[发明专利]基于阳极氧化工艺制备碳纤维/不锈钢薄带层合板的方法

说明书

本发明涉及一种基于阳极氧化工艺制备碳纤维/不锈钢薄带层合板的方法，属于纤维金属层合板制备技术领域，解决不锈钢薄带基FMLs层间弱连接技术问题，解决方案为：首先，不锈钢薄带在乙二醇基电解液中直流阳极氧化，一次表面改性得到多孔氧化层结构；然后，将铺设的不锈钢薄带与碳纤维预浸带在一定温度与压力下完成热压固化成型。在此基础上，直流阳极氧化表面改性后的不锈钢薄带进一步在硅烷偶联剂水解液中二次表面改性，在环氧树脂基碳纤维预浸带与不锈钢薄带间引入化学键合。本发明操作简单、经济，满足不锈钢薄带/碳纤维预浸带层间结合强度的要求，是增强不锈钢薄带/碳纤维层合板层间性能的可行制备方法。

技术领域

本发明属于纤维金属层合板制备技术领域，具体涉及一种基于阳极氧化工艺制备碳纤维/不锈钢薄带层合板的方法。

背景技术

与铝合金相比，作为最广泛的工程结构材料，相同厚度的不锈钢具有更高的比拉伸强度、疲劳强度、刚度和耐腐蚀性，所以在结构工程材料的减薄领域，铝合金的应用远不如相同强度的不锈钢薄带，即在追求层合板的低厚度特点时，铝基碳纤维金属层合板的力学性能远不如不锈钢基碳纤维金属层合板。另外，随着“手撕钢”逐渐量产化，不锈钢极薄带作为高强极薄碳纤维层合板的金属原材料以降低板厚是极为合理且有效的。在此基础上，有许多研究表明金属基体表面处理对于提升层合板层间性能是极为有效的，这对提高碳纤维金属层合板复合机构的有效性是极为有利的。然而在过去几十年中，对阀金属（例如铝、钛、锆、铌、钽和钨）进行阳极氧化表面改性的研究较多，但除了镁外，关于非阀金属（例如不锈钢和铁）的表面改性研究却很少。因此，欲取代传统高自重金属合金，开展不锈钢基高性能FMLs的相关制备技术研发是时不我待的。

对于FMLs复合结构而言，当受到冲击致使金属基板上出现裂纹时，由于层间树脂基碳纤维层的存在，裂纹不会沿着初始方向快速扩展而导致结构直接被破坏。实际情况为裂纹会向层间进行拓展，使得裂纹将在复合材料结构中保留很长一段时间，从而避免了初始裂纹导致的FMLs早期爆发或失效，这种裂纹的桥接效应是FMLs的最大优势，也是其优异力学性能的来源。

因此，有效改善环氧树脂/不锈钢层间连接性能，可以有效解决不锈钢基碳纤维金属层合板中金属基体材料与树脂基碳纤维增强体的弱连接问题。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，针对不锈钢薄带基FMLs层间弱连接技术问题，本发明提供一种基于阳极氧化工艺制备碳纤维/不锈钢薄带层合板的方法。

本发明的设计构思为：首先，不锈钢薄带在乙二醇基电解液中直流阳极氧化，表面改性得到多孔氧化层结构；然后，将铺设的不锈钢薄带与碳纤维预浸带在一定温度与压力下完成热压固化成型；在此基础上，进一步地对直流阳极氧化表面改性后的不锈钢薄带在硅烷偶联剂水解液中二次表面改性，在环氧树脂基碳纤维预浸带与不锈钢薄带间引入化学键合。其中，阳极氧化多孔氧化层结构能够提高环氧树脂的浸润程度并引入机械锁合效应，硅烷偶联剂的引入在提高环氧树脂的流动性的同时，还在预浸带表面环氧树脂与不锈钢薄带表面引入丰富的化学键合，上述三种增强机制的存在，大大增强了不锈钢薄带与碳纤维预浸带两者层间连接性能。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

基于阳极氧化工艺制备碳纤维/不锈钢薄带层合板的方法，包括以下步骤：

S1、去除不锈钢薄带表面的油污，依次采用丙酮溶液和乙醇溶液超声波清洗20分钟，然后晾干，与此同时配制乙二醇基电解液留待后步使用；

S2、将超声波清洗后的不锈钢薄带在乙二醇基电解液中进行直流阳极氧化表面改性处理，阳极氧化表面多孔氧化层构建改性有如下效应：通过对阳极氧化表面改性预处理构建多孔氧化层，可以增大不锈钢表面粗糙度、增大表面能，同时在氧化层表面引入丰富的羟基，形态与化学键效应的协同作用，可大大提高预浸带中环氧树脂在不锈钢薄带表面的浸润程度；