RU2775662C1 - Metal fiber laminate based on unidirectional glass fiber and polypropylene prepreg, biaxially oriented polypropylene film and surface treated aluminum alloy sheets - Google Patents
Metal fiber laminate based on unidirectional glass fiber and polypropylene prepreg, biaxially oriented polypropylene film and surface treated aluminum alloy sheets Download PDFInfo
- Publication number
- RU2775662C1 RU2775662C1 RU2021135322A RU2021135322A RU2775662C1 RU 2775662 C1 RU2775662 C1 RU 2775662C1 RU 2021135322 A RU2021135322 A RU 2021135322A RU 2021135322 A RU2021135322 A RU 2021135322A RU 2775662 C1 RU2775662 C1 RU 2775662C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum alloy
- alloy sheets
- biaxially oriented
- polypropylene
- metal
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к слоистым гибридным композиционным материалам, состоящим из чередующихся металлических листов, слоев однонаправленного волокнистого препрега, на основе однонаправленного препрега из стеклянного волокна и полипропилена, биаксиально ориентированной полипропиленовой пленки и листов алюминиевого сплава с обработанной поверхностью. Изобретение может быть использовано в автомобильной, авиационной, строительной, судостроительной или космической отраслях.The present invention relates to laminated hybrid composite materials consisting of interleaved metal sheets, layers of unidirectional fiber prepreg, based on unidirectional glass fiber and polypropylene prepreg, biaxially oriented polypropylene film, and surface treated aluminum alloy sheets. The invention can be used in the automotive, aviation, construction, shipbuilding or space industries.
Из существующего уровня техники известны несколько основных типов волокнисто-металлических композиционных материалов.Several basic types of fiber-metal composite materials are known from the current state of the art.
Известны российские волокнисто-металлические ламинаты (патенты RU 2185964, RU 2565215, RU 2641744), состоящие из слоев высокопрочного алюминиевого сплава Al-Li (до 1,5% Li) и слоев препрега на основе стеклянных волокон и термически отверждаемых эпоксидных смол. Недостатком которых является использование термореактивных полимеров.Known Russian fiber-metal laminates (patents RU 2185964, RU 2565215, RU 2641744), consisting of layers of high-strength aluminum alloy Al-Li (up to 1.5% Li) and prepreg layers based on glass fibers and thermally cured epoxy resins. The disadvantage of which is the use of thermosetting polymers.
Известен волокнисто-металлический ламинат (патент RU 2238850), состоящий из чередующихся листов алюминиевого сплава и слоев стеклопластика на основе термореактивного связующего, дополнительно содержащий эластичные полимерные слои, расположенные между листа алюминиевого сплава и стеклопластика, на основе фенольных смол резольного типа и высокомолекулярного каучука, толщиной 20-100 мкм. Недостатком данного материала является использование термореактивных полимеров.Known fibrous metal laminate (patent RU 2238850), consisting of alternating sheets of aluminum alloy and layers of fiberglass based on a thermosetting binder, additionally containing elastic polymer layers located between the sheet of aluminum alloy and fiberglass, based on phenolic resins of the resole type and high molecular weight rubber, thickness 20-100 microns. The disadvantage of this material is the use of thermosetting polymers.
Известен волокнисто-металлический ламинат (патент DE 102006051989 A1), который содержит по меньшей мере 2 слоя металла, толщиной менее 1,5 мм, и полимерных слоя, как из термопластичного, так и из термореактивного связующего, имеющий в своем составе базальтовые волокна в количестве от 35% до 75%. Недостатком данного патента является использование базальтовых волокон.Known fibrous metal laminate (patent DE 102006051989 A1), which contains at least 2 layers of metal, less than 1.5 mm thick, and a polymer layer, both from thermoplastic and thermosetting binder, having in its composition basalt fibers in the amount from 35% to 75%. The disadvantage of this patent is the use of basalt fibers.
