一种热塑性超混杂复合材料层合板及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种热塑性超混杂复合材料层合板及其制备方法，层合板的制备材料包括铝合金板、玄武岩纤维增强热塑性树脂复合材料和胶膜，其中铝合金板置于玄武岩纤维增强热塑性树脂复合材料的上下表面，胶膜置于铝合金板和玄武岩纤维增强热塑性树脂复合材料之间。层合板的制备方法，包括：1、铝合金板表面处理；2、玄武岩纤维增强热塑性树脂预浸料的制备；3、预浸料铺层；4、超混杂复合材料的制备。本发明专利技术既可达到质轻高强的要求，又能满足汽车要求的高表面质量；同时，使用热塑性树脂作为基体，可回收循环使用，大幅提高生产效率，使用的纤维价格低廉，降低制造成本。本发明专利技术主要用于汽车外覆盖件，同时在高铁、城铁等领域也具有广阔的用途。

【技术实现步骤摘要】
一种热塑性超混杂复合材料层合板及其制备方法
本专利技术涉及一种热塑性超混杂复合材料层合板及其制备方法，具体说是一种连续玄武岩纤维增强热塑性树脂复合材料与铝合金复合制备超混杂复合材料的方法。
技术介绍
玄武岩纤维是将火山喷出岩经过高温熔融后，通过拉丝处理而得到的一种纤维，因其良好的力学性能、耐候性及环保性，和碳纤维、芳纶纤维及超高分子量聚乙烯纤维并称四大高技术纤维。目前玄武岩纤维增强树脂基复合材料已经广泛地应用于国防、建筑及交通领域。在交通领域，使用该类复合材料还存在诸多问题，例如汽车外用覆盖件使用复合材料后，随着使用时间的增加，表层树脂基体受紫外线影响，会出现表面光洁度变差等问题。此外纤维增强树脂基复合材料表面上漆难，难以满足汽车覆盖件要求的高表面质量(A级表面)。若将玄武岩纤维复合材料与铝合金结合，铝合金置于外表面，制备成玄武岩纤维复合材料/铝合金的超混杂复合材料层合板，既可以达到质轻高强的要求，又能满足汽车要求的高表面质量；同时，使用热塑性树脂作为基体，制备的玄武岩纤维/热塑性树脂/铝合金超混杂复合材料，可以采用金属零部件常用的冲压成型、模压成型工艺生产制品，大幅提高生产效率，降低制造成本。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种连续玄武岩纤维增强热塑性树脂复合材料/铝合金超混杂复合材料层合板及其制备方法，兼顾玄武岩纤维增强树脂基复合材料和铝合金的优点，克服传统的热固性超混杂复合材料制造成本高、成形周期长的问题。本专利技术的超混杂复合材料层合板具有良好的界面粘接性能和力学性能，可以实现玄武岩纤维/热塑性树脂/铝合金三者的协同变形，并且可以使用连续冲压或者模压工艺生产零部件，使用这种超混杂复合材料板制备的零部件具有良好的力学性能。为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种热塑性超混杂复合材料层合板，包括铝合金板1、玄武岩纤维增强热塑性树脂复合材料3及胶膜2。铝合金板1置于玄武岩纤维增强热塑性树脂复合材料3的上下表面，胶膜2置于铝合金板1和玄武岩纤维增强热塑性树脂复合材料3之间。所述铝合金板1是厚度为0.1～0.5mm的2系列、5系列和6系列中的一种，并经过热处理、表面等离子处理或机械打磨处理、硅烷偶联剂化学处理。所述胶膜2为热熔胶膜或结构胶。所述热熔胶膜为聚烯烃类热熔胶薄膜或者同类型热塑性树脂压制的薄膜。所述结构胶主要为丙烯酸酯类结构胶。所述玄武岩纤维增强热塑性树脂复合材料3是按照铺层设计对玄武岩纤维增强热塑性树脂预浸料进行叠加铺层得到的。一种热塑性超混杂复合材料层合板的制备方法，包括下列步骤：第一步：铝合金板表面处理在50份重量的去离子水中，加入40～50份重量的无水乙醇，然后称取0～10份的偶联剂，并在16～25℃的温度下搅拌均匀制得溶液。将裁剪好的铝合金板完全浸泡在溶液中，并在16～25℃的温度下放置12～36h取出，并放入烘箱中，在80～160℃下烘干0.5～2h。所述的偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)中的一种或多种的组合物。所述的裁剪好的铝合金是指经过表面等离子处理或机械打磨处理的铝合金。