本發(fā)明屬于泡沫鋁夾心板材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有梯度界面的聚合物/泡沫鋁夾心板及其制備方法。

背景技術(shù)：

泡沫金屬材料是由固體框架或平面交錯(cuò)結(jié)構(gòu)形成許許多多胞狀氣孔的金屬材料，其中泡孔結(jié)構(gòu)分成閉孔和開孔兩種形式，其中開孔結(jié)構(gòu)是指內(nèi)部泡孔相互連接，每個(gè)泡孔不是封閉的，閉口結(jié)構(gòu)是指內(nèi)部的泡孔相互獨(dú)立，每個(gè)泡孔都是封閉的。因此，泡沫鋁材料具有良好的能量吸收特性、抗沖擊性、高比強(qiáng)度、電磁屏蔽、吸聲性能、高阻尼性、低熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率等，在電子、通訊、化工、冶金、機(jī)械、建筑、交通運(yùn)輸業(yè)、航空航天技術(shù)、軍事防護(hù)等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。

泡沫鋁夾心板是泡沫鋁材料的一種，泡沫鋁夾心板的芯層為泡沫鋁或者泡沫鋁合金，面板為金屬面板，大多為鋁面板、鋁合金面板，鋼面板等，雖然泡沫鋁夾心板具有低密度、高比剛度和理想的抗沖擊性能，但是泡沫鋁夾心板在受力時(shí)易發(fā)生面層剝離現(xiàn)象，限制了應(yīng)用領(lǐng)域。

采用現(xiàn)有技術(shù)織造的泡沫鋁夾心板都均在明顯的界面，界面兩側(cè)結(jié)構(gòu)與成分不連續(xù)，當(dāng)施加機(jī)械載荷時(shí)界面應(yīng)力不均勻或應(yīng)力集中，容易造成界面脫粘或者界面附近泡沫鋁的剪切和撕裂破壞。中國(guó)專利cn103935080b公開的聚合物/泡沫鋁一體型復(fù)合夾心板，該夾心板中間為泡沫鋁芯層，上下兩面為聚合物/泡沫鋁復(fù)合層，上下表層為純聚合物保護(hù)面層，是將開孔的泡沫鋁板的兩頭分別浸漬于聚合物流體中固化形成，該方法制備的復(fù)合夾心板中取代了金屬面層，利用聚合物將面層和芯體成為一個(gè)整體，沒有明顯界面，整體性好，但是機(jī)械強(qiáng)度與金屬面層相比下降，承受能力降低。本發(fā)明從泡沫鋁的成分和結(jié)構(gòu)入手，使之具有梯度界面結(jié)構(gòu)，并結(jié)合聚合物浸漬，形成兩種過渡結(jié)構(gòu)，在提高機(jī)械強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，可顯著避免面脫現(xiàn)象，提高泡沫鋁夾心板的使用壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種具有梯度界面的聚合物/泡沫鋁夾心板及其制備方法，該具有梯度界面的聚合物/泡沫鋁夾心板包括上下表層、上下金屬面層、上下中層和芯層，芯層為具有梯度界面的泡沫鋁夾心層，上下中層為聚合物/泡沫鋁復(fù)合層，上下金屬面層為鋁、鋁合金、鋼、鈦和鈦合金中的一種，上下表層為聚合物層，上下金屬面層與泡沫芯層之間不存在清晰界面，而是梯度界面區(qū)域，該界面區(qū)域內(nèi)成分和結(jié)構(gòu)連續(xù)過渡。本發(fā)明制備的泡沫鋁夾心板機(jī)械強(qiáng)度大，使用壽命高，不易分層，且制備方法簡(jiǎn)單，尺寸可控性高。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種具有梯度界面的聚合物/泡沫鋁夾心板，所述具有梯度界面的聚合物/泡沫鋁夾心板包括上下表層、上下金屬面層、上下中層和芯層，所述芯層為具有梯度界面的泡沫鋁夾心層，所述上下中層為聚合物/泡沫鋁復(fù)合層，所述上下金屬面層為鋁、鋁合金、鋼、鈦和鈦合金中的一種，所述上下表層為聚合物層，所述聚合物為環(huán)氧樹脂、聚氨酯或者橡膠，所述上下金屬面層與泡沫芯層之間不存在清晰界面，而是梯度界面區(qū)域，該界面區(qū)域內(nèi)成分和結(jié)構(gòu)連續(xù)過渡。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述具有梯度界面的泡沫鋁夾心層為球體開孔型或者絲網(wǎng)狀開孔型泡沫鋁板，開孔孔徑不小于2mm，通孔率不小于90％。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述芯層的厚度為9-80mm。

