專利名稱：一種金屬與復合材料共復合的型材的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于復合型材領域，尤其涉及一種金屬與復合材料共復合的型材。
背景技術：
復合材料作為一種新型材料，具有質量輕，強度大，耐腐蝕，結構可設計性強等優(yōu)點，廣泛應用于汽車，航空航天，建筑，體育用品等領域，復合材料型材也在多個領域替代了金屬型材。但是與金屬型材相比，復合材料型材也有其弱點，如抗沖擊性差，不耐磨損，連接困難，不能焊接等。關于復合型材，目前有對金屬型材做改進，制成復合金屬材料，如將兩種不同材質的鋁系合金，擇其一作為芯材；然后擇其與芯材為不同材質的鋁系合金加工成形為中空的外覆體，且結合于該芯材外側，制成鋁合金錠；再對鋁合金錠施以加熱至可塑性，然后將該鋁合金錠擠制成內外層包含二種不同材質的鋁系合金的復層式長條擠制型材產品。同時也有對復合材料所做的改進文獻，如可以將木塑復合材料或木塑發(fā)泡材料制成內芯和加強層，加強層全包或半包覆于內芯外表面。其中，所述木塑復合材料內芯為中空或實芯芯材；所述加強層為高性能樹脂材料或改性復合材料。但上述改進還是具有金屬材料和復合型材各自應用的弊端，為了綜合金屬型材與復合材料型材的優(yōu)點，本實用新型提出了一種新型金屬與復合材料共復合的型材。

實用新型內容本實用新型提供了一種金屬與復合材料共復合的型材，該型材是一種新型的復合型材，既能保持復合材料質量輕強度大的優(yōu)點，又可以像金屬型材一樣抗沖擊，耐磨，可焊接。為了達到以上目的，本實用新型采用了以下方案一種金屬與復合材料共復合的型材，包括金屬型材外套，彈性體保護層，復合材料型材骨架；所述金屬型材外套內嵌有復合材料型材骨架，兩者中間設置有所述彈性體保護層。其中，金屬型材外套兩端還具有封端部分。上述金屬型材外套的封閉部分是為了實現(xiàn)復合材料型材骨架的定位，也可以采用金屬型材外套兩端塑性擠壓進行縮徑的方法完成定位；其中使用封閉部分效果更優(yōu)，不會隨著使用時間的延長發(fā)生位置偏移。并且需要兩端封閉，否則內部型材會向未封閉的一端滑移。其中，所述金屬與復合材料共復合的型材可以根據(jù)使用需要，制造成空心或者實心的均可。其中，所述金屬型材外套選自金屬薄壁方管，圓管或矩管。其中，所述金屬型材外套材質可以為鋼鐵，鋼鐵合金，鋁，鋁合金，銅或者銅合金等。優(yōu)選鋼鐵，鋁合金；更優(yōu)選鋼鐵。其中，所述金屬型材外套可以根據(jù)使用工況中沖擊力的不同，制備的厚度也不同，范圍比較寬，為0. l-100mm。其中，所述彈性體保護層可以是熱固性彈性體或熱塑性彈性體。其中，所述熱固性彈性體選自天然橡膠，異戊橡膠，聚丁二烯橡膠，丁苯橡膠，丁晴橡膠，商化丁晴橡膠，氯丁橡膠，丁基橡膠，商化丁基橡膠，氯化丁基橡膠，溴化丁基橡膠，二元乙丙橡膠和三元乙丙橡膠，氯醚橡膠，聚丙烯酸酯橡膠，硅橡膠，氟硅橡膠，氟橡膠和氯磺化聚乙烯中的一種或多種(一種為佳)。優(yōu)選硅橡膠，氟硅橡膠，氟橡膠。其中，所述熱塑性彈性體選自熱塑性聚烯烴彈性體，熱塑性苯乙烯類彈性體，聚氨酯類熱塑性彈性體，聚酯類熱塑性彈性體，聚酰胺熱塑性彈性體，含商素熱塑性彈性體，離子型熱塑性彈性體，乙烯共聚物熱塑性彈性體，1,2聚丁二烯熱塑性彈性體，反式聚異戊二烯熱塑性彈性體，熔融加工型熱塑性彈性體和熱塑性硫化膠中的一種或多種(一種為佳)。 優(yōu)選熱塑性聚烯烴彈性體，熱塑性苯乙烯類彈性體或聚氨酯類熱塑性彈性體。更優(yōu)選聚氨酯類熱塑性彈性體。上述彈性體保護層耐老化，耐高低溫并且可以用以封裝。其中，所述彈性體保護層根據(jù)使用工況中沖擊力的不同，制備的厚度也不同，范圍為0. 1-lOmm，該厚度可以滿足沖擊要求。其中，所述彈性體保護層全包覆在復合材料型材骨架上。其中，所述復合材料型材骨架可以是復合材料方管，圓管，矩管，槽鋼或工字鋼等。