一种金属空心球格栅结构夹层板的制备方法与流程

本发明属于建材技术领域，特别涉及一种夹层板。

背景技术：

随着科学技术的发展，工程中对于超轻多孔功能材料的需求越来越多。近年来，超轻多孔金属材料因为具有密度小、高比强度和比刚度、吸能能力强等优点，而受到诸多研究者的关注。目前，泡沫铝、蜂窝材料、点阵栅格夹层材料等等已经在交通、航空、建筑等领域得以应用。但是，以上各种材料也都暴露出一些缺点，比如，蜂窝材料的各向力学性能差异大，泡沫铝材料则因孔隙不均匀导致力学性能不均匀等等。金属空心球结构是近年来发展起来的一种新型超轻多孔金属材料，由于每个空心球的大小和质地比较均匀，力学性能稳定，又由于球壁很薄，整体材料包含球体内部空腔和球与球之间的孔隙，其孔隙率非常高，质量很轻，从而成为一种良好应对碰撞、冲击和爆炸的防护材料，在交通运输、汽车制造、建筑、机械工程及航空航天等领域具有十分广阔的应用前景。

《热加工工艺》2012年第18期，《金属空心球的研究进展》一文中提到，可将金属空心球进行烧结或焊接等方法连接，使得球与球之间形成足够强度的烧结颈，从而获得金属泡沫块体材料。该文提供的是金属空心球芯材的烧结制备方法，并未提出如何制备夹层板。

国家知识产权局于2016年1月6日公开的“一种金属空心球结构夹层板的制备方法”的发明专利(公开号：cn103921494b)提出了一种采用将金属空心球块体作为夹心材料，再制备成夹层板的方法。该方法制备的夹层板质量轻，冲击吸能特性好。但由于烧结金属空心球芯材时，难以按要求排列金属空心球，导致烧结的金属空心球芯材中空心球随机排列，力学性能不均匀。另外，当夹层板在受撞击载荷作用时，金属空心球芯材容易散塌，导致夹层板失去承载效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供了一种制备方法简单、产品整体结构稳定性好、质量轻、比强度和比刚度高、力学性能均匀、冲击吸能特性强的金属空心球格栅结构夹层板的制备方法。

本发明的金属空心球格栅结构夹层板，其包括上面板、下面板、金属空心球、格栅结构、环氧树脂胶层；所述金属空心球堆积于格栅结构的孔隙中，通过环氧树脂胶粘结，金属空心球具有一层或多层的堆积形式；上面板和下面板通过环氧树脂胶层与金属空心球格栅结构芯材连接。

上述金属空心球格栅结构夹层板的制备方法，包括以下步骤：

(1)将金属空心球进行酸液和碱液脱脂处理，去除表面污垢，用清水冲洗干净，再使用添加有2％体积分数硅烷偶联剂的无水乙醇进行清洗处理，烘干后备用；所述金属空心球为铝、铝合金或不锈钢制成的薄壁空心球，球体外径为5mm～30mm；

(2)将上面板、下面板及格栅清洗去除油污和锈迹，对上面板和下面板的连接面进行机械打磨，并且使用添加有2％体积分数硅烷偶联剂的无水乙醇对上面板和下面板进行清洗处理，以增强胶接强度；所述上面板和下面板为铝板、铝合金板、钛合金板或不锈钢板；

(3)将环氧树脂与固化剂按体积比1:1混合调匀，制备成环氧树脂胶，将环氧树脂胶涂抹在下面板的连接面上，厚度为0.5mm，将格栅设置在下面板上，再将环氧树脂和固化剂分别在85℃水浴锅里加热，待达到流动良好时，按照体积比1:1配置混合调匀得到环氧树脂胶流体，将步骤(1)处理好的金属空心球在环氧树脂胶流体中搅拌，使得金属空心球表面粘附一层环氧树脂胶后捞出，将表层粘附有环氧树脂胶的金属空心球堆放于各格栅中间，用夹具夹紧，置于温度40℃～70℃条件下，使得环氧树脂胶缓慢流动，在金属空心球与金属空心球的接触处、金属空心球与格栅的接触处形成胶瘤形貌后，再置于80℃环境下固化2小时，拆卸夹具，下面板与金属空心球格栅结构芯材粘接完成，得金属空心球格栅结构夹层板的半成品；

所述的格栅为铝、铝合金或其它金属材料制成，格栅内的格子的内径大于金属空心球的外径；

(4)将环氧树脂胶涂抹在另一块面板的连接面上，厚度为1mm，再将步骤(3)制备好的半成品翻面，贴合于面板的连接面上，用夹具夹紧，置于温度40℃～70℃条件下，使得环氧树脂胶缓慢流动，在金属空心球与金属空心球的接触处、金属空心球与格栅的接触处形成胶瘤形貌后，再置于80℃环境下固化2小时。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、制备工艺简单，成本低，可操作性强。

