一种碳/玄武岩混杂纤维纯钛金属层合板的制备方法

本发明涉及复合材料，尤其是涉及一种碳/玄武岩混杂纤维纯钛金属层合板的制备方法。

背景技术：

1、碳纤维金属层合板(carbon fibermetal laminates)是由金属和碳纤维在一定的温度和压力下制成的超混杂复合材料。因其高刚度和高强度、出色的抗疲劳和抗冲击性能，在航空航天、兵器等领域中有着重要应用价值。碳纤维复合材料具有质量轻，比强度高，耐高温等特点，但在抗冲击性能、残余强度等方面表现较差。与此同时，金属及合金材料具有高韧性和高结构完整性，在进行弹道性能实验测试中已被证明具有更大的能量吸收和抗渗透性能。通过将碳纤维复合材料和金属组合而成的纤维金属层合板可以同时兼顾金属和碳纤维复合材料的优点，在不同动荷载效应下拥有更高的抗冲击性能并有效的弥补二者的不足。然而，由于碳纤维有效破坏应变值较低，导致碳纤维金属层合板的缺口敏感度较高，使得整体结构韧性较低。同时由于碳纤维在与应用最为广泛的金属材料如铝，会发生电偶腐蚀的现象，这限制了碳纤维金属层合板在实际工程中的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种碳/玄武岩混杂纤维纯钛金属层合板的制备方法，向碳纤维复合层中掺入玄武岩纤维材料，提高整体延展性能，同时金属材料替换为纯钛金属板，使得在避免发生电偶腐蚀现象的同时增强层合板的动载抗冲击性能。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种碳/玄武岩混杂纤维纯钛金属层合板的制备方法，包括如下步骤：

3、(1)采用丙酮溶液对钛板进行脱脂处理，采用机械处理方式对纯钛金属表面进行打磨加工；

4、(2)向环氧树脂基体中加入固化剂并加热到72℃制备层合板基体；

5、(3)将碳纤维层、玄武岩纤维层、金属层与环氧树脂基体按照混杂方案进行层状铺设后置于硫化机中热压获得碳/玄武岩混杂纤维纯钛金属层合板。

6、优选的，所述步骤(1)中，钛板为纯钛ta3。

7、优选的，所述步骤(1)中，脱脂处理的过程为：将钛板置于托盘容器中，向容器中倒入丙酮溶液直至完全浸没钛板，持续时间15～20分钟，随后取出钛板进行清水冲洗并置于干燥箱中进行烘干；机械处理方式为：采用机械打磨的方式对钛板金属表面进行砂纸打磨，得到表面粗糙度合格的钛金属层。

8、优选的，所述步骤(2)中，环氧树脂基体包括环氧树脂和固化剂，所述环氧树脂和固化剂的质量比为100:26.8。

9、优选的，所述步骤(3)中，碳/玄武岩混杂纤维纯钛金属层合板的底层和顶层均为纯钛金属层，中间为纤维层，纤维层铺设层数为8层，按照不同混杂方案：8层碳纤维层、6层碳纤维层和2层玄武岩纤维层、4层碳纤维层和4层玄武岩纤维层、2层碳纤维层和6层玄武岩纤维层以及8层玄武岩纤维层进行制备。

10、优选的，在4层碳纤维层和4层玄武岩纤维层组的混杂方案的基础上进行四种不同顺序的堆叠。

11、优选的，所述步骤(3)中，热压前将铺设好的产品置于真空袋中，放置于硫化机的加热模板之间，在70℃下进行预热，同时进行1小时的抽真空。

12、优选的，所述步骤(3)中，热压的过程为：在120℃下热压3小时，然后在180℃下固化1小时。

13、一种根据上述制备方法得到的碳/玄武岩混杂纤维纯钛金属层合板。

14、本发明所述的一种碳/玄武岩混杂纤维纯钛金属层合板的制备方法的优点和积极效果是：

15、本发明通过往碳纤维复合材料层中引入高延展性的玄武岩纤维，大大提高了层合板的抗冲击性能，降低层合板脆性；使用钛板作为金属材料层避免了电偶腐蚀问题，进而拓宽了其应用范围，可实施到诸多领域。

16、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种碳/玄武岩混杂纤维纯钛金属层合板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种碳/玄武岩混杂纤维纯钛金属层合板的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，钛板为纯钛ta3。

3.根据权利要求1所述的一种碳/玄武岩混杂纤维纯钛金属层合板的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，脱脂处理的过程为：将钛板置于托盘容器中，向容器中倒入丙酮溶液直至完全浸没钛板，持续时间15～20分钟，随后取出钛板进行清水冲洗并置于干燥箱中进行烘干；机械处理方式为：采用机械打磨的方式对钛板金属表面进行砂纸打磨，得到表面粗糙度合格的钛金属层。

4.根据权利要求1所述的一种碳/玄武岩混杂纤维纯钛金属层合板的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，环氧树脂基体包括环氧树脂和固化剂，所述环氧树脂和固化剂的质量比为100:26.8。

5.根据权利要求1所述的一种碳/玄武岩混杂纤维纯钛金属层合板的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，碳/玄武岩混杂纤维纯钛金属层合板的底层和顶层均为纯钛金属层，中间为纤维层，纤维层铺设层数为8层，按照不同混杂方案：8层碳纤维层、6层碳纤维层和2层玄武岩纤维层、4层碳纤维层和4层玄武岩纤维层、2层碳纤维层和6层玄武岩纤维层以及8层玄武岩纤维层进行制备。

6.根据权利要求5所述的一种碳/玄武岩混杂纤维纯钛金属层合板的制备方法，其特征在于：在4层碳纤维层和4层玄武岩纤维层组的混杂方案的基础上进行四种不同顺序的堆叠。

7.根据权利要求1所述的一种碳/玄武岩混杂纤维纯钛金属层合板的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，热压前将铺设好的产品置于真空袋中，放置于硫化机的加热模板之间，在70℃下进行预热，同时进行1小时的抽真空。

8.根据权利要求1所述的一种碳/玄武岩混杂纤维纯钛金属层合板的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，热压的过程为：在120℃下热压3小时，然后在180℃下固化1小时。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述的制备方法得到的碳/玄武岩混杂纤维纯钛金属层合板。

技术总结本发明涉及复合材料技术领域，具体公开了一种碳/玄武岩混杂纤维纯钛金属层合板的制备方法，包括如下步骤：(1)采用丙酮溶液对钛板进行脱脂处理，采用机械处理方式对纯钛板金属表面进行打磨加工；(2)向环氧树脂基体中加入固化剂并加热到72℃制备层合板基体；(3)将碳纤维层、玄武岩纤维层、金属层与环氧树脂基体按照混杂方案进行层状铺设后置于硫化机中热压获得碳/玄武岩混杂纤维纯钛金属层合板。通过向碳纤维复合层中掺入玄武岩纤维材料，提高了整体延展性能，同时金属材料替换为纯钛金属板，使得在避免发生电偶腐蚀现象的同时增强层合板的动载抗冲击性能。技术研发人员：孙伟福,王煜受保护的技术使用者：北京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/4