一种泡沫铝夹层结构复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种泡沫铝夹层结构复合材料及其制备方法，所述泡沫铝夹层结构复合材料包括泡沫铝芯材、增韧界面层和蒙皮，所述增韧界面层位于泡沫铝芯材和蒙皮之间；所述增韧界面层的材质为环氧树脂复合材料，所述环氧树脂复合材料的组分包括环氧树脂基体、增韧剂、稀释剂、中空微球、短切纤维、固化剂和促进剂，所述环氧树脂复合材料填充于泡沫铝芯材表面的孔隙形成增韧界面层。本发明专利技术的技术方案，采用多组分低密度的环氧填充胶在复合材料蒙皮和泡沫铝芯材之间形成界面增韧层，可有效提高界面粘接强度，通过功能梯度设计的蒙皮，提高了泡沫铝夹层结构湿热环境下的界面粘接性能，同时可提高了泡沫铝夹层结构的抗冲击性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料
，尤其涉及一种泡沫铝夹层结构复合材料及其制备方法。
技术介绍
夹层结构复合材料是厚度薄、强度高的蒙皮和密度较低的芯材组成。由于其比刚度大、重量轻等突出优点已在航空航天、汽车、轨道交通、建筑及其它工程领域中得到广泛应用。传统夹层结构所用的泡沫芯材包括PU、PS、PVC和PET等聚合物泡沫，但由于其耐高温、阻燃性能差使其应用领域受到限制。泡沫铝是在纯铝或铝合金中加入添加剂后，经过发泡而成，具有密度小、耐高温、热导率小、隔音阻燃等优异的综合性能。以泡沫铝为芯材的夹层结构复合材料的应用领域有望越来越广泛。传统泡沫夹层结构复合材料是采用蒙皮和芯材进行二次粘接制备，成型周期较长，制备效率低，造成制备成本和能耗较高。蒙皮和芯材之间没有增强，造成面板和芯材容易发生界面脱粘破坏。在冲击载荷作用下，面板和芯材易发生面板和芯材的界面失效，造成冲击性能较差。同时，由于蒙皮和芯材的热膨胀系数差异较大，在湿热环境下夹层结构的蒙皮易出现鼓包和界面失效现象。针对以上问题，国内外研究机构采用三维编织缝纫和Z-Pin等方法增强夹层结构厚度方向和界面性能。如中国专利CN102390129A通过设置在泡沫芯材内的一组拉挤杆的一端与上蒙皮连接，另一端与下蒙皮连接并构成米字型结构，不仅提高了蒙皮和芯材的结合力，也提高了抗剪强度。但由于泡沫铝硬度较大，复合材料拉挤杆的植入较困难。而且，泡沫铝芯材表面孔隙较大，按照传统方法制备夹层结构复合材料界面缺陷相对更大。因此，改善泡沫铝芯材与蒙皮材料的界面性能、提高夹层结构复合材料制备效率，降低成型周期和制备成本是泡沫铝夹层结构复合材料在各领域应用前急需解决的问题。
技术实现思路
针对以上技术问题，本专利技术公开了一种泡沫铝夹层结构复合材料及其制备方法，解决了传统夹层结构复合材料在冲击作用或湿热环境下易发生界面脱粘破坏问题。对此，本专利技术采用的技术方案为：一种泡沫铝夹层结构复合材料，所述泡沫铝夹层结构复合材料包括泡沫铝芯材、增韧界面层和蒙皮，所述蒙皮位于夹层结构的最外侧，所述蒙皮包括已浸渍树脂的金属纤维层和无机/有机纤维预浸料层，所述已浸渍树脂的金属纤维层和无机/有机纤维预浸料层泡沫铝芯材、增韧界面层共固化成型；所述增韧界面层位于泡沫铝芯材和蒙皮之间；所述增韧界面层的材质为环氧树脂复合材料，所述环氧树脂复合材料的组分包括环氧树脂基体、增韧剂、稀释剂、中空微球、短切纤维、固化剂和促进剂，所述环氧树脂复合材料填充于泡沫铝芯材表面的孔隙形成增韧界面层。优选的，所述环氧树脂复合材料包括的组分及其重量份数为：环氧树脂基体100份、增韧剂1~30份、稀释剂5~20份、中空微球10~90份、短切纤维0.5~10份、固化剂3~50份和促进剂0.5~5份。采用此技术方案，采用蒙皮和芯材之间设有增韧界面层，蒙皮和芯材的界面性能好，不易发生界面脱粘破坏的现象，而且在冲击载荷作用下，蒙皮和芯材不易界面失效，具有更好的冲击性能。