一种不锈钢/碳纤维/不锈钢层合板辊压工艺

本发明属于轻量化复合材料成形领域，具体涉及一种不锈钢/碳纤维/不锈钢层合板辊压工艺。

背景技术：

随着在航空航天和汽车等结构领域轻量化的需求，对零件整体性能的要求越来越高。不锈钢/碳纤维/不锈钢层合板是一种新型的复合材料，完美结合了不锈钢和碳纤维增强复合材料的优点，具有比强度高、比模量高、损伤容限好、疲劳性能好、耐腐蚀以及减重等特点。

传统工艺一般采用热压成形制备不锈钢/碳纤维/不锈钢层合板，在进行热压时，需要对不锈钢板和纤维增强层进行铺层和定位，并对不锈钢板和纤维增强层进行夹紧，随后加热模具进行模压，最后还要经过一个较长的保温时间。该工艺的生产周期很高，难以实现快速制备不锈钢/碳纤维/不锈钢层合板，且由于设备长度限制，无法实现不锈钢/碳纤维/不锈钢层合板成卷制备。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种不锈钢/碳纤维/不锈钢层合板辊压工艺。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种不锈钢/碳纤维/不锈钢层合板辊压工艺，包括以下步骤：

s1、准备待复合的不锈钢带和碳纤维预浸带；

s2、对不锈钢带的复合面进行毛化处理；

s3、将毛化后的不锈钢带进行预压表面处理；

s4、将表面处理后的不锈钢带和碳纤维预浸带分别进行加热；

s5、将加热后的两张不锈钢带通过导向辊导向碳纤维预浸带的上下两面，并进行辊压；

s6、将辊压后的不锈钢/碳纤维/不锈钢层合板进行风冷处理；

s7、将风冷处理后的不锈钢/碳纤维/不锈钢层合板收卷剪切。

进一步，所述步骤s1中，所述待复合的不锈钢带为厚0.02mm～1mm的不锈钢卷带，所述待复合的碳纤维预浸带为0.1mm～1mm连续碳纤维增强热塑性预浸带。选取较薄的不锈钢带和碳纤维预浸带可以实现不锈钢/碳纤维/不锈钢层合板成卷制备；选择热塑性树脂作为碳纤维增强基体，免去了热固性树脂基体固化所需的较长的保温时间，使快速制备不锈钢/碳纤维/不锈钢层合板成为可能。

再进一步，所述步骤s2中，对不锈钢带进行毛化处理的具体操作为：将不锈钢带的复合面用砂纸进行均匀地摩擦毛化，所述毛化的深度为0.1μm～20μm。使用砂纸打磨不锈钢可以去除在不锈钢表面的氧化物与杂质，提高不锈钢表面粗糙度，形成大量微米深的沟壑，这些微观沟壑有益于树脂渗入不锈钢基体内形成机械咬合结构，提高黏结性能。

更进一步，所述步骤s3中，将毛化后的不锈钢带进行预压表面处理的具体操作为：所述不锈钢带通过花纹辊和光辊组成的辊组进行预压，所述花纹辊放置在不锈钢带毛化处理后的一面，所述光辊放置不锈钢带的另一面，所述花纹辊和光辊的直径和线速度均相同。花纹辊压制的花纹增加了不锈钢与预浸带树脂的有效接触面积，更利于不锈钢带与连续碳纤维增强热塑性预浸带的结合，提高了界面黏接的机械咬合作用，增强了界面的结合强度，使层合板的强度和韧性得到提高。

更进一步，所述步骤s4中，将不锈钢带通过感应加热装置加热，加热温度为碳纤维预浸带树脂的熔融温度以上10℃～20℃。在不锈钢带加热至温度略高于预浸带树脂熔融温度后，可以使不锈钢带在夹送碳纤维预浸带至热压辊辊压的过程中将树脂迅速加热至熔融温度，使得树脂在两层不锈钢带间熔化。此外，不锈钢带的加热温度要控制在高于树脂熔融温度10℃～20℃的范围内，使得其能够在加热预浸带树脂迅速到达熔融温度的同时还不会产生较大的残余热应力。

更进一步，所述步骤s4中，将碳纤维预浸带通过电阻丝加热装置加热，加热温度为碳纤维预浸带的树脂的熔融温度以下5℃～15℃。碳纤维预浸带加热至略低于树脂的熔融温度，可以使其在经不锈钢带夹送时达到树脂熔融温度，减少树脂流失，并且碳纤维预浸带的加热温度要控制在低于树脂熔融温度5℃～15℃的范围内，使得其能够被不锈钢带快速加热至熔融温度。

更进一步，所述步骤s5中，所述两张不锈钢带通过导向辊导向碳纤维预浸带的上下两面后，再通过夹送辊送入热压辊进行辊压，所述热压辊通过电磁感应加热装置进行加热，所述热压辊加热的温度为碳纤维预浸带树脂的熔融温度，热压辊的转速为5r/min～10r/min，压力为0.1mpa～3mpa。热压辊辊压制备不锈钢/碳纤维/不锈钢层合板可以使固化、成形一步完成，大大提高了生产效率。热压辊加热至树脂基体熔融温度，可以进一步加热碳纤维预浸带和不锈钢带，使热塑性树脂熔融。热压辊辊压速度要控制在5r/min～10r/min范围内，速度过慢会导致树脂失去流动性难以加工成型。在热压辊压力为0.1mpa～3mpa的作用下树脂流动浸润纤维，同时浸入不锈钢表面沟壑和花纹中与不锈钢表面相互浸润，压实了层间孔隙，提高了界面结合性能。

