[发明专利]一种碳纤维复合材料与铝合金界面处理的方法

说明书

本发明涉及一种碳纤维复合材料与铝合金界面处理的方法，其特征在于：首先利用盐酸对铝合金进行表面处理，接着在铝合金表面涂覆混有碳纳米管的环氧树脂，利用外加磁场使碳纳米管定向排列，并固化；接着涂覆环氧丙烯酸树脂并固化；然后铺放一层单向碳纤维布，铺层角度与上述碳纳米管定向排列方向相同，接着铺放碳纤维布，最后固化成型。本发明利用定向排列的混有碳纳米管的环氧树脂的纵向热膨胀系数介于铝合金与单向碳纤维布；并利用环氧丙烯酸树脂在玻璃化转变温度以上处于高弹态，作为应力缓冲层吸收部分应力，从而可以有效降低碳纤维复合材料/铝合金在冷却过程中，由于两者纵向热膨胀系数的较大差异而导致的界面热残余应力。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维复合材料与铝合金界面处理的方法。

背景技术

相对于传统的金属结构气瓶，采用铝合金为内胆，碳纤维复合材料缠绕而成的新型气瓶，不仅可以使整个气瓶的质量大大减轻，而且还可以提高气瓶的承载能力，提升抗爆性能与生产效率，节约制造成本；碳纤维复合材料除了应用于气瓶外，因其强度高，耐高温，尺寸稳定等等优异性能，目前与铝合金连接在一起作为结构件，广泛应用于航空航天、军事和民用领域。但是碳纤维复合材料是各向异性材料，纵向和横向的热膨胀系数相差很大，纵向的热膨胀系数大约为0～7×10^-6/℃，横向的热膨胀系数大约为5～10×10^-5/℃，而铝合金为各向同性材料，热膨胀系数大约为1.8～3.0×10^-5/℃，所以在碳纤维复合材料/铝合金固化成型后冷却的过程中，由于纵向方向上两种材料的热膨胀系数差异较大，会在界面处产生较大的热残余应力。界面热残余应力造成碳纤维复合材料/铝合金界面粘接强度降低，导致碳纤维复合材料与铝合金容易脱粘，造成铝合金和碳纤维复合材料的分离，使得整个结构失效。因此，降低碳纤维复合材料与铝合金界面处的热残余应力是非常重要的。

发明内容

本发明提供一种碳纤维复合材料与铝合金界面处理的方法，解决现有碳纤维复合材料/铝合金由于纵向上热膨胀系数较大差异而导致的界面热残余应力过大的问题。

本发明为解决上述技术问题的技术方案如下：

一种碳纤维复合材料与铝合金界面处理的方法，首先利用盐酸对铝合金进行表面处理，接着在铝合金表面涂覆混有碳纳米管的环氧树脂，利用外加磁场使碳纳米管定向排列，并固化；接着涂覆环氧丙烯酸树脂并固化；然后铺放一层单向碳纤维布，铺层角度与上述碳纳米管定向排列方向相同，接着铺放碳纤维布，最后固化成型。

上述方案中，对铝合金进行表面处理的盐酸的体积浓度为10％～13％，处理时间为25min～35min。

上述方案中，混有碳纳米管的环氧树脂中碳纳米管所占的质量分数为0.5％～1.0％。

上述方案中，混有碳纳米管的环氧树脂的涂覆厚度为0.1～0.15mm。

上述方案中，在将碳纳米管混入环氧树脂之前，先将碳纳米管加入到体积比为3:1浓硫酸和浓硝酸混合液中，于80℃反应4h，然后采用去离子水和无水乙醇对产物进行洗涤至中性，干燥后混入环氧树脂中，机械搅拌15～20min，使碳纳米管分散均匀。

上述方案中，在将碳纳米管混入环氧树脂之前，先将碳纳米管加入到体积比为3:1浓硫酸和浓硝酸混合液中，于80℃反应4h，然后采用去离子水和无水乙醇对产物进行洗涤至中性，干燥后将其分散到PEO齐聚物中，加入催化剂SnCl₂，于80℃下搅拌反应12h，产物经丙酮充分洗涤及抽滤后，在60℃下充分干燥即可制得表面接枝改性的碳纳米管，然后将其混入环氧树脂中，机械搅拌15～20min，使碳纳米管分散均匀。

上述方案中，环氧丙烯酸树脂的玻璃化转变温度在50～65℃之间。

上述方案中，环氧丙烯酸树脂的涂覆厚度为0.5～1.0mm。