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纤维金属层板(Fiber Metal Laminates,FMLs)是一种由金属板材和纤维增强材料(一般为树脂基复合材料)采用特定的铺层方式,在特定的温度和压力下通过预处理、层压和固化等工艺制成的层间混杂复合材料,故也称为超混杂层板(Super Hybrid Laminates)。相比于传统的热固性纤维金属层板,热塑性FMLs具有更好的耐热性,更高的比刚度和比强度,优良的抗疲劳性能和耐腐蚀性能。其成型周期短、成型工艺简单、可回收再利用等优异的加工性能使得其被广泛应用于航空航天领域。国外对于超混杂层板的开发已有了一定的进展,甚至有些已投入应用,但国内对于其研究还处于起步阶段。尤其是针对热塑性FMLs的研究还鲜有所闻。因此本文将探究Ti/APC-2超混杂层板的制备过程并研究材料的高温力学性能失效模式产生原因和机理。本文首先制备了Ti/APC-2(APC-2是单向AS-4碳纤维增强聚醚醚酮的片状树脂基复合材料)超混杂层板:为了改善金属板与树脂粘结性能,本试验对金属板进行喷砂粗化处理和KH-550硅烷化处理,通过设置不同硅烷偶联剂浓度、不同硅烷膜固化温度和固化时间来探究固化工艺过程;然后采用热压法制备出了三种铺层方式的纤维金属层板,结构分别是:Ⅰ型[Ti/0°/Ti]、Ⅱ型[Ti/0°/Ti/0°/Ti]和Ⅲ型[Ti/0°/90°/Ti/90°/0°/Ti]。通过对层板力学性能试验确定出最佳工艺参数,当偶联剂浓度为10%时,在130℃的固化温度下固化1 h所获得的硅烷膜较为稳定,使得金属与树脂的界面结合强度更好。采用RA-IR和EDS对处理后的钛板表面成分、结构和化学键合状况进行分析,对比多组红外谱图说明了硅烷偶联剂与钛板表面形成良好地键合,表明试验所用固化工艺可以制备出较为完整的硅烷膜以改善金属与树脂的粘接性能。对偶联剂处理后的钛板进行XPS表征,通过分峰对含O官能团进行解析,进而得出KH-550与金属表面发生了作用,形成了化学键的结论。利用SEM对处理前后钛板表面、不同固化条件下的硅烷膜和纤维金属层板试样的剖面进行了拍照,从物理啮合和化学键合两个角度进一步证明了制备工艺的可靠性。最后探究了高温环境对不同铺层方式的Ti/APC-2复合层板力学性能的影响。通过拉伸、弯曲和层间剪切力学试验分析了高温环境对不同铺层方式纤维金属层板失效模式的成因。对拉伸、弯曲和层间剪切试验试件断口形貌进行了显微分析,并从高分子热物理性能的角度对试验结果进行了失效机理分析。从中可以得出结论:对于拉伸试验,同一温度下,不同铺层方式层板的拉伸强度大小顺序是:Ⅱ型>Ⅲ型>Ⅰ型;对于同一结构板而言,温度越高,其拉伸强度越低。用偶联剂处理过的Ⅱ型层板的拉伸强度最高可达838 MPa。对于弯曲试验,同一温度下,不同铺层方式层板的弯曲强度大小顺序是:Ⅰ型>Ⅲ型>Ⅱ型;其中Ⅰ型层板室温下的弯曲强度最高可达1224 MPa,对于同一结构板而言,温度越高,其弯曲强度和模量越低。对于层间剪切试验,同一温度下,不同铺层方式层板的层间剪切强度大小顺序是:Ⅰ型>Ⅱ型>Ⅲ型,结构Ⅰ室温下的层间剪切强度为77 MPa。对于同一结构板而言,温度越高,其层间剪切强度越低。而经过偶联剂处理可以优化Ⅱ型层板的层间剪切强度。