其中，所述復合材料型材骨架的材質為以纖維為增強體，熱塑性樹脂或熱固性樹脂為基體的復合材料。復合材料可以是一種或多種，一種為佳。其中，所述復合材料型材骨架中纖維體積含量在60-75%之間。其中，所述復合材料型材骨架中的纖維為碳纖維，玻璃纖維，芳綸纖維，玄武巖纖維或混雜纖維。其中，所述混雜纖維為碳纖維，玻璃纖維，芳綸纖維或玄武巖纖維的任意組合。其中，所述復合材料型材骨架中的熱塑性樹脂為聚乙烯，聚丙烯，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，聚醚醚酮，聚氯乙烯，聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚碳酸酯 (PC)，聚甲基丙烯酸甲酯，過氧化二碳酸二環(huán)乙酯(DCPD)，聚四氟乙烯，聚氨酯或聚丙乙烯寸。其中，所述復合材料型材骨架中的熱固性樹脂為環(huán)氧樹脂，不飽和聚酯，乙烯基樹脂或酚醛樹脂等。也就是，所述復合材料型材骨架的材質為碳纖維增強熱塑性復合材料，碳纖維增強熱固性復合材料，玻璃纖維增強熱塑性復合材料，玻璃纖維增強熱固性復合材料，芳綸纖維增強熱塑性復合材料，芳綸纖維增強熱固性復合材料，玄武巖纖維增強熱塑性復合材料或玄武巖纖維增強熱固性復合材料等。所述碳纖維增強熱塑性復合材料選自碳纖維增強聚乙烯復合材料，碳纖維增強聚丙烯復合材料，碳纖維增強ABS復合材料，碳纖維增強聚醚醚酮復合材料，碳纖維增強聚氯乙烯復合材料，碳纖維增強PET復合材料，碳纖維增強PC復合材料，碳纖維增強聚甲基丙烯酸甲酯復合材料，碳纖維增強DCPD復合材料，碳纖維增強聚四氟乙烯復合材料，碳纖維增強聚氨酯復合材料或碳纖維增強聚丙乙烯復合材料等?？梢允且环N或多種，一種為佳。所述碳纖維增強熱固性復合材料選自碳纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料，碳纖維增強不飽和聚酯復合材料，碳纖維增強乙烯基復合材料或者碳纖維增強酚醛樹脂復合材料?？梢允且环N或多種，一種為佳。所述玻璃纖維增強熱塑性復合材料選自玻璃纖維增強聚乙烯復合材料，玻璃纖維增強聚丙烯復合材料，玻璃纖維增強ABS復合材料，玻璃纖維增強聚醚醚酮復合材料，玻璃纖維增強聚氯乙烯復合材料，玻璃纖維增強PET復合材料，玻璃纖維增強PC復合材料，玻璃纖維增強聚甲基丙烯酸甲酯復合材料，玻璃纖維增強DCPD復合材料，玻璃纖維增強聚四氟乙烯復合材料，玻璃纖維增強聚氨酯復合材料或者玻璃纖維增強聚丙乙烯復合材料等?？梢允且环N或多種，一種為佳。所述玻璃纖維增強熱固性復合材料選自玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料，玻璃纖維增強不飽和聚酯復合材料，玻璃纖維增強乙烯基復合材料或者玻璃纖維增強酚醛樹脂復合材料?？梢允且环N或多種，一種為佳。所述芳綸纖維增強熱塑性復合材料選自芳綸纖維增強聚乙烯復合材料，芳綸纖維增強聚丙烯復合材料，芳綸纖維增強ABS復合材料，芳綸纖維增強聚醚醚酮復合材料，芳綸纖維增強聚氯乙烯復合材料，芳綸纖維增強PET復合材料，芳綸纖維增強PC復合材料，芳綸纖維增強聚甲基丙烯酸甲酯復合材料，芳綸纖維增強DCPD復合材料，芳綸纖維增強聚四氟乙烯復合材料，芳綸纖維增強聚氨酯復合材料或者芳綸纖維增強聚丙乙烯復合材料等。可以是一種或多種，一種為佳。所述芳綸纖維增強熱固性復合材料選自玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料，芳綸纖維增強強不飽和聚酯復合材料，芳綸纖維增強強乙烯基復合材料或者芳綸纖維增強強酚醛樹脂復合材料。可以是一種或多種，一種為佳。