一种纤维金属层合板及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于纤维金属层合结构复合材料制造技术领域，尤其是设及一种纤维金属 层合板及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 侣合金材料具有较低密度和较高的强度和抗冲击性能，并且具有良好的可加工性 成本也较为低廉。因此自从二十世纪Ξ十年代初就被广泛应用于航空航天领域。然而侣 合金材料具有一些局限性例如较低的疲劳寿命和抗腐蚀性能限制了其进一步的应用价值。 而二十世纪四五十年代发明的玻璃纤维和碳纤维复合材料具有很高的比强度和比刚度，并 且具有良好的疲劳特性和耐腐蚀性，然而运种层叠复合材料面外横向强度和抗冲击性能较 差，并且层间结合面容易产生脱层。为了同时克服侣合金材料和纤维复合材料存在的一些 缺点，在二十世纪屯十年代末，由荷兰代尔夫特理工大学研制出了金属材料与纤维复合的 纤维金属层合板材料，即纤维金属层合板。 W03] 纤维金属层合板是一类新型的混杂增强结构复合材料，国际上统称为 FML (Fiber-Metal Laminate)层合板，其典型代表是侣合金-芳绝纤维叠层复合材 料层合板，国际上称为ARAIX(ARAamid-ALuminum Laminate)，W及侣合金-玻璃 纤维叠层复合材料层合板，国际上称为GLARE (GLAss-Reinforce aluminum)。参 考 文南犬（Vo邑elesan邑，L. , Development of a New Hybrid Material (ARALL)for AircraftStructure, Ind. ling. Qiem. Prod. Res. Dev. , 1983, pp. 492-496)和美国发明专利 扣S5039571，US5547735和US5219629)都详细研究了 FML叠层复合材料层合板的制备方法， 力学性能及优点和潜在的应用领域。目前，GLARE已大面积地应用在A380飞机的上机身壳 体结构上，是A380飞机材料技术的一个显著的创新点。
[0004] 纤维金属层合板结合了金属与纤维复合材料的优点，并克服了其大部分的缺点， 是一种在航空航天、军事、汽车等高科技领域有巨大应用前景的结构材料。
[0005] 虽然纤维金属层合板具有一系列优异的性能，但是其金属层与纤维布之间的结合 力较弱。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中的纤维金属层合板内金属层与纤 维布之间的结合力弱的问题，提供一种纤维金属层合板。
[0007] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
[0008] 提供一种纤维金属层合板，包括依次层叠的金属层、树脂粘结层和纤维布；所述树 脂粘结层和纤维布之间还具有短切纤维；所述短切纤维具有插设于所述纤维布内的第一局 部和固定于所述树脂粘结层内的第二局部。
[0009] 同时，本发明还提供了上述纤维金属层合板的制备方法，包括如下步骤：
[0010] S1、在纤维布表面分布短切纤维；
[0011] S2、对位于纤维布表面的短切纤维进行针刺处理，使短切纤维局部插入所述纤维 布内；
[0012] S3、将表面插有短切纤维的纤维布在粘结树脂中进行预浸处理；
[0013] S4、将预浸处理后的纤维布与金属层层叠，使纤维布上具有短切纤维的表面朝向 金属层；然后热压，将粘结树脂固化，并使纤维布和金属层结合为一体，得到所述纤维金属 层合板。
[0014] 本发明提供的纤维金属层合板中，纤维布与金属层通过树脂粘结层相互结合。同 时，在树脂粘合层和纤维布之间设置短切纤维，并且该短切纤维的一端插入纤维布内，另一 端位于树脂粘结层内，使纤维金属层合板内的金属层和纤维布之间具有优异的结合力。
【具体实施方式】
[0015] 为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，W下结合 实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释 本发明，并不用于限定本发明。
[0016] 本发明提供的纤维金属层合板包括依次层叠的金属层、树脂粘结层和纤维布；所 述树脂粘结层和纤维布之间还具有短切纤维；所述短切纤维具有插设于所述纤维布内的第 一局部和固定于所述树脂粘结层内的第二局部。
[0017] 本发明中，上述金属层的具体材质和结构可采用现有的各种，例如，所述金属层选 自侣合金板、铁合金板、钢板中的一种。本发明中，优选采用常规的侣合金板。对于上述金 属层的厚度，本发明中没有特殊限制，具体可W在较大范围内变动，本领域技术人员可根据 实际情况进行调整，优选情况下，所述金属层的厚度为0. l-2mm。
[0018] 根据本发明，为进一步提高纤维金属层合板中金属层和树脂粘结层之间的结合 力，优选情况下，所述金属层朝向树脂粘结层的表面上具有微孔。对于金属层表面的微孔， 优选情况系啊，其平均孔径为15-50 μm，W使金属层和树脂粘结层之间的结合力更高。
[0019] 本发明中，优选情况下，尤其是当上述金属层为侣合金板时，所述金属层朝向树脂 粘结层的表面为阳极氧化层，所述阳极氧化层与树脂粘结层接触。如本领域所公知的，阳极 氧化层（尤其是氧化侣阳极氧化层）为疏松多孔结构，可提供金属层和树脂粘结层之间更 高的结合力，同时，通常，阳极氧化层（尤其是氧化侣阳极氧化层）为陶瓷质地，具有非常高 的硬度，利于进一步提高金属层和树脂粘结层之间的结合力。
[0020] 对于上述纤维布，本发明中没有特殊限制，其材质可W为常规的各种，例如，具体 可W为玻璃纤维布、碳纤维布、芳绝纤维布中的一种或多种，也可W为上述玻璃纤维、碳纤 维、芳绝纤维中的一种或多种形成的混纺布。
[0021] 由于玻璃纤维布具有与金属更为相近的热膨胀系数，为更好的保证纤维金属层合 板在不同环境下金属层和树脂粘结层之间的结合力，优选情况下，本发明中，上述纤维布为 玻璃纤维布。
[0022] 本发明中，对于上述纤维布的厚度没有特殊限制，具体可W在较大范围内变动，优 选情况下，所述纤维布的厚度为0.
