[发明专利]一种碳纤维金属层板曲面件的固化/成形/热处理一体化制备方法

说明书

本发明提供了一种碳纤维金属层板曲面件的固化/成形/热处理一体化制备方法，属于多层板制备成形技术领域。本发明将碳纤维树脂复合材料和固溶态铝合金板交替层叠设置，得到非固化纤维金属层板；通过对非固化纤维金属层板进行加热、双面加压并保温，同时实现碳纤维金属层板的固化、成形与时效处理，得到碳纤维金属层板曲面件。采用本发明所述的工艺，可以将纤维金属层板的固化/成形/热处理过程一体化，显著提高加工效率；法向应力作用下，纤维层和铝合金层之间的剪切强度更高、铝合金板的塑性更好；采用双面气体压力成形，避免模具刚性接触，构件表面质量更好。

技术领域

本发明涉及多层板技术领域，尤其涉及一种碳纤维金属层板曲面件的固化/成形/热处理一体化制备方法。

背景技术

铝合金材料具有密度低、强度高、抗冲击性能好、可加工性好和成本低等优点，使其能够广泛应用在汽车、建筑、航空航天等行业中。然而铝合金疲劳寿命低且抗腐蚀性能差，限制了其进一步的应用。碳纤维虽然具有高比强度、高比模量、低密度、良好的耐疲劳性能和耐腐蚀性，但是碳纤维面外横向强度和抗冲击性能较差，并且层间容易产生剥离。为了结合铝合金材料和碳纤维复合材料的优点，同时克服各自缺点，人们研制出了金属材料与碳纤维复合的碳纤维金属层板材料，即碳纤维金属层板。

现有技术中制备碳纤维金属层板的方法包括热压罐法和模压法，由热压罐加工的构件力学性能稳定、压制均匀、表面光洁度好，但铝合金板先成形时由于厚径比较小，极易产生失稳起皱和破裂，同时热压罐法制作周期较长。模压成形工艺在一定程度上缩短了制作周期，但由于在压制过程中纤维金属层板受力不均匀，纤维金属层板内树脂材料流动紊乱，纤维层与铝合金层之间的剪切强度较低，在实际使用过程中构件容易失效；模压过程中，纤维金属层板上下两侧均接触刚性模具，构件表面质量较差。

发明内容

本发明提供了一种碳纤维金属层板曲面件的固化/成形/热处理一体化制备方法，包括以下步骤：

(1)将碳纤维树脂复合材料和铝合金板交替层叠设置，得到层叠纤维金属层板；所述层叠纤维金属层板的底层和顶层均为铝合金板；

(2)将所述步骤(1)得到的层叠纤维金属层板升温至80～100℃，同时对层叠纤维金属层板进行一级双面加压；所述双面加压的方向为层叠纤维金属层板上、下表面的法线方向；施加于上表面和下表面的压力相等，为15～20MPa，得到软化纤维金属层板；

(3)在15～20MPa压力下，将所述步骤(2)得到的软化纤维金属层板升温至120～140℃，得到非固化纤维金属层板；

(4)在120～140℃下，先对所述步骤(3)得到的非固化纤维金属层板的上、下表面进行二级双面加压，施加于上表面和下表面的压力不相等，非固化纤维金属层板开始变形并逐渐贴模；所述二级双面加压的施压方向为非固化纤维金属层板上、下表面的法线方向；然后在120～140℃条件下降压至0MPa后，继续进行保温处理，得到碳纤维金属层板曲面件。

优选的，所述步骤(1)中碳纤维树脂复合材料由碳纤维在树脂中浸渍后干燥得到；所述树脂包括双酚A型环氧树脂或氨基环氧树脂；所述铝合金板为固溶态铝合金板。

优选的，所述步骤(1)中铝合金板的层数为2～5。

优选的，所述步骤(4)中施加于下表面的压力高于施加于上表面的压力，压力差为(0,15MPa]。

优选的，所述步骤(4)中施加于上表面的压力为15～20MPa。

优选的，所述步骤(4)中施加于下表面的压力为(20,25MPa]。

优选的，所述步骤(4)中保温处理的温度为120～170℃，保温处理的时间为6～18h。

优选的，所述步骤(2)～(4)在成形模具内进行，通过向成形模具上下表面的通气孔通入气体来控制压力大小。