本發(fā)明還提供一種具有梯度界面的聚合物/泡沫鋁夾心板的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)將鋁粉或者鋁合金粉與發(fā)泡劑氫化鈦粉再混料機(jī)上混合制成混合粉末，混料時(shí)長(zhǎng)為8-24h，其中，鋁粉或者鋁合金粉占混合粉末的質(zhì)量分?jǐn)?shù)98-99.5％，氫化鈦粉戰(zhàn)混合粉末的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5-2％；

(2)根據(jù)泡沫鋁夾心板的成分設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，按照下述公式分別計(jì)算面板、泡沫鋁芯層分別占據(jù)夾心板的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：

m面％＝d面×ρ面/(d面×ρ面+d芯×ρ芯)

m芯％＝d芯×ρ芯/(d面×ρ面+d芯×ρ芯)

其中m％、d和ρ分別為質(zhì)量分?jǐn)?shù)、厚度和密度，“面”和“芯”分別代表面板和泡沫芯層；按照計(jì)算的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別稱取相應(yīng)重量的面板合金粉末和泡沫鋁芯層的混合粉末；

(3)將稱取的下面板合金粉末、混合粉末和上面板合金粉末一次順序裝入預(yù)先加工和組裝好的磨具中，三種粉體呈層狀分布，每裝入一種粉末使用鋼壓頭將粉末預(yù)壓后再裝入下一種粉末，其中個(gè)，粉末裝填的相對(duì)密度為50-60％；

(4)將裝填粉末后的鋼磨具置于熱壓機(jī)中，熱壓致密化，然后去除磨具獲得可發(fā)泡的夾心板預(yù)制件，其中夾心板預(yù)制件的相對(duì)密度均不低于98％；

(5)將步驟(4)制備的可發(fā)泡的夾心板預(yù)制件進(jìn)行二次加工提高質(zhì)量和改變外形尺寸，得到二次加工預(yù)制件；

(6)將步驟(4)制備的可發(fā)泡的夾心板預(yù)制件或者步驟(5)制備的二次加工預(yù)制件放入預(yù)先加熱好的加熱爐中，在加熱發(fā)泡，芯層充分發(fā)泡膨脹，面板保持不變，發(fā)泡完成后冷卻獲得初成品；

(7)將步驟(6)制備的初成品慢慢放入流體狀聚合物中，使出初成品的單面滲入聚合物中，固化，去除多余的聚合物，翻版后，將處成品的另一面重復(fù)上述操作，得到具有梯度界面的聚合物/泡沫鋁夾心板。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(4)中，熱壓致密化的溫度為300-500℃，壓力為20-80mpa，時(shí)間為30-120min。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(6)中，加熱發(fā)泡的溫度為645-700℃，時(shí)間為5-15min。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(6)中，初成品包括上下金屬面層和中間的泡沫芯層，所述金屬面層與泡沫芯層之間不存在清晰界面，而是梯度界面區(qū)域，該界面區(qū)域內(nèi)成分和結(jié)構(gòu)連續(xù)過渡。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(6)中，所述聚合物為環(huán)氧樹脂、聚氨酯或者橡膠。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(6)中，固化溫度為40-70℃，時(shí)間為2h。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明制備的具有梯度界面的聚合物/泡沫鋁夾心板的上下面經(jīng)聚合物改性處理，聚合物面層的柔性大，可改善泡沫鋁夾心板受力時(shí)面層剝離的問題，使具有梯度界面的聚合物/泡沫鋁夾心板在靜態(tài)局部受壓時(shí)具有較好的整體性、穩(wěn)定性和吸能性能。

(2)本發(fā)明制備的具有梯度界面的聚合物/泡沫鋁夾心板中上下金屬面層與芯層沒有清晰的界面，是以一定寬度的梯度過渡界面存在，成分和結(jié)構(gòu)連續(xù)過渡，使上下簡(jiǎn)述面層與芯層之間結(jié)合度高，進(jìn)一步改善泡沫鋁夾心板受力時(shí)面層剝離的問題，提高泡沫鋁夾心板的使用壽命。