[0023] 根据本发明，上述纤维金属层合板内的树脂粘结层用于将金属层和纤维布结合为 一体。上述树脂粘结层具体可采用粘结树脂固化得到。树脂粘结层的具体材质可采用本领 域常用的各种常规树脂，例如可w为丙締酸树脂层、环氧树脂层、聚氨醋树脂层中的一种或 多种，优选采用环氧树脂层。本发明中，优选情况下，所述树脂粘结层的厚度为0. l-2mm。
[0024] 重要的是，本发明中，在上述树脂粘结层和纤维布之间还具有短切纤维。并且，所 述短切纤维具有插设于所述纤维布内的第一局部和固定于所述树脂粘结层内的第二局部。 良P，上述短切纤维的局部插设于纤维布内，局部位于树脂粘结层内。并且，本发明中，上述插 设于所述纤维布内的第一局部和固定于所述树脂粘结层内的第二局部相连。本领域技术人 员可W理解的，由于制备工艺问题，不可避免的存在上述插设于所述纤维布内的局部和固 定于所述树脂粘结层内的局部未直接相连的情况，然而，本发明中，可认为上述两个局部相 连时才可认定为本发明中的第一局部和第二局部。
[0025] 根据本发明，为有效的实现提高各层之间结合力的目的，对于上述短切纤维，优选 情况下，其长度为6-30mm。
[00%] 对于上述短切纤维，本发明中，优选采用玻璃纤维、碳纤维、芳绝纤维中的一种或 多种。短切纤维的直径可W在较大范围内变动，优选情况下，所述短切纤维的截面直径 10-30 μ m。
[0027] 如本领域技术人员知晓的，纤维金属层合板的层数根据不同的实际情况可W相应 增减。例如，常用的纤维金属层合板包括纤维布、两个所述金属层和两个所述树脂粘结层； 所述两个树脂粘结层位于所述两个金属层之间，所述纤维布位于所述两个树脂粘结层之 间。本发明中，当纤维金属层合板包括纤维布、两个所述金属层和两个所述树脂粘结层时， 所述两个树脂粘结层和纤维布之间均具有所述短切纤维。
[0028] 同时，本发明还提供了一种上述纤维金属层合板的制备方法，包括如下步骤：
[00巧]S1、在纤维布表面分布短切纤维；
[0030] S2、采用针刺机对位于纤维布表面的短切纤维进行针刺处理，使短切纤维局部插 入所述纤维布内；
[0031] S3、将表面插有短切纤维的纤维布在粘结树脂中进行预浸处理；
[0032] S4、将预浸处理后的纤维布与金属层层叠，使纤维布上具有短切纤维的表面朝向 金属层；然后热压，将粘结树脂固化，并使纤维布和金属层结合为一体，得到所述纤维金属 层合板。
[0033] 本发明中采用的纤维布为本领域常规的纤维布，如前所述，例如，具体可W为玻璃 纤维布、碳纤维布、芳绝纤维布中的一种或多种，也可W为上述玻璃纤维、碳纤维、芳绝纤维 中的一种或多种形成的混纺布。
[0034] 由于玻璃纤维布具有与金属更为相近的热膨胀系数，为更好的保证纤维金属层合 板在不同环境下金属层和树脂粘结层之间的结合力，优选情况下，本发明中，上述纤维布为 玻璃纤维布。
[0035] 本