[发明专利]具有类仿生爪界面的纤维金属波纹层板一体化制备方法

说明书

本发明提供一种具有类仿生爪界面的纤维金属波纹层板一体化制备方法，具体实施步骤为：S1制备金属板和纤维预浸带；S2在金属板加工凹槽及表面预处理；S3铺层设计；S4板材预固化；S5板材成形固化。本发明一方面通过形成仿生爪的结构，流入凹槽的树脂不仅增加了与金属板的接触面积，而且与金属板之间产生了多级锚固作用，从而提高了金属板与纤维预浸带之间的结合性能，有效的改善了以往金属板表面处理方式的不足，解决了纤维金属层板使用过程中金属基体与纤维预浸带易分层的问题。另一方面通过预固化/成形/固化加工方法，有效避免完全固化的纤维金属层板二次成形时，裂纹等缺陷首先在金属层的凹槽处萌生造成层合板的层间失效和层内失效。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及一种具有类仿生爪界面的纤维金属波纹层板一体化制备方法。

背景技术

纤维金属层板自投入以来所应用到的领域越来越广泛，其优异的综合性能深受各个领域的青睐，尤其是航空航天、轨道交通等领域，已经成为其零部件中不可代替的材料之一。随着其应用范围的不断扩大，人们对其要求也变的更为苛刻。

纤维金属层板是由金属板和纤维预浸带在一定的铺层方式下，经过一定温度和压力而形成的一种层间混杂复合材料。纤维金属层板克服了传统单一材料力学性能的不足，基于其金属材料和纤维复合材料的特点使其具有很好的抗冲击性能与抗疲劳性能。由于纤维金属层板各层材料的不同，使其在成形或使用过程中容易发生各层间的分层或开胶等缺陷，虽然现有技术中对金属板表面进行砂纸打磨、阳极氧化等预处理可以在一定程度上抑制金属与纤维的分层，但是其使用效果还是未能达到所需要求。另一方面纤维金属层板中的纤维几乎不具备塑性，这使得纤维金属层板的二次成形更为困难，由于纤维金属层板属于层间混杂复合材料，使得其在二次成形过程中层间变形难以把握，更容易造成分层或开胶等缺陷；因此针对纤维金属层板的这一缺陷，本发明提出一种具有类仿生爪界面的纤维金属波纹层板一体化制备方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种具有类仿生爪界面的纤维金属波纹层板一体化制备方法，首先在金属板表面加工规则阵列的凹槽来加强金属板与纤维预浸带的结合性能，同时将纤维预浸带的树脂流入被加工金属板的具有增韧的凹槽内部，固化形成类仿生爪的微结构，不仅增加了与金属板的接触面积，而且与金属板之间产生了多级锚固的作用，根据增韧原理，凹槽受力时树脂脱黏或者凹槽破坏纤维金属层板才会发生分层，此时需要额外的力做功，凹槽能够很好的抑制分层区域的产生和分层的扩展，从而提高了金属板与纤维预浸带之间的结合性能。

本发明提供了一种具有类仿生爪界面的纤维金属波纹层板一体化制备方法，具体实施步骤如下：

S1、制备金属板和纤维预浸带；

S2、对金属板进行凹槽和微孔加工；

S3、将金属板和纤维预浸带按照金属板-纤维预浸带-金属板的方式进行铺层：

S31、根据制备零件实际服役环境所承担的载荷确定铺层的数量；

S32、将第一层纤维预浸带的下端按着90°铺设在第一金属板的凹槽上，将第(N-1)层纤维预浸带的下端按着90°交替铺设在第一层纤维预浸带的上端，将第N层纤维预浸带的下端按着90°交替铺设在第(N-1)层纤维预浸带的上端，最后将第二金属板铺设在第N层纤维预浸带的上端，得到纤维金属层板，所述纤维金属层板的剪切强度表达式为：

τ_仿＝F/S+τ_啮合

其中，F为力的大小，S为胶接处的面积，τ_啮合为机械啮合所产生的剪切强度；

所述纤维金属层板的剥离强度表达式为：

σ_T仿＝F/(W₀+W₁+W₂+W₃+W₄)+σ_啮合