(3)本發(fā)明制備的具有梯度界面的聚合物/泡沫鋁夾心板與傳統(tǒng)的金屬面層泡沫鋁夾心板相比，在強(qiáng)度、剛度、吸能能力和整體性能方面都有顯著提高。

(4)本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單，可操控性高，將泡沫鋁與面板的復(fù)合工序和預(yù)制件緊實(shí)成形工序合二為一，不需要進(jìn)行表面清潔處理，簡(jiǎn)化了工藝流程，降低了成本，而且材料和尺寸的可控性更好，有利于獲得多種形態(tài)和性質(zhì)的產(chǎn)品，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定，在附圖中：

附圖1是具有梯度界面的聚合物/泡沫鋁夾心板結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1、上表層2、上金屬面層3、上中層4、芯層5、下中層6、下金屬面層7、下表層

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合具體實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實(shí)施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

實(shí)施例1：

(1)將139.3g的150目的al-11si合金粉與0.7g的粒徑為325目的發(fā)泡劑氫化鈦粉再混料機(jī)上混合制成混合粉末，混料時(shí)長(zhǎng)為8h，其中，鋁合金粉占混合粉末的質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.5％，氫化鈦粉占混合粉末的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5％。

(2)將90g的150目的3003鋁合金粉末、混合粉末和90g的150目的3003鋁合金粉末一次順序裝入預(yù)先加工和組裝好的磨具中，三種粉體呈層狀分布，每裝入一種粉末使用鋼壓頭將粉末預(yù)壓后再裝入下一種粉末，使得三層粉體的厚度分別達(dá)到5mm、8mm和5mm，其中粉末裝填的相對(duì)密度為60％。

(3)將裝填粉末后的鋼磨具置于熱壓機(jī)中，先升溫至300℃，保溫30min后加壓壓制，壓力為60mpa，然后去除磨具獲得可發(fā)泡的夾心板預(yù)制件，其中夾心板預(yù)制件的相對(duì)密度為100％。

(4)將可發(fā)泡的夾心板預(yù)制件的兩面進(jìn)行銑削加工使得面板的平整度提高，再經(jīng)過拋光加工，得到二次加工預(yù)制件。

(5)將二次加工預(yù)制件放入預(yù)先加熱好的加熱爐中，在645℃下加熱發(fā)泡7min，芯層充分發(fā)泡膨脹，面板保持不變，發(fā)泡完成后冷卻獲得初成品。

(6)將初成品慢慢放入流體狀環(huán)氧樹脂聚合物中，使出初成品的單面滲入聚合物中，在40℃下固化2h，去除多余的聚合物，翻版后，將處成品的另一面重復(fù)上述操作，得到具有梯度界面的聚合物/泡沫鋁夾心板。

實(shí)施例2：

(1)將261.1g的150目的al-10si-0.5mg合金粉與1.3g的粒徑為325目的發(fā)泡劑氫化鈦粉再混料機(jī)上混合制成混合粉末，混料時(shí)長(zhǎng)為8h，其中，鋁合金粉占混合粉末的質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.5％，氫化鈦粉占混合粉末的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5％。

(2)將118.8g的150目的純鋁粉末、混合粉末和118.8g的150目的純鋁粉末一次順序裝入預(yù)先加工和組裝好的磨具中，三種粉體呈層狀分布，每裝入一種粉末使用鋼壓頭將粉末預(yù)壓后再裝入下一種粉末，使得三層粉體的厚度分別達(dá)到6.7mm、15mm和6.7mm，其中粉末裝填的相對(duì)密度為60％。

(3)將裝填粉末后的鋼磨具置于熱壓機(jī)中，先升溫至300℃，保溫30min后加壓壓制，壓力為20mpa，然后去除磨具獲得可發(fā)泡的夾心板預(yù)制件，其中夾心板預(yù)制件的相對(duì)密度為100％。

(4)將可發(fā)泡的夾心板預(yù)制件的兩面進(jìn)行銑削加工使得面板的平整度提高，再經(jīng)過拋光加工，得到二次加工預(yù)制件。

(5)將二次加工預(yù)制件放入預(yù)先加熱好的加熱爐中，在645℃下加熱發(fā)泡5min，芯層充分發(fā)泡膨脹，面板保持不變，發(fā)泡完成后冷卻獲得初成品。