第二步：玄武岩纤维增强热塑性树脂预浸料的制备称取一定量的热塑性树脂粒料，倒入上料箱，并通过真空送料机运送至螺杆挤出机的料斗，打开料斗底部的下料阀，热塑性树脂粒料进入螺杆挤出机。将连续的玄武岩纤维放在张力纱架上，然后通过纱锭张力调节、纱线毛刺断纱检查、穿纱顺序检查、调整纱束走向、纱束牵引、展纱等程序，使纱束连续走纱，直至模头处纱束均匀展平，打开主控台控制螺杆挤出机，按照设定频率挤出热塑性树脂，然后通过复合压平、定型、废边切除和收卷等程序，制备玄武岩纤维增强热塑性树脂预浸料。所述的热塑性树脂粒料为经过阻燃改性、抗冲击改性、界面改性的聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)、聚氨酯(PU)中的一种。所述的玄武岩纤维为经过特定浸润剂改性的线密度在100～2400tex范围内的连续长纤维。所述特定浸润剂为聚丙烯接枝马来酸酐、聚乙烯接枝马来酸酐、聚酰胺接枝马来酸酐或聚氨酯接枝马来酸酐。所述的螺杆挤出机挤出时所设定的温度在150～350℃。所述的模头温度设定在150～300℃。所述的展纱后对连续玄武岩纤维纱束的牵引速度为3～5m/s。所述的制备好的玄武岩纤维增强热塑性树脂预浸料为单向的，宽幅为300mm～1000mm，厚度为0.2～0.5mm，其中玄武岩纤维的质量分数为40～70wt％。第三步：预浸料铺层按照实际使用要求，将第二步得到的玄武岩纤维增强热塑性树脂预浸料裁剪为一定形状，然后对玄武岩纤维增强热塑性树脂预浸料按照设计角度和层数进行叠加铺层，以待使用。所述设计角度可以是在0～90°之间的任意角度。第四步：超混杂复合材料的制备将第一步中经过表面处理、烘干得到的铝合金板裁剪为与第三步中玄武岩纤维增强热塑性树脂预浸料同样的形状和大小，并在铝合金板经过表面处理的一面加入胶膜或者涂覆胶液，然后贴放在第三步叠加铺层好的玄武岩纤维增强热塑性树脂预浸料的上下两个表面，然后使用一定的方法将整体一并固定。最后将整体固定好的材料通过成型设备在一定的压力和温度下经过一定的时间成型，得到热塑性超混杂复合材料层合板。所述一定的方法为点焊或使用透明胶将边缘固定。所述压力为1～3MPa。所述温度为室温～350℃。所述一定的时间为2～5min。成型的工艺可以是连续的辊压、冲压、模压和真空袋压中的一种。本专利技术的有益效果：本专利技术将玄武岩纤维复合材料与铝合金结合，铝合金置于外表面，制备成玄武岩纤维复合材料/铝合金的超混杂复合材料层合板，既可以达到质轻高强的要求，又能满足汽车要求的高表面质量；同时，使用热塑性树脂作为基体，可回收循环使用，制备的玄武岩纤维增强热塑性树脂复合材料/铝合金超混杂复合材料，可以采用金属零部件常用的冲压成型、模压成型工艺生产制品，大幅度提高生产效率，使用的纤维价格低廉，降低制造成本。本专利技术主要用于汽车外覆盖件，同时在高铁、城铁等领域也具有广阔的用途。附图说明本专利技术有如下附图：图1是本专利技术超混杂复合材料层合板的结构示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术是一种玄武岩纤维增强热塑性树脂复合材料/铝合金超混杂复合材料层合板及其制备方法，其原理是最外层使用了成形性好、易实现高表面质量的铝合金薄板，中间层使用了高强的连续玄武岩纤维增强热塑性树脂复合材料作为夹芯层，铝合金板与中间的夹芯复合材料之间会加入一层胶膜或其他形式的结构胶以增加界面粘结强度，如图1是本专利技术中超混杂复合材料层合板的结构示意图。一种热塑性超混杂复合材料层合板，包括铝合金板1、玄武岩纤维增强热塑性树脂复合材料3及胶膜2。铝合金板1置于玄武岩纤维增强热塑性树脂复合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热塑性超混杂复合材料层合板，其特征在于，包括：铝合金板、玄武岩纤维增强热塑性树脂复合材料及胶膜；铝合金板置于玄武岩纤维增强热塑性树脂复合材料的上下表面，胶膜置于铝合金板和玄武岩纤维增强热塑性树脂复合材料之间；所述玄武岩纤维增强热塑性树脂复合材料是按照铺层设计对玄武岩纤维增强热塑性树脂预浸料进行叠加铺层得到的。/n