2、金属空心球可按需要设计堆积层数，可选择不同材质、不同尺寸的金属空心球制备不同力学性能的材料，其可设计性强。

3、采用金属空心球和格栅制备的金属空心球格栅结构夹层板可保持整体结构稳定性，且具备轻质，高比强度和比刚度，力学性能均匀，冲击吸能特性强等优点。

4、相对于烧结的金属空心球芯材，可大大的增强整体结构的稳定性，使得夹层板在受压和冲击过程中，金属空心球格栅结构芯材不散塌，从而充分发挥金属空心球的吸能特点，提高夹层板的承载能力，使得夹层板吸能率明显提高。

5、金属空心球之间、空心球与格栅之间以及芯材与面板之间均为胶结形式，可有效减少连接处的残余应力，提高连接部位的阻尼性能和抗腐蚀性能，在交通运输、汽车制造、建筑、机械工程及航空航天等领域具有十分广阔的应用前景。

附图说明：

图1是本发明的金属空心球格栅结构夹层板的剖视示意图。

图2是本发明的格栅的格子为四边形的示意简图。

图3是本发明的格栅的格子为六边形的示意简图。

图中：1-金属空心球、2-格栅、3-环氧树脂胶层、4-环氧树脂胶层、5-上面板、6-下面板。

具体实施方式

实施例1

将外径为5mm，壁厚为0.05mm的不锈钢空心球1用低浓度hcl酸液和低浓度naoh碱液清洗，再用清水冲洗干净，烘干后使用添加有2％体积分数硅烷偶联剂的无水乙醇溶液进行清洗，烘干后备用。

将厚度为0.3mm的铝合金上面板5、下面板6以及壁厚为0.1mm、正方形格子内边长为6mm的铝合金格栅2清洗去除油污和锈迹，再对金属面板与金属空心球的连接面进行机械打磨后使用添加有2％体积分数硅烷偶联剂的无水乙醇进行清洗处理，以增强胶接强度。

将环氧树脂与固化剂按体积比1:1混合调匀，制备成环氧树脂胶，将其涂抹在下面板经处理的那一面上，厚度为0.5mm，形成环氧树脂胶层4，将上述经过处理的格栅贴合于下面板6上的环氧树脂胶层上，再将环氧树脂和固化剂分别在85℃水浴锅里加热，待达到流动良好时，按照体积比1:1配置混合调匀得到环氧树脂胶流体，将上述处理好的金属空心球在环氧树脂胶流体中搅拌，使得金属空心球表面粘附一层环氧树脂胶后捞出，将其堆放于各格栅格子中间，用夹具夹紧，置于温度40℃条件下，使得环氧树脂胶缓慢流动，在金属空心球与金属空心球的接触处、金属空心球与格栅的接触处形成胶瘤形貌后，再置于80℃环境下固化2小时，拆卸夹具，下面板与金属空心球格栅结构芯材粘接完成，得到金属空心球格栅结构夹层板的半成品。

在上面板经处理的那一面上，涂抹厚度为1mm的环氧树脂胶，形成环氧树脂胶层3，将上述得到的金属空心球格栅结构夹层板半成品翻面，贴合于环氧树脂胶层上，用夹具夹紧，置于温度40℃条件下，使得环氧树脂胶缓慢流动，在金属空心球与金属空心球的接触处、金属空心球与格栅的接触处形成胶瘤形貌后，再置于80℃环境下固化2小时，拆卸夹具，即得到金属空心球格栅结构夹层板，如图1和图2所示。

实施例2：

将外径为20mm，壁厚为0.1mm的不锈钢空心球用低浓度hcl酸液和低浓度naoh碱液清洗，再用清水冲洗干净，烘干后使用添加有2％体积分数硅烷偶联剂的无水乙醇溶液进行清洗，烘干后备用。

将厚度为0.2mm的不锈钢面板，以及壁厚为0.1mm、正方形格子边长为21mm的不锈钢格栅清洗去除油污和锈迹，再对面板与金属空心球的连接面进行机械打磨后使用添加有2％体积分数硅烷偶联剂的无水乙醇进行清洗处理，以增强胶接强度。

将环氧树脂与固化剂按体积比1:1混合调匀，制备成环氧树脂胶，将其涂抹在下面板经处理的那一面上，厚度为0.5mm，形成环氧树脂胶层，将上述经过处理的格栅贴合于下面板上的环氧树脂胶层上，再将环氧树脂和固化剂分别在85℃水浴锅里加热，待达到流动良好时，按照体积比1:1配置混合调匀得到环氧树脂胶流体，将上述处理好的金属空心球在环氧树脂胶流体中搅拌，使得金属空心球表面粘附一层环氧树脂胶后捞出，将表层粘附有环氧树脂胶的金属空心球堆放于各格栅中间，用夹具夹紧，置于温度50℃条件下，使得环氧树脂胶缓慢流动，在金属空心球与金属空心球的接触处、金属空心球与格栅的接触处形成胶瘤形貌后，再置于80℃环境下固化2小时，拆卸夹具，下面板与金属空心球格栅结构芯材粘接完成，得到金属空心球格栅结构夹层板的半成品。