所述玄武巖纖維增強熱塑性復合材料選自玄武巖纖維增強聚乙烯復合材料，玄武巖纖維增強聚丙烯復合材料，玄武巖纖維增強ABS復合材料，玄武巖纖維增強聚醚醚酮復合材料，玄武巖纖維增強聚氯乙烯復合材料，玄武巖纖維增強PET復合材料，玄武巖纖維增強PC復合材料，玄武巖纖維增強聚甲基丙烯酸甲酯復合材料，玄武巖纖維增強DCPD復合材料，玄武巖纖維增強聚四氟乙烯復合材料，玄武巖纖維增強聚氨酯復合材料或者玄武巖纖維增強聚丙乙烯復合材料等。可以是一種或多種，一種為佳。所述玄武巖纖維增強熱固性復合材料選自玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料，玄武巖纖維增強不飽和聚酯復合材料，玄武巖纖維增強乙烯基復合材料或者玄武巖纖維增強酚醛樹脂復合材料?？梢允且环N或多種，一種為佳。其中，所述復合材料型材骨架的材質優(yōu)選碳纖維增強熱塑性復合材料或碳纖維增強熱固性復合材料。其中，所述復合材料型材骨架的材質更優(yōu)先碳纖維增強聚丙烯復合材料或碳纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料等。其中，所述復合材料型材骨架可以是一層結構，厚度為l_200mm。其中，所述復合材料型材骨架，彈性體保護層和金屬型材外套的厚度比值為 100 (1-20) (1-50)；優(yōu)先范圍為 100 (1-10) (2-20)。本申請繼續(xù)提供了一種金屬與復合材料共復合的型材的制備方法，包括將彈性體保護層包覆于復合材料型材骨架，然后一同插入金屬型材外套。上述金屬與復合材料共復合的型材的制備方法，還包括將金屬型材外套兩端的金屬型材外套封端部分閉合并焊接，完成復合材料型材骨架的定位。其中，所述將彈性體保護層包覆于復合材料型材骨架，是通過粘接方式實現(xiàn)的。其中，所述粘接所用粘合劑為環(huán)氧膠或者聚氨酯膠等。其中，將包覆有彈性體保護層的復合材料型材骨架插入金屬型材外套，所述彈性體保護層受到金屬型材外套的壓縮，利用其恢復力與金屬型材外套緊密接觸。如果采用密封膠灌裝，使得復合材料型材骨架內嵌于金屬型材外套中，由于沒有恢復力，不能達到預期效果。上述制備方法中復合材料型材骨架，彈性體保護層，金屬型材外套和金屬型材外套封端部分的限定均與本實用新型內容中所述金屬與復合材料共復合的型材中相應限定相同。本實用新型內容提供的金屬與復合材料共復合的型材可用于交通工具上，尤其適用于在汽車，卡車，動車等。本實用新型設計的金屬與復合材料共復合型材，外層為金屬型材外套，可以承擔磨損，同時可以與其他金屬型材進行焊接。中間層為彈性體保護層，其耐高溫性質可以在外層金屬焊接時自身不受損害并且保護內層復合材料型材骨架，同時承擔沖擊力。最內層為復合材料型材骨架，為主要承力結構，并且是整體保持了復合材料質輕強度大的優(yōu)點；尤其適用于在汽車，卡車，動車等交通工具上替代金屬材料，達到輕量化的目的，重量僅為金屬材質的25% -65%?？傊?，本實用新型的復合型材整體上既能保持復合材料質量輕強度大的優(yōu)點，又可以像金屬型材一樣抗沖擊，耐磨，可焊接；并且制備方法簡單易行，在交通工具制造領域具有很廣闊的應用前景。

圖1為整體呈方形的復合型材結構示意圖；其中1為金屬型材外套，2為彈性體保護層，3為復合材料型材骨架，11為金屬型材外套封端部分。圖2為整體呈方形的復合型材結構剖面圖；同樣地，其中1為金屬型材外套，2為彈性體保護層，3為復合材料型材骨架。
具體實施方式
以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。參考圖1，本實用新型所涉及的金屬與復合材料共復合型材，包括金屬型材外套 1，彈性體保護層2，復合材料型材骨架3 ；其中，金屬型材外套1兩端還可以具有封端部分 11。其中，所述復合材料型材骨架3粘貼所述彈性體保護層2后，一同插入所述金屬型材外套1，而后封閉于金屬型材外套兩端的封端部分11。