[发明专利]一种碳纳米管增强纤维金属层板的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纳米管增强纤维金属层板的制备方法，属于复合材料制备领域。本发明采用电泳沉积将碳纳米管沉积到不同表面处理过的钛板上，采用无水乙醇作为碳纳米管的分散溶液，并通过混酸氧化碳纳米管提高悬浮液的稳定性。本发明通过提高钛板表面与树脂的相容性，并让碳纳米管可以很好的嵌入树脂内部及钛板表面凹槽处，从而提高纤维金属层板的界面性能，该制备工艺简单，且沉积过程用时较短。本发明不限于稳定的钛合金表面，也可以用于结构复杂的金属与树脂间的结合。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，特别涉及一种纤维金属层板中金属/树脂基间界面性能提高的方法。

背景技术

传统的金属材料疲劳性能较差；纤维增强树脂基复合材料的单向力学性能虽有提高，但多层叠合后层间粘结性能不强，易造成材料的断裂，限制了它的应用范围，所以我们需要一种新型复合材料，既能保留两种材料的优点，又能弥补各自的缺陷，纤维金属层板（FML）正是在这种需求下被研制出来的。

由于FMLs是一种超混杂的复合材料，所以一直以来界面研究对其的进一步开发和应用至关重要。对于石墨纤维增强钛合金层板（TiGr）来说，除纤维/树脂间界面性能的影响外，金属和树脂之间的界面结合强度也是限制其商业化应用的关键因素。钛合金和树脂之间的粘结强度主要可以通过对钛板的表面处理来提高，主要的处理方法分为以下三类：（ⅰ）机械方法，例如喷砂和喷丸处理；（ⅰⅰ）化学或电化学处理，例如酸或碱腐蚀和阳极氧化；（ⅰⅰⅰ）在金属表面耦联剂接枝改性，形成一层含有特定官能团的物质。 此外，还有其他一些方法，例如光刻和微弧氧化。 但是，这些方法对界面粘结强度的提高仍有限制。Brian等人（Falzon B G, Hawkins S C, Huynh C P, et al. An investigation of Mode I andMode II fracture toughness enhancement using aligned carbon nanotubes forestsat the crack interface[J]. Composite Structures, 2013, 106: 65-73.）在硅基板上使用化学气相沉积引入MWCNTs增强体，所得不同样品的复合层板断裂韧性提高了30%～160%，而且SEM测试结果表明引入的CNTs对树脂具有良好的润湿性，可以认为在金属表面引入CNTs有利于树脂分子扩散进而增强粘结作用。而化学气相沉积会引入新的金属催化剂且高温会对材料本体造成一定的损害，此外，化学气相沉积操作复杂，对设备要求高。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳纳米管增强纤维金属层板的制备方法，通过在不同表面处理的钛板上电泳沉积碳纳米管，可以提高钛板与树脂间的相容性，而且碳纳米管可以嵌入树脂内部和钛板表面，最终提高纤维金属层板整体的界面性能。该制备工艺简单，碳纳米管沉积过程时间较短，是一种提高纤维金属层板界面性能非常有效的方法。

本发明是采用以下技术方案实现的，

一种碳纳米管增强纤维金属层板的制备方法，至少包括如下步骤：

步骤一，将酸化的碳纳米管超声分散在乙醇中，并加入可溶性金属盐提高溶液导电性，配制电解液；

步骤二，以依次经喷砂处理、NaTESi阳极氧化处理的钛板作为阴极，以与阴极面积一样的钛板作为阳极，进行电泳沉积，其中，极间距为1.5 mm，电压为20-50 V，时间为1-10min。

进一步的，步骤一中，可溶性金属盐包括硝酸镁、硝酸银、氯化钠等。

进一步的，步骤一中，所述的碳纳米管的酸化采用体积比为1:3的硝酸/硫酸混合溶液在80℃下酸化处理2-4 h后，洗涤、干燥后得到。

进一步的，步骤一中，碳纳米管的乙醇分散液的浓度为1 mg/mL，可溶性金属盐的含量为0.025 mg/mL。