另外，此技术方案中，已浸渍树脂的金属纤维层、无机/有机纤维预浸料层的各层预浸料、与增韧界面层、泡沫铝芯材表面共固化之后，使得各层间界面具有更好的粘接，而且形成的蒙皮材料热膨胀系数是沿厚度方向呈现变化趋势，，由内层靠近芯材处至蒙皮外表面逐渐减小，从而形成了结构内部的性能过渡，提高了匹配性能，在湿热环境下夹层结构的蒙皮不易出现鼓包和界面失效现象。作为本专利技术的进一步改进，所述环氧树脂复合材料包括的组分及其重量份数为：环氧树脂基体100份、增韧剂5~25份、稀释剂10~15份、中空微球20~70份、短切纤维2~8份、固化剂5~30份和促进剂1~4份。作为本专利技术的进一步改进，所述泡沫铝芯材为闭孔泡沫铝，密度为0.1~0.7g/cm3。优选的，所述泡沫铝芯材的密度为0.25~0.6g/cm3。作为本专利技术的进一步改进，所述环氧树脂基体为低分子量双酚A环氧树脂E54、E51、E44、脂环族环氧树脂、AG80、TED-85中的至少一种。作为本专利技术的进一步改进，所述增韧剂为羧基液体丁腈橡胶、端羧基液体丁腈橡胶、聚硫橡胶、液体硅橡胶、聚醚、聚砜、聚酰亚胺、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛中的至少一种。作为本专利技术的进一步改进，所述空心微球为中空SiO2微球、中空玻璃微球、酚醛树脂微球和Expancle微球的至少一种。作为本专利技术的进一步改进，所述稀释剂为丁基缩水甘油醚、丙烯酸缩水甘油酯、1,4-丁二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚、苯乙烯氧化物、丁二烯单环氧化物、苯基缩水甘油醚、甲苯基缩水甘油醚中的至少一种。作为本专利技术的进一步改进，所述短切纤维为芳纶纤维、尼龙纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、不锈钢纤维或铜纤维的至少一种。作为本专利技术的进一步改进，所述固化剂为二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、二甲胺基丙胺、二乙胺基丙胺、聚酰胺650、间苯二胺、4,4-二氨基二苯砜，4,4-二氨基二苯基甲烷，2-乙基-4-甲基咪唑，双氰胺、三氟化硼-乙胺络合物、邻苯二甲酸酐、马来酸酐和均苯四甲酸酐的至少一种。作为本专利技术的进一步改进，所述促进剂苄基二甲胺、三苯基膦、有机酸盐-胺络合物、2-苯基咪唑啉、硫脲及衍生物、卤化季铵盐的至少一种。作为本专利技术的进一步改进，所述蒙皮为采用增强材料为金属纤维、玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维或超高分子量聚乙烯纤维中至少一种对蒙皮材料进行复合改性得到。采用此技术方案，采用增强材料为金属纤维、玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维或超高分子量聚乙烯纤维对蒙皮材料进行改进，缩小了蒙皮与泡沫铝芯材之间的热膨胀系数，使得泡沫铝芯材、增韧界面层和蒙皮形成热膨胀系数梯度设计，提高了泡沫铝夹层结构复合材料在冲击作用或湿热环境下的机械性能，大大减小了界面脱粘破坏问题的发生。作为本专利技术的进一步改进，所述蒙皮包括已浸渍树脂的金属纤维层和至少一层无机/有机纤维预浸料层，所述已浸渍树脂的金属纤维层位于靠近泡沫铝芯材及增韧界面的最内层，所述已浸渍树脂的金属纤维层和至少一层无机/有机纤维预浸料层与泡沫铝芯材及增韧界面层共固化成型。此技术方案，在泡沫铝芯材、增韧界面层的外侧依次铺设已浸渍树脂的金属纤维层、以及至少一层无机/有机纤维预浸料层，然后与增韧界面层、泡沫铝芯材进行共同固化而得到蒙皮。已浸渍树脂的金属纤维层、无机/有机纤维预浸料层与增韧界面层、泡沫铝芯材共固化之后，增强了界面性能，而且金属纤维层位于靠近泡沫铝芯材的最内层，使得形成的蒙皮材料热膨胀系数沿厚度方向变化的，从内到外的热膨胀系数由大变小，从而形成了从泡沫夹芯层到面板外层的性能过渡，提高了匹配性能，不易出现鼓包现象。