槽，纤维片纱经过充分浸渍后，铺放至下层金属纯铝板上，与上层纯铝金属板合并后送出；
步骤4：热压成型
采用热压成型工艺，将步骤3合并后的三层板经过压力为20～50MPa的上压辊碾压，成型为三层结构的超混杂复合材料夹芯板；
步骤5：按照规定尺寸切断成所需的长度；磨边、包装和入库。
实施例2
一种超混杂复合材料夹芯板，其制备方法包括以下步骤：
步骤1、结构设计
采用五层结构设计，从上到下第1、3、5层为防锈铝合金板，密度为2.65g/cm3，第2和4层采用连续碳纤维平纹布增强热塑树脂基复合材料，热塑性树脂采用高熔点聚酰胺PA或改性PA；
步骤2、厚度及方向设计
第1、3、5层的防锈铝合金板的厚度为0.4mm，第2和4层采用连续碳纤维平纹布增强复合材料，厚度为0.6mm，采用0°+90°双向平纹编织结构设计；
步骤3、浸渍合并
采用热压成型工艺，将2个卷轴的碳纤维编织布从卷轴上等张力上、下平行引出，第2和4层上下同时经过熔融的聚酰胺PA或改性PA树脂浆槽，碳纤维布经过充分浸渍后，分别与铺放于第3层和第5层的防锈铝合金板合并，再与第1层防锈铝合金板一起合并后送出；
步骤4、热压成型
采用热压成型工艺，将步骤3五层合并后的多层板经过压力为40～80MPa的上压辊碾压，成型为五层结构的超混杂复合材料夹芯板；
步骤5：按照规定尺寸切断成所需的长度；磨边、包装和入库。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。
Claims (7)
1.一种超混杂复合材料夹芯板，其特征在于，由至少包括一层纤维增强热塑性树脂基复合材料的中间层、与所述纤维增强热塑性树脂基复合材料直接接触粘合的上表层和下表层，所述纤维增强热塑性树脂基复合材料包括增强纤维和热塑性树脂，所述上表层和下表层为具有延展性、密度不大于5.0g/cm3的金属薄板。
2.根据权利要求1所述的一种超混杂复合材料夹芯板，其特征在于，所述金属薄板的厚度为0.01-5mm；所述纤维增强热塑性树脂基复合材料的厚度为0.2-8mm。
3.根据权利要求1所述的一种超混杂复合材料夹芯板，其特征在于，所述中间层由N+1层纤维增强热塑性树脂基复合材料和N层金属薄板逐层交替叠加而成，其中，N为自然数。
4.根据权利要求3所述的一种超混杂复合材料夹芯板，其特征在于，所述自然数N的值为0、1或2。
5.根据权利要求1所述的一种超混杂复合材料夹芯板，其特征在于，所述金属薄板为铝板、铝合金板或钛合金板；所述铝合金板为锰合金铝板、镁合金铝板、铝硅合金、铝铜合金、铝锌合金或铝稀土合金。
6.根据权利要求1所述的一种超混杂复合材料夹芯板，其特征在于，所述增强纤维为连续和/或非连续的纤维和/或其织物和/或其毡，所述纤维为碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、玄武岩纤维或高分子聚合物纤维。
7.根据权利要求6所述的一种超混杂复合材料夹芯板，其特征在于，所述增强纤维为连续纤维的铺放物或多轴向编织物，所述铺放物包括0°方向单向铺放物和/或0°+90°方向双向铺放物，所述多轴向编织物包括0°+90°方向双向编织物。
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