一种半固化纤维增强金属层板层间内聚力测试方法技术

本发明专利技术提出了一种半固化纤维增强金属层板层间内聚力测试方法。该方法主要实现半固化状态复合层板在厚度方向施加一定载荷下，层间可产生相对运动，并获得不同的厚向载荷及相对运动速度对层间内聚力的影响规律。该方法包括厚向加压夹具的设计与加工、铝合金下料及表面处理、试样件的制备和层间内聚力测试试验流程等步骤。本发明专利技术提出的半固化纤维增强金属层板层间内聚力测试方法采用拉伸夹具，使复合层板在厚向施加压力条件下金属板与预浸料层之间产生相对运动，从而测得层间相互作用力。这种测试方法简单易行，测得数据真实可靠且稳定，可用于深入探究半固化纤维增强金属层板成形过程中层间相互作用机理。

A test method of cohesion between layers of semi curing fiber reinforced metal laminates

The invention provides a method for testing the cohesion between layers of a semi curing fiber-reinforced metal laminate. This method is mainly used to realize the relative movement of the composite laminates in the semi-cured state under certain load in the thickness direction, and to obtain the influence law of different thickness load and relative movement speed on the cohesion of the laminates. This method includes the design and processing of the pressure clamp, the cutting and surface treatment of aluminum alloy, the preparation of sample pieces and the test flow of cohesion between layers. The method for testing the interlayer cohesion of the semi-cured fiber-reinforced metal laminate proposed by the invention adopts a stretching fixture, which makes the composite laminate generate relative movement between the metal plate and the prepreg layer under the condition of thick applied pressure, so as to measure the interlayer interaction force. This method is simple, reliable and stable. It can be used to further explore the mechanism of the interaction between the layers in the forming process of semi-cured fiber-reinforced metal laminates.

