一种芳纶/铝合金复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种芳纶/铝合金复合材料，是由N+1层的铝合金板层和N层的芳纶材料层依次交替复合形成的多层叠加结构；其中，所述芳纶/铝合金复合材料的最底层和最上层均为铝合金板层，1≤N≤8且N为整数。本发明专利技术还公开了该芳纶/铝合金复合材料的制备方法，先对芳纶材料和铝合金进行预处理，再按照复合材料的结构粘合在一起，最后经热压成型得到。本发明专利技术的芳纶/铝合金复合材料，不仅具有良好的高温热稳定性、化学稳定性、阻燃性能、电绝缘性和耐辐射性能，还兼具有金属的高比强度、高比刚度、优异耐腐蚀性以及耐疲劳性能；且其相对密度低，在航天航空领域可用来制作飞机机身、机翼等，在大型客机、军用机及无人机中具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种芳纶/铝合金复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种航天航空用的复合材料，尤其涉及一种芳纶/铝合金复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来，复合材料在航天航空领域应用越来越广泛，随着该领域各项技术不断进步，对复合材料性能要求也越来越高。芳纶纤维材料是一种高性能、高附加值的特种新型材料，其不但具有优良的物理机械性能，还具有良好的高温热稳定性、化学稳定性、阻燃性、电绝缘性和耐辐射性，因此，将芳纶纤维材料制成复合材料也将会具有优异的性能。国内专利201510295801.X公开了一种芳纶/聚乙烯复合板材的制备方法，国内专利201410529669.X公开了一种芳纶/玻璃纤维复合片材制备方法，然而此类复合材料缺乏金属高比强度、高比刚度及耐腐蚀性等特性，应用领域有限，难以应用在航天航空领域中。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种芳纶/铝合金复合材料及其制备方法，该复合材料兼具金属材料的高比强度、高比刚度及耐腐蚀性，以及特种纤维材料的轻质、高韧性及优异的耐疲劳性能等特点，在航天航空领域中具有广阔的应用前景。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种芳纶/铝合金复合材料，是由N+1层的铝合金板层和N层的芳纶材料层依次交替复合形成的多层叠加结构，其中，所述芳纶/铝合金复合材料的最底层和最上层均为铝合金板层，1≤N≤8且N为整数。上述的芳纶/铝合金复合材料，优选的，所述铝合金板层的表面经阳极氧化处理过；所述芳纶材料层是将芳纶材料用偶联剂表面处理后、浸入环氧树脂体系中进行浸渍、热压成型后得到的。将所述铝合金板的表面经阳极氧化处理过，可以增加铝合金的耐腐蚀性，能提高复合材料的使用周期。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种芳纶/铝合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)对铝合金板进行阳极氧化处理后，水洗，干燥，得到预处理的铝合金板；(2)对芳纶材料用偶联剂进行表面处理后，浸入环氧树脂体系中进行浸渍，得到芳纶环氧树脂预浸料；(3)将所述芳纶环氧树脂预浸料进行预烘干；(4)按照一层预处理的铝合金板再一层预烘干的芳纶环氧树脂预浸料的叠加顺序，将预处理的铝合金板和预烘干的芳纶环氧树脂预浸料铺成依次交替的多层叠加结构，其中，多层叠加结构的最底层和最上层均为预处理的铝合金板；(5)将所述多层叠加结构进行热压成型，即得到所述芳纶/铝合金复合材料。上述的制备方法中，将芳纶材料先用偶联剂进行表面处理，再浸入环氧树脂体系中浸渍，可以保证芳纶材料层和铝合金板层之间的粘结强度，增强了复合材料层间结合力。上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，芳纶环氧树脂预浸料中环氧树脂的质量控制在5％～65％。进一步优选的，芳纶环氧树脂预浸料中环氧树脂的质量控制在25％～45％。控制芳纶环氧树脂预浸料中的环氧树脂的含量可以保证芳纶材料与铝合金板间的粘结强度以及复合材料的整体性能，避免环氧树脂含量过低导致芳纶浸润不完全，也避免环氧树脂含量太高导致环氧固化不完全，影响复合材料的整体性能。上述的制备方法，优选的，每层铝合金板的厚度为0.01～2.00mm，每层芳纶环氧预浸料层厚度为0.01～5.00mm。进一步优选的，每层铝合金板的厚度为0.10～0.50mm，每层预烘干的芳纶环氧树脂预浸料的厚度为0.08～1.00mm。上述的制备方法，优选的，所述步骤(4)的具体操作过程为：先将预处理好的一层铝合金板单面涂胶黏剂，然后将预烘后的一层芳纶环氧预浸料叠在有胶一面的铝合金板上，再将一层单面涂胶黏剂的铝合金板盖在预烘后的芳纶环氧预浸料上，形成三层的叠加结构。上述的制备方法，优选的，所述步骤(4)的具体操作过程为：先将预处理好的一层铝合金板单面涂胶黏剂，然后将预烘后的一层芳纶环氧预浸料叠在有胶一面的铝合金板上，再将双面涂有胶黏剂的铝合金板叠在所述预烘后的芳纶环氧预浸料上，如此反复进行，直至叠加至所需层数，得到多层的叠加结构；其中叠加结构的最上层为铝合金板层。上述的制备方法，优选的，所述胶黏剂为聚砜环氧树脂胶黏剂或环氧尼龙胶黏剂。