Известен ламинат из металла и полимера, на основе полипропилена, наполненного длинными стеклянными волокнами (патент EP 1118451B1). Материал изготавливается из полипропилена, наполненного длинными волокнами, длиной не менее 1 мм и не более 50 мм, и имеющего коэффициент теплового расширения такой же, как используемый с ним, для изготовления композита, металл. Прочность композиционного материала превышает прочность конструкций, изготовленных их чистого металла. Недостатком данного материала является использование длинных волокон, прочность которых ниже, чем у непрерывных.Known laminate of metal and polymer based on polypropylene filled with long glass fibers (patent EP 1118451B1). The material is made of polypropylene filled with long fibers, not less than 1 mm and not more than 50 mm in length, and having the same coefficient of thermal expansion as that used with it to make the composite, metal. The strength of the composite material exceeds the strength of structures made from pure metal. The disadvantage of this material is the use of long fibers, the strength of which is lower than that of continuous ones.
Наиболее близким из известных аналогов является патент US 20110052910 A1, описывающий высокопрочный волокнисто-металлический ламинат, содержащий армированный волокнами слой и слой из тонких листов металла, с содержанием армирующего слоя от 0% до 47%. В качестве армирующих волокон могут быть использованы такие волокна как: углеродные, стеклянные, металлические и термопластичные полимерные и натуральные волокна. В качестве полимерного материала используется термопластичные полимеры такие как: полиамиды, полиимиды, полиэфирсульфоны, полифениленсульфиды, полиамид-имиды, ABS, термопластичные полиэфиры, предпочтительно имеющие аморфную структуру и температуру стеклования более 140°С. В качестве металлического слоя используются сплавы, такие как: стали, титановые и алюминиевые сплавы. Недостатком данного материала является использование эпоксидных смол в качестве матрицы, что снижает технологичность производства.The closest of the known analogues is patent US 20110052910 A1, describing a high-strength fiber-metal laminate containing a fiber-reinforced layer and a layer of thin sheets of metal, with a reinforcing layer content of 0% to 47%. As reinforcing fibers, fibers such as carbon, glass, metal and thermoplastic polymer and natural fibers can be used. As a polymer material, thermoplastic polymers are used such as: polyamides, polyimides, polyethersulfones, polyphenylene sulfides, polyamide-imides, ABS, thermoplastic polyesters, preferably having an amorphous structure and a glass transition temperature of more than 140°C. Alloys such as steels, titanium and aluminum alloys are used as the metal layer. The disadvantage of this material is the use of epoxy resins as a matrix, which reduces the manufacturability.
Таким образом, технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка волокнисто-металлического ламината на основе однонаправленного препрега из стеклянного волокна и полипропилена, биаксиально ориентированной полипропиленовой пленки и листов алюминиевого сплава с обработанной поверхностью.Thus, the technical problem to be solved by the claimed technical solution is the development of a fiber-metal laminate based on a unidirectional prepreg of glass fiber and polypropylene, biaxially oriented polypropylene film and aluminum alloy sheets with surface treatment.
Решение указанной технической проблемы достигается за счет того, что поверхность листов из алюминиевого сплава подвергалась электрохимической обработке при заданных режимах. The solution to this technical problem is achieved due to the fact that the surface of the sheets of aluminum alloy was subjected to electrochemical treatment under specified conditions.
Технический результат заявляемого технического решения заключается в том, что поверхность листов алюминиевого сплава обрабатывается методом сернокислого анодирования в растворе H2SO4 60 мл/л и Al2(SO4)3 200 г/л при температуре 20°С и плотности тока 1,5 А/дм2 в течение 20 минут, что обеспечивает для ламината предел прочности при растяжении 320 МПа, при изгибе 475 МПа и ударную вязкость 350 кДж/м2.The technical result of the proposed technical solution is that the surface of aluminum alloy sheets is processed by the method of sulfuric anodizing in a solution of H 2 SO 4 60 ml/l and Al 2 (SO 4 ) 3 200 g/l at a temperature of 20°C and a current density of 1, 5 A / dm 2 for 20 minutes, which provides for the laminate ultimate tensile strength of 320 MPa, bending 475 MPa and impact strength of 350 kJ/m 2 .