(6)將初成品慢慢放入流體狀聚氨酯聚合物中，使出初成品的單面滲入聚合物中，在70℃下固化2h，去除多余的聚合物，翻版后，將處成品的另一面重復(fù)上述操作，得到具有梯度界面的聚合物/泡沫鋁夾心板。

實(shí)施例3：

(1)將400g的150目的6061鋁合金粉與4g的粒徑為325目的發(fā)泡劑氫化鈦粉再混料機(jī)上混合制成混合粉末，混料時(shí)長(zhǎng)為16h，其中，鋁合金粉占混合粉末的質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.5％，氫化鈦粉占混合粉末的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5％。

(2)將292g的150目的ti-6al-4v合金粉末、混合粉末和292g的150目的ti-6al-4v合金粉末一次順序裝入預(yù)先加工和組裝好的磨具中，三種粉體呈層狀分布，每裝入一種粉末使用鋼壓頭將粉末預(yù)壓后再裝入下一種粉末，使得三層粉體的厚度分別達(dá)到11mm、25mm和11mm，其中粉末裝填的相對(duì)密度為54％。

(3)將裝填粉末后的鋼磨具置于熱壓機(jī)中，先升溫至500℃，保溫60min后加壓壓制，壓力為80mpa，然后去除磨具獲得可發(fā)泡的夾心板預(yù)制件，其中夾心板預(yù)制件的相對(duì)密度為100％。

(4)將可發(fā)泡的夾心板預(yù)制件置于箱式爐中，在400℃保溫1h，隨后進(jìn)行軋制加工，軋制總變形量50％，得到二次加工預(yù)制件。

(5)將二次加工預(yù)制件放入預(yù)先加熱好的加熱爐中，在680℃下加熱發(fā)泡9min，芯層充分發(fā)泡膨脹，面板保持不變，發(fā)泡完成后冷卻獲得初成品。

(6)將初成品慢慢放入流體狀橡膠聚合物中，使出初成品的單面滲入聚合物中，在60℃下固化2h，去除多余的聚合物，翻版后，將處成品的另一面重復(fù)上述操作，得到具有梯度界面的聚合物/泡沫鋁夾心板。

實(shí)施例4：

(1)將665.5g的150目的純鋁粉與13.5g的粒徑為325目的發(fā)泡劑氫化鈦粉再混料機(jī)上混合制成混合粉末，混料時(shí)長(zhǎng)為8h，其中，鋁粉占混合粉末的質(zhì)量分?jǐn)?shù)98％，氫化鈦粉戰(zhàn)混合粉末的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2％。

(2)將748g的150目的304不銹鋼合金粉末、混合粉末和748g的150目的304不銹鋼合金粉末一次順序裝入預(yù)先加工和組裝好的磨具中，三種粉體呈層狀分布，每裝入一種粉末使用鋼壓頭將粉末預(yù)壓后再裝入下一種粉末，使得三層粉體的厚度分別達(dá)到17mm、46mm和17mm，其中粉末裝填的相對(duì)密度為50％。

(3)將裝填粉末后的鋼磨具置于熱壓機(jī)中，先升溫至500℃，保溫120min后加壓壓制，壓力為80mpa，然后去除磨具獲得可發(fā)泡的夾心板預(yù)制件，其中夾心板預(yù)制件的相對(duì)密度為98％。

(4)將可發(fā)泡的夾心板預(yù)制件置于箱式爐中，在400℃保溫2h，隨后進(jìn)行軋制加工，軋制總變形量30％，得到二次加工預(yù)制件。

(5)將二次加工預(yù)制件放入預(yù)先加熱好的加熱爐中，在700℃下加熱發(fā)泡15min，芯層充分發(fā)泡膨脹，面板保持不變，發(fā)泡完成后冷卻獲得初成品。

(6)將初成品慢慢放入流體狀環(huán)氧樹脂聚合物中，使出初成品的單面滲入聚合物中，在50℃下固化2h，去除多余的聚合物，翻版后，將處成品的另一面重復(fù)上述操作，得到具有梯度界面的聚合物/泡沫鋁夾心板。