本實用新型的復合型材制備方法如下第一步，采用拉擠工藝生產出復合材料型材骨架3，根據(jù)設計要求選用合適的纖維以及樹脂，以及材料的外形尺寸；第二步，在復合材料型材骨架3外部粘貼彈性體保護層2，其厚度以能滿足沖擊要求為準；第三步，將粘貼彈性體保護層2的復合材料型材骨架3插入金屬型材外套1中，彈性體保護層2受到金屬型材外套1的壓縮，利用其恢復力與金屬型材外套1緊密接觸；第四步，將金屬型材外套1兩端的金屬型材外套封端部分11閉合并焊接，完成復合材料型材骨架3的定位。制得的型材由于外部為金屬材質，其耐磨性與金屬材質一致，且大大高于復合材料。實施例1第一步，使用拉擠工藝生產出復合材料型材骨架3，復合材料型材3所用碳纖維為藍星CT-580，24K，樹脂為無錫樹脂廠生產的E51環(huán)氧樹脂體系，外尺寸為95mm方管，壁厚為 IOmm ；第二步，在復合材料型材骨架3外部粘貼彈性體保護層2，彈性體保護層2為硅橡膠，其厚度為5mm，粘貼所用粘合劑為環(huán)氧膠；第三步，將粘貼彈性體保護層2的復合材料型材骨架3插入金屬型材外套1中，金屬套管為不銹鋼301材質，外形尺寸為IOOmm方管，壁厚為2mm ；第四步，將金屬型材外套1兩端的金屬型材外套封端部分11閉合，然后焊接，完成復合材料型材骨架3的定位。制得型材的重量為14. 32Kg/m，是同等體積鋼鐵重量的36%，而同時強度為 1444Mpa,是 Q235 鋼的 2. 33 倍。實施例2第一步，使用拉擠工藝生產出復合材料型材骨架3，復合材料型材3所用碳纖維為東麗T-700，12K，樹脂為無錫樹脂廠生產的E51環(huán)氧樹脂體系，外尺寸為95mm方管，壁厚為 IOmm ；第二步，在復合材料型材骨架3外部粘貼彈性體保護層2，彈性體保護層2為硅橡膠，其厚度為5mm，粘貼所用粘合劑為環(huán)氧膠；第三步，將粘貼彈性體保護層2的復合材料型材骨架3插入金屬型材外套1中，金屬套管為鋁合金6061材質，外形尺寸為IOOmm方管，壁厚為2mm ；第四步，將金屬型材外套1兩端的金屬型材外套封端部分11閉合，然后焊接，完成復合材料型材骨架3的定位。 制得型材的重量為10. 24Kg/m,是同等體積鋼鐵重量的22 %，而同時強度為 1862Mpa，是高強度鋼的三倍。實施例3產品尺寸和制作步驟同實施例1，金屬外套為鋁合金，保護層為聚烯烴彈性體，復合材料型材為玻璃纖維增強聚丙烯；制品性能如實驗例1表中所示。實施例4產品尺寸和制作步驟同實施例1，金屬外套為銅鎳合金，保護層為聚氨酯彈性體， 復合材料型材為芳綸纖維增強丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯共聚物；制品性能如實驗例1表中所示。實施例5[0077]產品尺寸和制作步驟同實施例1，金屬外套為鋁合金，保護層為聚烯烴彈性體，復合材料型材為玄武巖纖維增強聚丙烯；制品性能如實驗例1表中所示。對比實施例1第一步，使用拉擠工藝生產出復合材料型材骨架3，復合材料型材3所用碳纖維為藍星CT-580，24K，樹脂為無錫樹脂廠生產的E51環(huán)氧樹脂體系，外尺寸為95mm方管，壁厚為 IOmm ；第二步，在復合材料型材骨架3外部粘貼彈性體保護層2，彈性體保護層2為硅橡膠，其厚度為5mm，粘貼所用粘合劑為環(huán)氧膠；第三步，將粘貼彈性體保護層2的復合材料型材骨架3插入金屬型材外套1中，金屬套管為不銹鋼301材質，外形尺寸為IOOmm方管，壁厚為2mm ；制得型材的重量為14. 32Kg/m，是同等體積鋼鐵重量的30%，而同時強度為 1444Mpa,是 Q235 鋼的 2. 33 倍。在經過長期的扭轉耐疲勞試驗后，彈性體保護層2和金屬型材外套1發(fā)生相對位移，嚴重影響使用安全性。實驗例1同時，復合材料型材骨架3使用碳纖維，玻璃纖維，芳綸纖維，玄武巖纖維為增強體原料，和使用Q235鋼制得的型材性能對比如下表所示(其他條件同實施例1)
權利要求1.一種金屬與復合材料共復合的型材，其特征在于，包括金屬型材外套(1)，彈性體保護層(2)，復合材料型材骨架(3)；所述金屬型材外套(1)內嵌有復合材料型材骨架(3)， 兩者中間設置有所述彈性體保護層(2)。