Техническое решение иллюстрируется следующими фигурами.The technical solution is illustrated by the following figures.
Фиг. 1 - представлена схема волокнисто-металлического ламината, состоящего из листов алюминиевого сплава с обработанной поверхностью (1), биаксиально ориентированной полипропиленовой пленки (2) и 2-х слоев однонаправленного препрега на основе стеклянного волокна и полипропилена ориентированных под 0° и 90° (3).Fig. 1 - a diagram of a fiber-metal laminate consisting of sheets of aluminum alloy with a surface treated (1), a biaxially oriented polypropylene film (2) and 2 layers of a unidirectional prepreg based on glass fiber and polypropylene oriented at 0° and 90° (3 ).
Для повышения свойств волокнисто-металлического ламината проводится электрохимическая обработка листов алюминиевого сплава. Перед обработкой поверхности, листы предварительно подвергаются отчистке с помощью промывки в мыльном растворе; промывке в ацетоне; травлению в 10% растворе NaOH в течение 10 секунд. После каждого этапа листы промываются дистиллированной водой. Проводится электрохимическая обработка листов алюминиевого сплава по режимам, указанным в таблице 1. Отклонение от параметров не должно составлять ±3% от указанных в таблице 1.To improve the properties of the fiber-metal laminate, electrochemical processing of aluminum alloy sheets is carried out. Before surface treatment, the sheets are pre-cleaned by washing in soapy water; washing in acetone; etching in 10% NaOH solution for 10 seconds. After each step, the sheets are washed with distilled water. Electrochemical processing of aluminum alloy sheets is carried out according to the modes indicated in table 1. The deviation from the parameters should not be ± 3% from those indicated in table 1.
Таблица 1. Режимы обработки поверхности металлаTable 1. Modes of metal surface treatment
H2SO4 60 мл/лAl 2 (SO 4 ) 3 200 g/l
H 2 SO 4 60 ml/l
Перед сборкой слоев, каждый слой протирается смоченной в спирте безворсовой тканью. Волокнисто-металлический ламинат собирается из однотипных пакетов как показано на фиг. 1. Каждый пакет состоит из листов алюминиевого сплава AlMg6 с обработанной поверхностью, толщиной 0,5 мм; к листам алюминиевого сплава прилегают полимерные пленки из полипропилена, толщиной 40 мкм; в середине пакета размещаются 2 слоя препрега, на основе стеклянного волокна и полипропилена, с укладкой 0° /90°. После подготовки и укладки всех компонентов в пресс-форме, волокнисто-металлический ламинат изготовливается методом горячего прессования при следующих параметрах процесса: давление - 2 МПа; температура - 190 °C; время выдержки при заданной температуре - 20 мин. Before assembling the layers, each layer is wiped with a lint-free cloth soaked in alcohol. The fiber-metal laminate is assembled from the same type of bags as shown in Fig. 1. Each package consists of AlMg6 aluminum alloy sheets with surface treatment, 0.5mm thick; polymer films made of polypropylene, 40 microns thick, adjoin aluminum alloy sheets; in the middle of the bag are placed 2 layers of prepreg, based on glass fiber and polypropylene, with a laying of 0° / 90°. After preparing and laying all the components in the mold, the fiber-metal laminate is produced by hot pressing under the following process parameters: pressure - 2 MPa; temperature - 190 °C; holding time at a given temperature - 20 min.