實(shí)施例5：

(1)將400g的150目的6061鋁合金粉與4g的粒徑為325目的發(fā)泡劑氫化鈦粉再混料機(jī)上混合制成混合粉末，混料時(shí)長(zhǎng)為16h，其中，鋁合金粉占混合粉末的質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.5％，氫化鈦粉占混合粉末的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5％。

(2)將292g的150目的ti-6al-4v合金粉末、混合粉末和292g的150目的ti-6al-4v合金粉末一次順序裝入預(yù)先加工和組裝好的磨具中，三種粉體呈層狀分布，每裝入一種粉末使用鋼壓頭將粉末預(yù)壓后再裝入下一種粉末，使得三層粉體的厚度分別達(dá)到11mm、25mm和11mm，其中粉末裝填的相對(duì)密度為54％。

(3)將裝填粉末后的鋼磨具置于熱壓機(jī)中，先升溫至500℃，保溫80min后加壓壓制，壓力為70mpa，然后去除磨具獲得可發(fā)泡的夾心板預(yù)制件，其中夾心板預(yù)制件的相對(duì)密度為99％。

(4)將可發(fā)泡的夾心板預(yù)制件置于箱式爐中，在400℃保溫2h，隨后進(jìn)行軋制加工，軋制總變形量50％，得到二次加工預(yù)制件。

(5)將二次加工預(yù)制件放入預(yù)先加熱好的加熱爐中，在680℃下加熱發(fā)泡10min，芯層充分發(fā)泡膨脹，面板保持不變，發(fā)泡完成后冷卻獲得初成品。

(6)將初成品慢慢放入流體狀環(huán)氧樹脂聚合物中，使出初成品的單面滲入聚合物中，在65℃下固化2h，去除多余的聚合物，翻版后，將處成品的另一面重復(fù)上述操作，得到具有梯度界面的聚合物/泡沫鋁夾心板。

實(shí)施例6：

(1)將665.5g的150目的純鋁粉與13.5g的粒徑為325目的發(fā)泡劑氫化鈦粉再混料機(jī)上混合制成混合粉末，混料時(shí)長(zhǎng)為8h，其中，鋁粉占混合粉末的質(zhì)量分?jǐn)?shù)98％，氫化鈦粉戰(zhàn)混合粉末的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2％。

(2)將748g的150目的304不銹鋼合金粉末、混合粉末和748g的150目的304不銹鋼合金粉末一次順序裝入預(yù)先加工和組裝好的磨具中，三種粉體呈層狀分布，每裝入一種粉末使用鋼壓頭將粉末預(yù)壓后再裝入下一種粉末，使得三層粉體的厚度分別達(dá)到17mm、46mm和17mm，其中粉末裝填的相對(duì)密度為50％。

(3)將裝填粉末后的鋼磨具置于熱壓機(jī)中，先升溫至550℃，保溫120min后加壓壓制，壓力為80mpa，然后去除磨具獲得可發(fā)泡的夾心板預(yù)制件，其中夾心板預(yù)制件的相對(duì)密度為99％。

(4)將可發(fā)泡的夾心板預(yù)制件置于箱式爐中，在400℃保溫2h，隨后進(jìn)行軋制加工，軋制總變形量30％，得到二次加工預(yù)制件。

(5)將二次加工預(yù)制件放入預(yù)先加熱好的加熱爐中，在650℃下加熱發(fā)泡15min，芯層充分發(fā)泡膨脹，面板保持不變，發(fā)泡完成后冷卻獲得初成品。

(6)將初成品慢慢放入流體狀環(huán)氧樹脂聚合物中，使出初成品的單面滲入聚合物中，在55℃下固化2h，去除多余的聚合物，翻版后，將處成品的另一面重復(fù)上述操作，得到具有梯度界面的聚合物/泡沫鋁夾心板。

將實(shí)施例1-6制備的具有梯度界面的聚合物/泡沫鋁夾心板以及現(xiàn)有技術(shù)的泡沫鋁夾心板的總厚度極限承載力以及在5m/s的沖擊速度下的外觀結(jié)果如下所示：

由上表可見，本發(fā)明制備的具有梯度界面的聚合物/泡沫鋁夾心板機(jī)械能力顯著提高，且耐沖壓性好，不易分離破壞。

上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。