更进一步，所述步骤s6中，将辊压后的不锈钢/碳纤维/不锈钢层合板进行风冷处理的具体操作为：将不锈钢/碳纤维/不锈钢层合板通过风冷装置风冷，风冷至树脂基体凝固。热塑性树脂基体具有加热软化，冷却硬化的特性，并且在此过程中不发生化学反应。通过风冷装置及时地冷却并且保持一个较高的冷却速率，可以提高树脂的固化速度，加快不锈钢/碳纤维/不锈钢层合板的成型。

更进一步，将制备的不锈钢/碳纤维/不锈钢层合板成品采用收卷装置收卷，待收卷到合适的长度采用剪切装置剪切。

更进一步，本工艺还适用于不锈钢/碳纤维/不锈钢/碳纤维/不锈钢层合板的制备。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明采用砂纸打磨和花纹辊压花对不锈钢带进行表面处理，增加了不锈钢表面粗糙度以及不锈钢与树脂的接触面积，使得不锈钢与纤维增强树脂层之间的界面粘接强度大幅度提高；

2、本发明对碳纤维预浸带和不锈钢带分别加热后共固化成形，缩短了生产时间，降低了制造成本，提高了生产效率；

3、本发明设置了收卷装置与剪切装置，实现了不锈钢/碳纤维/不锈钢层合板成卷制备；

4、本发明结构简单、操作方便，制造成本低、生产效率高，可实现大规模批量生产。

附图说明

图1为本发明的辊压工艺流程图；

图2为本发明中花纹辊的结构示意图；

图3为本发明中热压辊的结构示意图；

图4为本发明制备出的不锈钢/碳纤维/不锈钢层合板的结构示意图；

图中：1-不锈钢带；2-碳纤维预浸带；3-砂纸；4-光辊；5-花纹辊；6-感应加热装置；7-电阻丝加热装置；8-导向辊；9-夹送辊；10-电磁感应加热装置；11-热压辊；12-风冷装置；13-剪切装置；14-收卷装置；15-不锈钢；16-碳纤维增强热塑性树脂基复合材料；17-经砂纸打磨和花纹辊压花后的不锈钢表面。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

准备材料：不锈钢带、碳纤维预浸带；

具体如下：304不锈钢带，单层厚0.02mm；连续碳纤维增强尼龙-6预浸带，单层厚度0.25mm(尼龙-6的熔融温度为220℃)。

一种不锈钢/碳纤维/不锈钢层合板辊压工艺，包括以下步骤：

s1、准备0.02mm的304不锈钢带1和0.25mm的连续碳纤维增强尼龙-6预浸带2；

s2、将304不锈钢带1的复合面用砂纸3进行均匀地摩擦毛化，所述毛化的深度为1μm；

s3、将毛化后的304不锈钢带1通过花纹辊5和光辊4组成的辊组进行预压，所述花纹辊5放置在304不锈钢带1毛化处理后的一面，所述光辊4放置304不锈钢带1的另一面，所述花纹辊5和光辊4的直径和线速度均相同；

s4、将表面处理后的304不锈钢带1通过感应加热装置6加热到230℃；将连续碳纤维增强尼龙-6预浸带2通过电阻丝加热装置7加热到210℃；

s5、将加热后的两张304不锈钢带1通过导向辊8导向连续碳纤维增强尼龙-6预浸带2的上下两面，再通过夹送辊9送入热压辊11进行辊压制备成层合板，所述热压辊11通过电磁感应加热装置10进行加热，所述热压辊11加热的温度为220℃，热压辊11的转速为10r/min，压力为0.2mpa；

s6、将辊压后的不锈钢/碳纤维/不锈钢层合板通过风冷装置12风冷，风冷至树脂基体凝固；

s7、将风冷处理后的不锈钢/碳纤维/不锈钢层合板成品采用收卷装置14收卷，待收卷到50m时采用剪切装置13剪切。

实验表明：在连续碳纤维增强尼龙-6预浸带2加热至温度210℃和不锈钢带1加热至230℃时，在不锈钢带1夹送连续碳纤维增强尼龙-6预浸带2至热压辊11间的过程中，连续碳纤维增强尼龙-6预浸带2树脂基体达到树脂熔点并完全熔化，在到达热压辊11时，在热压辊11压力作用下实现碳纤维、尼龙-6、不锈钢间的完全熔合，熔合后的铺层经风冷后完成冷却固结，形成不锈钢/碳纤维/不锈钢层合板。在辊压过程中试件不易分层，连续碳纤维增强尼龙-6与经过砂纸打磨和花纹辊压花后的不锈钢带界面之间的粘接强度达到传统工艺的粘接强度，不锈钢/碳纤维/不锈钢层合板整体质量稳定。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。