在另一块不锈钢面板经处理的那一面上，涂抹厚度为1mm的环氧树脂胶，形成图中环氧树脂胶层，将上述得到的金属空心球格栅结构夹层板半成品翻面，贴合于环氧树脂胶层上，用夹具夹紧，置于温度50℃条件下，使得环氧树脂胶缓慢流动，在金属空心球与金属空心球的接触处、金属空心球与格栅的接触处形成胶瘤形貌后，再置于80℃环境下固化2小时，拆卸夹具，即得到金属空心球格栅结构夹层板。

实施例3：

将外径为20mm，壁厚为0.1mm的不锈钢空心球用低浓度hcl酸液和低浓度naoh碱液清洗，再用清水冲洗干净，烘干后使用添加有2％体积分数硅烷偶联剂的无水乙醇溶液进行清洗，烘干后备用。

将厚度为0.3mm的铝制面板以及壁厚为0.1mm、正六边形格子内边长为12mm的蜂窝铝格栅清洗去除油污和锈迹，再对面板与金属空心球的连接面进行机械打磨后使用添加有2％体积分数硅烷偶联剂的无水乙醇进行清洗处理，以增强胶接强度。

将环氧树脂与固化剂按体积比1:1混合调匀，制备成环氧树脂胶，将其涂抹在下面板经处理的那一面上，厚度为0.5mm，形成环氧树脂胶层，将上述经过处理的格栅贴合于下面板上的环氧树脂胶层上，再将环氧树脂和固化剂分别在85℃水浴锅里加热，待达到流动良好时，按照体积比1:1配置混合调匀得到环氧树脂胶流体，将上述处理好的金属空心球在环氧树脂流体中搅拌，使得金属空心球表面粘附一层环氧树脂后捞出，将表层粘附有环氧树脂的金属空心球堆放于各格栅中间，用夹具夹紧，置于温度60℃条件下，使得环氧树脂胶缓慢流动，在金属空心球与金属空心球的接触处、金属空心球与格栅的接触处形成胶瘤形貌后，再置于80℃环境下固化2小时，拆卸夹具，下面板与金属空心球格栅结构芯材粘接完成，得到金属空心球格栅结构夹层板的半成品。

在另一块铝制面板经处理的那一面上，涂抹厚度为1mm的环氧树脂胶，形成环氧树脂胶层，将上述得到的金属空心球格栅结构夹层板半成品翻面，贴合于环氧树脂胶层上，用夹具夹紧，置于温度60℃条件下，使得环氧树脂胶缓慢流动，在金属空心球与金属空心球的接触处、金属空心球与格栅的接触处形成胶瘤形貌后，再置于80℃环境下固化2小时，拆卸夹具，即得到金属空心球格栅结构夹层板，如图3所示。

实施例4：

将外径为10mm，壁厚为0.05mm的铝合金空心球用低浓度hcl酸液和低浓度naoh碱液清洗，再用清水冲洗干净，烘干后使用添加有2％体积分数硅烷偶联剂的无水乙醇溶液进行清洗，烘干后备用。

将厚度为0.3mm的铝合金面板以及壁厚为0.1mm、正六边形孔隙内边长为6mm的蜂窝铝格栅清洗去除油污和锈迹，再对面板与金属空心球的连接面进行机械打磨后使用添加有2％体积分数硅烷偶联剂的无水乙醇进行清洗处理，以增强胶接强度。

将环氧树脂与固化剂按体积比1:1混合调匀，制备成环氧树脂胶，将其涂抹在下面板经处理的那一面上，厚度为0.5mm，形成环氧树脂胶层4，将上述经过处理的格栅贴合于下面板6上的环氧树脂胶层上，再将环氧树脂和固化剂分别在85℃水浴锅里加热，待达到流动良好时，按照体积比1:1配置混合调匀得到环氧树脂胶流体，将上述处理好的金属空心球在环氧树脂流体中搅拌，使得金属空心球表面粘附一层环氧树脂胶后捞出，将表层粘附有环氧树脂胶的金属空心球堆放于各格栅中间，用夹具夹紧，置于温度70℃条件下，使得环氧树脂胶缓慢流动，在金属空心球与金属空心球的接触处、金属空心球与格栅的接触处形成胶瘤形貌后，再置于80℃环境下固化2小时，拆卸夹具，下面板与金属空心球格栅结构芯材粘接完成，得到金属空心球格栅结构夹层板的半成品。

在另一块铝合金面板经处理的那一面上，涂抹厚度为1mm的环氧树脂胶，形成图中环氧树脂胶层，将上述得到的金属空心球格栅结构夹层板半成品翻面，贴合于环氧树脂胶层上，用夹具夹紧，置于温度70℃条件下，使得环氧树脂胶缓慢流动，在金属空心球与金属空心球的接触处、金属空心球与格栅的接触处形成胶瘤形貌后，再置于80℃环境下固化2小时，拆卸夹具，即得到金属空心球格栅结构夹层板。