[发明专利]连续碳纤维增强聚醚醚酮基体纤维金属层板的制备方法

说明书

技术领域

本发明纤维金属层板的制备方法，具体讲是一种连续碳纤维增强聚醚醚酮基体纤维金属层板的制备方法，属于复合材料制备领域。

背景技术

纤维金属层板(Fiber Metal Laminates，FMLs)，其早期是为民用飞机高疲劳裂纹区开发的材料，它是由纤维复合材料和金属薄板交替铺层后，在一定的温度、压力下固化一段时间后形成的一种层间混杂复合材料,故也叫作超混杂层板(Super Hybrid Laminates)。

目前航空航天上应用的FMLs一般都是热固性复合层板，存在着韧性差、不容易成形等诸多缺陷，从而阻碍了此类材料在大批量产品制造过程中的应用。国外学者研究表明，热塑性FMLs具有较好的韧性、易成形且能回收利用，而且成形工艺简单，可用于大批量产品的制造。

连续碳纤维增强聚醚醚酮基体纤维金属层板是具有更优异的综合性能的新一代复合层板。在此类纤维金属层板中，树脂基体聚醚醚酮（PEEK）是一种半结晶性芳香族热塑性工程塑料，具有耐高温、耐化学腐蚀、高强度、高断裂韧性、易加工等优异性能及线膨胀系数较小、自身阻燃、耐磨性高、绝缘、耐水解等特点，是比较理想的工程材料，也是目前热塑性复合材料领域的研究热点。增强纤维碳纤维强度大，模量高，重量轻，耐高温，化学稳定性好，能够保证热塑性复合材料具有更高的断裂韧性，同时，在发生分层时，碳纤维能够起到桥接界面的作用，减缓裂纹的扩展。

2013年3月27日，中国发明专利申请CN102991009A公开了一种层间增韧的碳纤维-金属层合板，其选用具有高孔隙率的热塑性尼龙无纺布作为层间增韧/隔离层，使树脂基体在热压成型过程中能够顺利的在增韧/隔离层中发生渗透和浸润，但增韧/隔离层与基体树脂不发生溶解和分相，仍然保持了完整的无纺布结构形式。进而，通过尼龙无纺布与基体树脂相互贯穿形成非反应诱导相分离的三维网络结构，起到层间增韧的作用，同时隔断了碳纤维增强体与金属层板之间的接触，起到了电化学阻隔作用，消除了碳纤维增强体与金属层板之间由于电位差的存在而导致的电化学腐蚀问题。但该发明专利所选用的热塑性尼龙无纺布的熔点在200℃左右，熔点较低限制了其在更高温度下的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种耐高温性能好、强度高且易加工的连续碳纤维增强聚醚醚酮基体纤维金属层板的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的连续碳纤维增强聚醚醚酮基体纤维金属层板的制备方法，包括以下步骤：

1)、利用连续碳纤维和改性聚醚醚酮树脂溶液，制备连续碳纤维增强聚醚醚酮预浸料；

2)、依次对金属板进行脱脂处理、酸洗和阳极氧化处理；

3)、将步骤2)处理好的金属板和步骤1)制备得到的连续碳纤维增强聚醚醚酮预浸料进行交替铺层并置入模具中；

4)、将步骤3)的模具进行热压固化成形后，自然冷却得到碳纤维增强聚醚醚酮纤维金属层板。

本发明中，所述步骤1）制备过程为: 将连续碳纤维以15-25m/min的运行速度浸渍改性聚醚醚酮树脂溶液，然后均匀排布在辊筒上，制成碳纤维体积含量为40%-60%的连续碳纤维增强聚醚醚酮预浸料。

本发明中，所述步骤2）中脱脂处理采用的有机溶剂为丙酮或异丙醇。

本发明中，所述步骤2）酸洗采用的酸洗液为350g/L硝酸和60g/L氢氟酸配成的混酸溶液，酸洗温度为40^oC，酸洗时长40s。

本发明中，所述步骤2）阳极氧化过程为：以金属板作为阳极，不锈钢板作为阴极，在由300g/L氢氧化钠、65g/L酒石酸钠、30g/L乙二胺四乙酸，6g/L硅酸钠组成的电解液中施以10-20V电压氧化10-20min。

本发明中，所述步骤3)中金属板和连续碳纤维增强聚醚醚酮预浸料之间涂刷底胶。

本发明中，所述底胶为改性聚醚醚酮氯仿溶液，所述改性聚醚醚酮氯仿溶液配比为105g聚醚醚酮粉末溶于1L氯仿中。

本发明中，所述步骤3）中金属板轧制方向与连续碳纤维增强聚醚醚酮预浸料中的碳纤维排布方向可呈0°、±45°或90°。

本发明中，所述步骤4）中的热压固形过程为：首先将模具加热到240℃、保温1h；随后将模具升温至370℃、保温1h并施加4-5MPa压力。

本发明中，所述金属板为TA1、TA2、TA18或TC4，厚度为0.1-0.5mm。