2.根據(jù)權利要求1所述的金屬與復合材料共復合的型材，其特征在于所述金屬型材外套(1)兩端還具有封端部分(11)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的金屬與復合材料共復合的型材，其特征在于所述金屬型材外套(1)的材質為鋼鐵，鋼鐵合金，鋁，鋁合金，銅或者銅合金。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的金屬與復合材料共復合的型材，其特征在于所述金屬型材外套(1)選自金屬薄壁方管，圓管或矩管；厚度為0. l-100mm。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的金屬與復合材料共復合的型材，其特征在于所述彈性體保護層(2)為熱固性彈性體或熱塑性彈性體。
6.根據(jù)權利要求5所述的金屬與復合材料共復合的型材，其特征在于所述熱固性彈性體選自天然橡膠，異戊橡膠，聚丁二烯橡膠，丁苯橡膠，丁晴橡膠，商化丁晴橡膠，氯丁橡膠，丁基橡膠，鹵化丁基橡膠，氯化丁基橡膠，溴化丁基橡膠，二元乙丙橡膠和三元乙丙橡膠，氯醚橡膠，聚丙烯酸酯橡膠，硅橡膠，氟硅橡膠，氟橡膠和氯磺化聚乙烯中的一種或多種；所述熱塑性彈性體選自熱塑性聚烯烴彈性體，熱塑性苯乙烯類彈性體，聚氨酯類熱塑性彈性體，聚酯類熱塑性彈性體，聚酰胺熱塑性彈性體，含商素熱塑性彈性體，離子型熱塑性彈性體，乙烯共聚物熱塑性彈性體，1，2聚丁二烯熱塑性彈性體，反式聚異戊二烯熱塑性彈性體，熔融加工型熱塑性彈性體和熱塑性硫化膠中的一種或多種。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的金屬與復合材料共復合的型材，其特征在于所述彈性體保護層(2)的厚度為0. 1-lOmm，全包覆在復合材料型材骨架(3)上。
8.根據(jù)權利要求1或2所述的金屬與復合材料共復合的型材，其特征在于所述復合材料型材骨架(3)材質為以纖維為增強體，熱塑性樹脂或熱固性樹脂為基體的復合材料。
9.根據(jù)權利要求8所述的金屬與復合材料共復合的型材，其特征在于所述纖維為碳纖維，玻璃纖維，芳綸纖維，玄武巖纖維或混雜纖維；所述熱塑性樹脂為聚乙烯，聚丙烯，丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯共聚物，聚醚醚酮，聚氯乙烯，聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，過氧化二碳酸二環(huán)乙酯，聚四氟乙烯，聚氨酯或聚丙乙烯；所述熱固性樹脂為環(huán)氧樹脂，不飽和聚酯，乙烯基樹脂，酚醛樹脂。
10.根據(jù)權利要求1或2所述的金屬與復合材料共復合的型材，其特征在于所述復合材料型材骨架(3)是復合材料方管，圓管，矩管，槽鋼或工字鋼。
專利摘要本實用新型提供一種金屬與復合材料共復合的型材。所述型材包括金屬型材外套(1)，彈性體保護層(2)，復合材料型材骨架(3)。其中，復合材料型材骨架(3)粘貼彈性體保護層后(2)，一同插入金屬型材外套(1)，金屬型材外套(1)兩端還具有封端部分(11)。本實用新型的復合型材整體上既能保持復合材料質量輕強度大的優(yōu)點，又可以像金屬型材一樣抗沖擊，耐磨，可焊接；并且制備方法簡單易行，在交通工具制造領域具有很廣闊的應用前景。
文檔編號B32B25/10GK202293449SQ20112036523
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月26日 優(yōu)先權日2011年9月26日
發(fā)明者孫曉光, 孟秀青, 田宇黎, 高磊 申請人:藍星(北京)化工機械有限公司