【技术特征摘要】
1.一种热塑性超混杂复合材料层合板，其特征在于，包括：铝合金板、玄武岩纤维增强热塑性树脂复合材料及胶膜；铝合金板置于玄武岩纤维增强热塑性树脂复合材料的上下表面，胶膜置于铝合金板和玄武岩纤维增强热塑性树脂复合材料之间；所述玄武岩纤维增强热塑性树脂复合材料是按照铺层设计对玄武岩纤维增强热塑性树脂预浸料进行叠加铺层得到的。


2.如权利要求1所述的热塑性超混杂复合材料层合板，其特征在于：所述铝合金板是厚度为0.1～0.5mm的2系列、5系列和6系列中的一种，并经过热处理、表面等离子处理或机械打磨处理、硅烷偶联剂化学处理。


3.如权利要求1所述的热塑性超混杂复合材料层合板，其特征在于：所述胶膜为热熔胶膜或结构胶；所述热熔胶膜为聚烯烃类热熔胶薄膜；所述结构胶为丙烯酸酯类结构胶。


4.一种如权利要求1-3任一所述热塑性超混杂复合材料层合板的制备方法,其特征在于,包括如下步骤：
第一步：铝合金板表面处理
在50份重量的去离子水中，加入40～50份重量的无水乙醇，然后称取0～10份的偶联剂，并在16～25℃的温度下搅拌均匀制得溶液；
将裁剪好的铝合金板完全浸泡在溶液中，并在16～25℃的温度下放置12～36h取出，并放入烘箱中，在80～160℃下烘干0.5～2h；
第二步：玄武岩纤维增强热塑性树脂预浸料的制备
称取一定量的热塑性树脂粒料，倒入上料箱，并通过真空送料机运送至螺杆挤出机的料斗，打开料斗底部的下料阀，热塑性树脂粒料进入螺杆挤出机；将连续的玄武岩纤维放在张力纱架上，然后通过纱锭张力调节、纱线毛刺断纱检查、穿纱顺序检查、调整纱束走向、纱束牵引、展纱的程序，使纱束连续走纱，直至模头处纱束均匀展平，打开主控台控制螺杆挤出机按照设定频率挤出热塑性树脂，然后通过复合压平、定型、废边切除和收卷的程序，制备玄武岩纤维增强热塑性树脂预浸料；
第三步：预浸料铺层
按照实际使用要求，将第二步得到的玄武岩纤维增强热塑性树脂预浸料裁剪为一定形状，然后对玄武岩纤维增强热塑性树脂预浸料按照设计角度和层数进行叠加铺层，以待使用；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾晶晶，杨文涛，曾凡，张佐光，顾轶卓，
申请(专利权)人：北京协同创新研究院，义乌协同创新研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11