【技术实现步骤摘要】
一种半固化纤维增强金属层板层间内聚力测试方法
本专利技术属于复合层板基础性能测试领域。
技术介绍
纤维增强金属层板(FMLs,FiberMetalLaminates)是由金属薄板和纤维/树脂预浸料相间铺叠固化而成的层压，实质上是一种层间混杂复合材料。其结合了金属良好的韧性和纤维高强比，降低了密度，同时环境耐腐性等也有着一定程度的提高。常用的成形方法有自成形技术、滚弯成形、喷丸成形和VARTM成形等，成形难点主要有：a.成形条件包含热、力复合能场作用，环境较为复杂；b.成形过程中发生多种变形，成形过程与缺陷产生机理复杂；c.受纤维伸长量的影响，层合板的成形极限低。2013年美国R.D威尔克尔松提出成形期间允许层板滑动制造复合材料层合板结构的方法，同时近两年冲压、充液等成形方法均尝试成形过程中允许层板发生不协调变形以提高层板的成形极限。国内郎利辉团队提出“半固化成形”即为铺贴完成后成形，利用预浸料的粘弹性特点，利用层间不协调变形来提高成形极限。该种方法成形复杂，因此需要一种试验方法探究铝板与预浸料之间发生不协调变形过程中内聚力作用机理。本专利技术可以实现在层板厚度方向施加一定载荷下，获得层间变形的载荷-位移曲线，同时可以应用本专利技术探究不同的厚向压力载荷及层间相对运动速度对内聚力作用机理的影响。
技术实现思路
本专利技术提供的一种半固化纤维增强金属层板层间内聚力测试方法包括按顺序进行的下列步骤：1)根据试样件的形状尺寸设计并加工出厚向加压夹具，该夹具可以对多层板厚度方向施加一定的载荷。2)利用线切割机对铝合金板下料，并用砂纸打磨去除切割处的毛刺。采用“丙酮(表面处理液)处理-漂洗-碱洗-漂洗-磷酸阳极化”的表面处理工艺对金属板表面进行处理。3)手动铺层制备纤维增强金属层板层间内聚力测试试样。4)层间内聚力测试试验的流程包括：a)通过压缩压盘对层合板叠层区域施加一定的载荷；b)利用拉伸夹头使复合层板产生层间相对运动，并获得测试结果。附图说明图1为采用本专利技术提供的加压夹具结构及通过该夹具对板料施加压力载荷过程示意图。图2为采用本专利技术提供的试样件的铺贴制备及试验过程中试样件定位的示意图。图3为采用本专利技术提供的对复合层板厚向加压时拉伸，从而使铝板与预浸料之间发生相对运动的试验过程示意图。具体实施方式下面结合附图和具体的实施例对本专利技术提供的一种半固化纤维增强金属层板层间内聚力测试方法进行详细说明。如图1—图3所示，本专利技术提供的一种半固化纤维增强金属层板层间内聚力测试方法包括下列步骤：1)根据试样件的形状尺寸设计并加工的厚向加压夹具如图1所示。其中1为加压杆，2为紧固螺钉，3为上固定板，4为上压板，5为下压板，6为弹簧，7为下固定板。2)加压杆1与上压板4紧固，紧固螺钉2与上压板4仅接触，该装置的金属板块均为304不锈钢材料，加工制造采用车床进行加工，表面进行抛光处理，使表面光滑。弹簧6可承受的最大载荷根据试验方案而定；上压板4的下平面与下压板5的上平面与下固定板7的底面平行，平行度要求0.03。3)上压板5与下压板6与试样件直接接触，其宽度L1大于试样件的宽度。4)按照图2尺寸利用线切割机下料，金属试样长度为L2，宽度L3，并用砂纸打磨，确保铝板边缘光滑无毛刺；预浸料是边长为L3的正方形。采用“丙酮(表面处理液)处理-漂洗-碱洗-漂洗-磷酸阳极化-漂洗-烘干”的表面处理工艺对金属板表面进行处理。具体如下：a)准备：用丙酮或者专用表面处理液除去金属板表面的油污；b)碱洗：配置碱液，化学成分为NaOH和Na2CO3，含量均为为25-30g/L。加热该溶液至50-60℃，铝板碱洗时间为0.5-1min；c)漂洗：清洁自来水漂洗2-5分钟；d)脱氧：配置HNO3溶液，含量为300-500g/L，室温下酸洗脱氧2-5分钟；e)漂洗：清洁自来水漂洗2-5分钟；f)磷酸阳极化：配置H3PO4溶液，含量为120-140g/L。在温度为25±5℃、直流电压为10±1V下反应20±1分钟；g)漂洗：清洁自来水漂洗2-5分钟；h)烘干：60℃下烘干15分钟。处理好的金属试片放于真空袋内保存，放置时间不宜过长，最好不超过24h。经表面处理后的试片不能赤手触摸。5)手动铺层制备纤维增强复合层板层间内聚力测试试样。佩戴一次性无尘手套制备试样件。裁剪预浸料要注意沿着纤维的方向，揭开预浸料表面的包装薄膜时不能破坏内部纤维或者树脂。按照示意图2进行精准铺贴，铺贴时应避免卷入气泡，铺贴厚度均匀一致。制备好的试样件放置于干净无尘的真空袋内，制备完成后5小时内使用。6)试验过程拉伸夹头上行，传感器荷重值先增大，后立刻较小，直至初步稳定时实验停止，即为层间“即将相对运动——稳定相对运动”的试验过程。7)对试样件叠层部分施加指定压力。制备出的试样件如图1所示放置于上压板4与下压板5之间。加压夹具放置于试验机的下压盘8上，加压杆1与试验机的上压盘9接触。试验机的上压盘9下行，压杆下压带动上下压板夹紧试样件，并逐渐压缩弹簧6。通过试验机传感器可控制对试样件施加到指定载荷并保持，通过拧紧两个紧固螺钉2恒定施加在试样件厚度方向的压力。8)如图3所示，对施加厚向压力试件进行拉伸剪切试验。将加压夹具与试样件一同夹紧在拉伸夹头10、11上，夹紧深度大于夹头长度的3/4。两个铝板之间放入金属垫片12，确保夹紧时板料不发生分层。拉伸夹头上行，带动中间金属板上行，层间逐渐产生相对相对运动。9)层间稳定相对运动后，试验机的拉伸载荷为中间铝板与两侧预浸料之间的相互作用力，即试验机测得剪切载荷为2倍层间相互作用力(忽略加压夹具的重量)。10)金属板厚度大于2mm，使金属板在拉伸期间不发生或少发生塑性变形；同时在拉伸剪切过程中，厚板能够使试样件上的加压夹具稳定悬挂，减小实验误差。11)厚向加压夹具设计的体积最小，且上下压板两侧的重量基本一致，确保悬挂拉伸过程夹头稳定。12)本专利技术可通过弹簧的压缩量来实现对层板厚度方向施加不同的载荷，从而获得不同压力载荷下层间相对运动测试结果。13)本专利技术在相对运动过程中可改变拉伸速度，从而获得不同的层间相对运动速度对测试结果的影响。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半固化纤维增强金属层板层间内聚力测试方法，其特征在于：所述的层间内聚力测试方法包括按顺序进行的下列步骤：/n1)设计并加工厚向加压夹具。/n2)利用线切割机对金属板下料，并用砂纸打磨去金属片边缘的毛刺。/n3)手动铺层制备纤维增强复合层板层间内聚力测试试样。/n4)制备出的试样件放置于上压板与下压板之间，加压夹具放置于试验机的下压盘上，加压杆与试验机的上压盘接触。/n5)试验机的上压盘下行，压杆下压带动上下压板夹紧试样件，并逐渐压缩弹簧。/n6)通过试验机传感器控制，对试样件施加到指定载荷并保持，通过拧紧两个紧固螺钉恒定施加在试样件厚度方向的压力。/n5)将加压夹具与试样件一同夹紧在拉伸夹头上，夹头以一定速度上行，带动金属板使层间发生相对运动，完成层间内聚力测试。/n

【技术特征摘要】
1.一种半固化纤维增强金属层板层间内聚力测试方法，其特征在于：所述的层间内聚力测试方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)设计并加工厚向加压夹具。
2)利用线切割机对金属板下料，并用砂纸打磨去金属片边缘的毛刺。
3)手动铺层制备纤维增强复合层板层间内聚力测试试样。
4)制备出的试样件放置于上压板与下压板之间，加压夹具放置于试验机的下压盘上，加压杆与试验机的上压盘接触。
5)试验机的上压盘下行，压杆下压带动上下压板夹紧试样件，并逐渐压缩弹簧。
6)通过试验机传感器控制，对试样件施加到指定载荷并保持，通过拧紧两个紧固螺钉恒定施加在试样件厚度方向的压力。
5)将加压夹具与试样件一同夹紧在拉伸夹头上，夹头以一定速度上行，带动金属板使层间发生相对运动，完成层间内聚力测试。


2.权利要求1所述的厚向加压夹具中上压板的下表面、下压板的上表面均与下固...

【专利技术属性】
技术研发人员：郎利辉，绳斯佳，张猛，肖毅，李世越，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11