[发明专利]一种利用树枝状大分子增强金属/环氧树脂复合材料界面性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种增强金属/环氧树脂复合材料界面性能的方法。

背景技术

铝、钛等金属具有质量轻、耐腐蚀等优点，已被广泛应用于各行业中。尤其是轿车、电 子装备、航天器的轻量化的迫切需要更促进了铝合金和钛合金的大量应用。结合树脂基复合 材料和金属两者共同优点复合而成的层状金属/树脂基复合材料也在航空航天的需求中应运 而生。这种材料典型的应用是航天器及汽车中所需要的各种压力容器，以贮存高压液体和气 体。航天器发射的巨额成本和可能的技术风险等问题，都要求空间压力容器在可靠性、压力 容限、轻量化及贮存寿命等方面有不断的改进。目前，美国已经发明了高性能的复合材料压 力容器。外面的复合材料层(纤维/环氧层)缠绕在涂有胶粘剂的薄的铝/钛合金内衬上，在 固化炉中共同固化而产生的一个整体的轻质量贮箱结构。薄金属内衬的使用依赖于金属内衬 与复合材料层之间界面的良好粘接，这就需要能够承受较大静、动载荷的金属与树脂材料的 粘接界面。

目前国内外学者们针对金属和树脂复合材料的界面改性增强研究主要从金属基底的表面 处理和添加表面粘结促进剂两方面展开。目前典型的金属材料涂装中磷化和钝化工艺广泛应 用，其工艺虽然成熟，但废物排放和处理耗费大。随着环保要求的逐步提高和环境意识的增 强，尤其是各国对铬允许排放量的大大降低，促使考虑用其它工艺和化学处理试剂替换磷化 和钝化工艺。而硅烷试剂作为一种具有独特结构的硅化合物，架起了无机物与有机物之间的 桥梁，改进了许多材料的缺陷，硅烷试剂在金属表面改性应用已初步形成方向，但其显著的 缺陷是由于和表面只有一个结合点而使膜局限于两维表面，稳定性有限。

发明内容

本发明为了解决现有方法制作得到的金属/环氧树脂复合材料稳定性差的问题，而提供 了一种增强金属/环氧树脂复合材料界面性能的方法。

本发明增强金属/环氧树脂复合材料界面性能的方法按照以下步骤进行：一、清洗基片； 二、将清洗后的基片进行机械处理；三、将经机械处理的基片氧化处理后真空干燥；四、采 用浸泡法、提拉法或旋涂法将0.5～4代聚酰胺-胺(PAMAM)树状分子覆盖在经步骤三处 理的基片的表面，然后在20～100℃条件下反应0.5～12h；五、用去离子水和溶剂交替清洗经 步骤四处理的基片，然后在70～90℃真空条件下进行干燥，即得到金属基底；六、环氧树脂 固化体涂于金属基底表面，在压力0.3～0.6MPa为的条件下，将温度升温至60～80℃保温 1～2h，然后再升温至120～150℃保温固化3～6h，即得到强化后的金属/环氧树脂复合材 料。

树枝状大分子是一类新型的高分子，其结构特点是：从一个中心开始高度支化且规整， 外围有众多的官能团，因此被认为是很有发展前景的潜在材料，将在光电材料、催化剂、表 面活性剂、纳米反应器、药物和基因载体、传统聚合物助剂等多个领域得到广泛应用，三维 立体结构、均一的分布和多而密且修饰性强的外官能团，而且较低的粘度、独特的流变性 质、很好的成膜性使之作为结构单元进行自组装形成的超薄膜在表面改性和涂料中的应用特 别有意义。本发明的方法利用树枝状大分子的这些优点，增强了金属/环氧树脂复合材料界 面性能，本发明方法得到的金属/环氧树脂复合材料的界面剪切强度20.7～35.8MPa，与现有 方法制作得到的金属/环氧树脂复合材料相比较，界面强度提高了40％～100％，本发明的金 属/环氧树脂复合材料稳定性好。

附图说明

图1为具体实施方式十中基片的红外光谱；图2为具体实施方式十步骤四的金属基底的 红外光谱；图3具体实施方式三中处理后的基片的X射线光电子图谱；图4为具体实施方 式三的步骤四中的金属基底X射线光电子图谱；图5为金属基底中氮元素的分峰图谱；图6 为具体实施方式十的步骤四中的金属基底的原子力测试结果图；图7为具体实施方式十中原 子力测试结果的侧截面分析图；图8为具体实施方式十中未经处理铝片剪切结果图；图9为 具体实施方式十中硅烷偶联剂处理的铝片剪切结果图；图10为具体实施方式十中经树枝状 大分子处理得到金属基片的剪切结果图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组 合。