作为本专利技术的进一步改进，所述无机/有机纤维预浸料层中的无机/有机纤维包括玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维或超高分子量聚乙烯纤维中至少一种。作为本专利技术的进一步改进，所述已浸渍树脂的金属纤维层为浸渍树脂的铝纤维网层、浸渍树脂的铜纤维网层或浸渍树脂的不锈钢纤维网。作为本专利技术的进一步改进，所述无机/有机纤维预浸料层包括碳纤维预浸料、玻璃纤维预浸料、芳纶纤维预浸料或高强玻璃纤维预浸料。此技术方案采用多组分增韧的低密度环氧填充胶处理泡沫铝表面孔隙进行增韧界面层设计提高蒙皮和泡沫铝芯材的界面粘接强度，通过采用金属纤维和不同无机\本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种泡沫铝夹层结构复合材料，其特征在于：所述泡沫铝夹层结构复合材料包括泡沫铝芯材、增韧界面层和蒙皮，所述蒙皮位于夹层结构的最外侧，所述蒙皮包括已浸渍树脂的金属纤维层和无机/有机纤维预浸料层，所述已浸渍树脂的金属纤维层和无机/有机纤维预浸料层与泡沫铝芯材、增韧界面层共固化成型；所述增韧界面层位于泡沫铝芯材和蒙皮之间；所述增韧界面层的材质为环氧树脂复合材料，所述环氧树脂复合材料包括的组分及其重量份数为：环氧树脂基体100份、增韧剂1~30份、稀释剂5~20份、中空微球10~90份、短切纤维0.5~10份、固化剂3~50份和促进剂0.5~5份，所述环氧树脂复合材料填充于泡沫铝芯材表面的孔隙形成增韧界面层。

【技术特征摘要】
1.一种泡沫铝夹层结构复合材料，其特征在于：所述泡沫铝夹层结构复合材料包括泡沫铝芯材、增韧界面层和蒙皮，所述蒙皮位于夹层结构的最外侧，所述蒙皮包括已浸渍树脂的金属纤维层和无机/有机纤维预浸料层，所述已浸渍树脂的金属纤维层和无机/有机纤维预浸料层与泡沫铝芯材、增韧界面层共固化成型；所述增韧界面层位于泡沫铝芯材和蒙皮之间；所述增韧界面层的材质为环氧树脂复合材料，所述环氧树脂复合材料包括的组分及其重量份数为：环氧树脂基体100份、增韧剂1~30份、稀释剂5~20份、中空微球10~90份、短切纤维0.5~10份、固化剂3~50份和促进剂0.5~5份，所述环氧树脂复合材料填充于泡沫铝芯材表面的孔隙形成增韧界面层。2.根据权利要求1所述的泡沫铝夹层结构复合材料，其特征在于：所述泡沫铝芯材为闭孔泡沫铝，密度为0.1~0.7g/cm3。3.根据权利要求1所述的泡沫铝夹层结构复合材料，其特征在于：所述环氧树脂基体为低分子量双酚A环氧树脂E54、E51、E44、脂环族环氧树脂、AG80、TED-85中的至少一种。4.根据权利要求1所述的泡沫铝夹层结构复合材料，其特征在于：所述增韧剂为羧基液体丁腈橡胶、端羧基液体丁腈橡胶、聚硫橡胶、液体硅橡胶、聚醚、聚砜、聚酰亚胺、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛中的至少一种。5.根据权利要求1所述的泡沫铝夹层结构复合材料，其特征在于：所述空心微球为中空SiO2微球、中空玻璃微球、酚醛树脂微球和Expancle微球的至少一种。6.根据权利要求1所述的泡沫铝夹层结构复合材料，其特征在于：所述稀释剂为丁基缩水甘油醚、丙烯酸缩水甘油酯、1,4-丁二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚、苯乙烯氧化物、丁二烯单环氧化物、苯基缩水甘油醚、甲苯基缩水甘油醚中的至少一种；所述短切纤维为芳纶纤维、尼龙纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、不锈钢纤维或铜纤维的至少一种；所述固化剂为二亚...

【专利技术属性】
技术研发人员：晏义伍，曹海琳，翁履谦，赵金华，丁小恒，
申请(专利权)人：深圳航天科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44