В таблице 2 приведен пример осуществления. Показаны характеристики материала в сравнении с известным. Полученный материал был испытан на прочность при растяжении и изгибе, на ударную вязкость. Полученные данные иллюстрируют улучшение характеристик относительно материала, полученного без дополнительной обработки.Table 2 shows an example implementation. The characteristics of the material are shown in comparison with the known. The resulting material was tested for tensile and bending strength, impact strength. The data obtained illustrates the improvement in characteristics relative to the material obtained without additional processing.
Таблица 2. Механические свойства получаемых волокнисто-металлических ламинатовTable 2. Mechanical properties of the resulting fiber-metal laminates
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2775662C1 true RU2775662C1 (en) | 2022-07-06 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU945255A1 (en) * | 1980-09-22 | 1982-07-23 | Предприятие П/Я Г-4598 | Electrolyte for anodizing aluminium alloys |
EP0298007A1 (en) * | 1987-06-29 | 1989-01-04 | Alberto Santaflorentina Chavarria | Multistage anodising process of aluminium |
EP1118451B1 (en) * | 2000-01-21 | 2005-05-04 | Ticona GmbH | Metal and plastic laminate from polypropylene reinforced with long glass fibres |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU945255A1 (en) * | 1980-09-22 | 1982-07-23 | Предприятие П/Я Г-4598 | Electrolyte for anodizing aluminium alloys |
EP0298007A1 (en) * | 1987-06-29 | 1989-01-04 | Alberto Santaflorentina Chavarria | Multistage anodising process of aluminium |
EP1118451B1 (en) * | 2000-01-21 | 2005-05-04 | Ticona GmbH | Metal and plastic laminate from polypropylene reinforced with long glass fibres |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2704737B2 (en) | Laminates of thermoplastic synthetic materials reinforced with metal sheets and continuous filaments and methods of making such laminates | |
US5039571A (en) | Metal-resin laminate reinforced with S2-glass fibres | |
US5401564A (en) | Materials and processes for fabricating formed composite articles and use in shoe arch | |
KR102006511B1 (en) | Composite laminate having improved impact strength and the use thereof | |
KR930003894B1 (en) | Novel prepregs, composite molded bodies, and methods for producing composite molded bodies | |
JP6002872B1 (en) | Damped fiber reinforced resin molded article and automotive parts using the same | |
US5324587A (en) | Adhesively bonded aluminum | |
JPH01288437A (en) | Fiber-reinforced thermoplastic composite body material having interleaf | |
JP2543743B2 (en) | Method of making a molded article using a sandwich structure | |
WO2004071761A1 (en) | Laminate of metal plates and intersecting fibre layers | |
RU2775662C1 (en) | Metal fiber laminate based on unidirectional glass fiber and polypropylene prepreg, biaxially oriented polypropylene film and surface treated aluminum alloy sheets | |
JP4716550B2 (en) | Paper-free prepreg and method for producing the same | |
RU2185964C1 (en) | Composite laminated material and article made of it | |
GB2041824A (en) | Composite materials | |
JP2705319B2 (en) | Method for producing carbon fiber reinforced composite material | |
JP2018016030A (en) | Carbon fiber-reinforced plastic and method for producing the same | |
JP2004338270A (en) | Method for producing fiber-reinforced resin composite material and fiber-reinforced resin composite material | |
JPH07227939A (en) | Honeycomb cocuring molding method | |
EP1767343A9 (en) | Laminated composite material and a product made thereof | |
CN214462010U (en) | Novel composite material sound-insulation heat-insulation interior trim panel | |
US20240190103A1 (en) | Sheet-type fiber-reinforced composite having heterogeneous properties and mehtod for manufacturing the same | |
PL235435B1 (en) | Method for manufacturing the aluminium-carbon-aluminium laminate and the aluminium-carbon-aluminium type laminate | |
CN114829468B (en) | Prepreg material, method for preparing the prepreg material, and fiber-reinforced composite material prepared from the prepreg material | |
CN1137934A (en) | Racket frame and process for producing the same | |
RU2381904C1 (en) | Layer composite material |