上述的制备方法，优选的，所述步骤(3)中，预烘干是在60℃～80℃的环境中预烘10min～60min；所述步骤(5)中，热压成型是指在温度为60℃～300℃、压力为0.1MPa～20.0MPa条件下进行压制30～90min。上述的制备方法，优选的，所述偶联剂选自KH550、KH560、KH570中的任意一种。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种上述的或上述的制备方法制备获得的芳纶/铝合金复合材料在航天航空结构材料中的应用。本专利技术将芳纶与铝合金进行复合所得到的芳纶/铝合金复合材料，不仅具有良好的高温热稳定性、化学稳定性、阻燃性能、电绝缘性和耐辐射性能，还兼具有金属的高比强度、高比刚度、优异耐腐蚀性以及耐疲劳性能；该复合材料的相对密度比纯铝更小，更符合当前航天航空领域轻量化趋势，基于该复合材料的优势，该复合材料面向航天航空的结构材料的首选材料，可用来制作飞机机身、机翼等。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术的芳纶/铝合金复合材料，不仅具有良好的高温热稳定性、化学稳定性、阻燃性能、电绝缘性和耐辐射性能，还兼具有金属的高比强度、高比刚度、优异耐腐蚀性以及耐疲劳性能；该复合材料的相对密度比纯铝低10％～18％，可大大减轻重量，其抗疲劳性能也可提高30％以上，所以其在航天航空领域可用来制作飞机机身、机翼等，在大型客机、军用机及无人机中具有广阔的应用前景。(2)本专利技术的制备方法通过芳纶材料与铝合金的叠层复合来完成，通过对芳纶材料进行表面改性增加其表面活性，选用与环氧树脂兼容的改性环氧胶黏剂，以及对铝合金表面进行阳极化处理共同保证了芳纶材料与铝合金的粘结性，降低层压复合材料内部应力，提高了综合性能。附图说明图1是本专利技术实施例1、3的芳纶/铝合金复合材料结构示意图。图2为本专利技术实施例2、4的芳纶/铝合金复合材料结构示意图。图例说明：1、铝合金板层；2、芳纶材料层。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文专利技术做更全面、细致地描述，但本专利技术的保护范围并不限于以下具体实施例。除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本专利技术的保护范围。除非另有特别说明，本专利技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。实施例1：一种本专利技术的芳纶/铝合金复合材料，结构示意图如图1所示，由四层的铝合金板层1和三层的芳纶材料层2依次交替复合形成的七层叠加结构，其中芳纶/铝合金复合材料的最底层和最上层均为铝合金板层。本实施例中的芳纶/铝合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)选取数块0.3mm厚的铝合金板，进行表面阳极氧化处理后，用去离子水清洗干净，在60℃烘箱中烘干，待用；(2)将芳纶无纬布用KH560进行表面处理后，浸入用双酚A型环氧树脂体系中进行润浸一段时间后，得到芳纶环氧树脂预浸料(该芳纶环氧预浸料中树脂的质量分数控制在20％左右，预浸料的厚度控制在0.08mm)，预浸料制作完成后放烘箱中在60℃中预烘30min；(3)选取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种芳纶/铝合金复合材料，其特征在于，所述芳纶/铝合金复合材料是由N+1层的铝合金板层和N层的芳纶材料层依次交替复合形成的多层叠加结构；其中，所述芳纶/铝合金复合材料的最底层和最上层均为铝合金板层，1≤N≤8且N为整数。

【技术特征摘要】
1.一种芳纶/铝合金复合材料，其特征在于，所述芳纶/铝合金复合材料是由N+1层的铝合金板层和N层的芳纶材料层依次交替复合形成的多层叠加结构；其中，所述芳纶/铝合金复合材料的最底层和最上层均为铝合金板层，1≤N≤8且N为整数。2.如权利要求1所述的芳纶/铝合金复合材料，其特征在于，所述铝合金板层的表面经阳极氧化处理过；所述芳纶材料层是将芳纶材料用偶联剂表面处理后、浸入环氧树脂体系中进行浸渍、热压成型后得到的。3.一种芳纶/铝合金复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对铝合金板进行阳极氧化处理后，水洗，干燥，得到预处理的铝合金板；(2)将芳纶材料用偶联剂进行表面处理后，浸入环氧树脂体系中进行浸渍，得到芳纶环氧树脂预浸料；(3)将所述芳纶环氧树脂预浸料进行预烘干；(4)按照一层预处理的铝合金板再一层预烘干的芳纶环氧树脂预浸料的叠加顺序，将预处理的铝合金板和预烘干的芳纶环氧树脂预浸料铺成依次交替的多层叠加结构，其中，多层叠加结构的最底层和最上层均为预处理的铝合金板；(5)将所述多层叠加结构进行热压成型，即得到所述芳纶/铝合金复合材料。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，芳纶环氧树脂预浸料中环氧树脂的质量含量为5％～65％；所述步骤(4)中，多层叠加结构中的每层铝合金板的厚度为0.01～2.00mm，每层预烘干的芳纶环氧树脂预浸料的厚度为0.01～...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨清，丁娉，黎勇，姜其斌，陈磊，高敬民，贾金荣，罗伟明，唐莹，
申请(专利权)人：株洲时代新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43