CN101786356A - 一种共固化高阻尼复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在保证强度和刚度的条件下，可达到大幅度提高树脂基复合材料阻尼性能的共固化高阻尼复合材料的制备方法。采用厚度为0.3mm的丁腈橡胶作为粘弹性阻尼材料，复合材料预浸料为T700碳纤维/环氧树脂16层，将丁腈橡胶层铺设在复合材料预浸料第8、9层之间，丁腈橡胶层与复合材料预浸料一起，采用热压罐工艺，按照环氧树脂的固化条件设定温度与压力，共固化制得高阻尼复合材料。本发明的有益效果是，可以在保证复合材料的强度和刚度的同时，有效提高复合材料的阻尼性能，阻尼材料在使用过程中不易剥离，且不影响树脂基复合材料的力学性能与成型工艺。
Description
(一)技术领域
本发明涉及材料科学，具体说就是一种共固化高阻尼复合材料的制备方法。
(二)背景技术
通常的被动阻尼处理方法有自由阻尼结构和约束阻尼结构，这两种办法均属于事后处理，往往受到结构的尺寸、空间和重量等诸多条件的限制。此外，阻尼层在使用中容易与结构剥离，且阻尼层的使用尤其是约束阻尼结构容易导致整体结构刚度和强度的大幅下降。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种在保证强度和刚度的条件下，可达到大幅度提高树脂基复合材料阻尼性能的共固化高阻尼复合材料的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：采用厚度为0.3mm的丁腈橡胶作为粘弹性阻尼材料，复合材料预浸料为T700碳纤维/环氧树脂16层，将丁腈橡胶层铺设在复合材料预浸料第8、9层之间，丁腈橡胶层与复合材料预浸料一起，采用热压罐工艺，按照环氧树脂的固化条件设定温度与压力，共固化制得高阻尼复合材料。所述的丁腈橡胶的拉伸模量为114.02GPa，无阻尼层的复合材料预浸料模量为119.36GPa。
本发明共固化高阻尼复合材料的制备方法，克服现有的被动阻尼处理方法的不足，提供一种在保证强度和刚度的条件下，大幅度提高树脂基复合材料阻尼性能、在结构服役过程中不容易出现剥离现象的高阻尼复合材料。本发明的有益效果是，可以在保证复合材料的强度和刚度的同时，有效提高复合材料的阻尼性能，阻尼材料在使用过程中不易剥离，且不影响树脂基复合材料的力学性能与成型工艺。
(四)附图说明
图1为本发明的插入粘弹性阻尼材料层与无阻尼层复合材料的损耗因子DMTA温度普；
图2为本发明的损耗因子与弯曲模量随穿孔面积率变化曲线；
图3为本发明的共固化高阻尼复合材料结构示意图；
图4为本发明的阻尼薄膜穿孔示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明作进一步说明。
实施例1：结合图3，本发明一种共固化高阻尼复合材料的制备方法，采用厚度为0.3mm的丁腈橡胶作为粘弹性阻尼材料，复合材料预浸料为T700碳纤维/环氧树脂16层，将丁腈橡胶层铺设在复合材料预浸料第8、9层之间，丁腈橡胶层与复合材料预浸料一起，采用热压罐工艺，按照环氧树脂的固化条件设定温度与压力，共固化制得共固化高阻尼复合材料。所述的丁腈橡胶的拉伸模量为114.02GPa，无阻尼层的复合材料预浸料模量为119.36GPa。
实施例2：结合图1-图3，本发明采用的技术方案是：将粘弹性阻尼材料(例如橡胶)制备成厚度与复合材料单层(或纤维织物、预浸料)厚度相当的橡胶薄膜。首先，用丙酮清除阻尼薄膜表面残留的脱模剂等物质，然后，使用一定的工具打磨阻尼膜表面，使得阻尼膜表面变得粗糙，最后，在复合材料成型工艺过程中，将处理好的阻尼薄膜作为特定的铺层嵌入到复合材料铺层当中，粘弹性阻尼膜片与复合材料一起固化成型，形成一种新型的复合材料。复合材料的固化条件按照树脂供应商提供的固化工艺参数对固化温度与压力进行设定。由于复合材料包含单独的阻尼层，可达到有效提高复合材料阻尼性能的目的，由于阻尼薄膜与复合材料一起固化成型，形成一个整体，从而保证复合材料的刚度强度且在使用过程中不容易出现剥离现象。当采用RTM、VARI等液体成型工艺时，阻尼薄膜应穿一系列小孔，便于树脂的流动和渗透，同时可以保证复合材料的弯曲刚度。
实施例3：结合图1-图3，本发明可以在保证复合材料的强度和刚度的同时，有效提高复合材料的阻尼性能，阻尼材料在使用过程中不易剥离，且基本不影响树脂基复合材料的力学性能与成型工艺。
采用厚度为0.3mm的丁腈橡胶作为粘弹性阻尼材料，复合材料预浸料(T700碳纤维/环氧树脂)16层，丁腈橡胶层铺设在预浸料第8、9层之间。丁腈橡胶层与复合材料一起，采用热压罐工艺，按照环氧树脂的固化条件设定温度与压力，共固化制得新型粘弹阻尼层共固化复合材料。插入丁腈橡胶阻尼层复合材料的拉伸模量为114.02GPa，无阻尼层复合材料模量为119.36GPa，可见共固化丁腈橡胶层基本不改变复合材料的拉伸性能。
采用动态力学热分析(DMTA)测试材料的阻尼性能，并与无阻尼层复合材料进行比较，结果如图1所示。插入丁腈橡胶层复合材料最高损耗因子为19.2％，是无阻尼层复合材料的13倍左右，在温度范围为-50℃-50℃，共固化复合材料的阻尼性能是无阻尼层复合材料的2.5-13倍左右。
为了便于树脂的流动和渗透，或者提高共固化复合材料弯曲性能，可按照具体实际的要求对穿孔孔径以及间距进行设计。以穿孔间距为20mm，孔径由2-14mm变化为例，采用模态应变能法对共固化复合材料的阻尼与弯曲模量随穿孔面积率变化曲线如图2所示。粘弹阻尼层穿孔面积为总面积的0～7％左右时，随穿孔面积的增大，损耗因子迅速减小，而弯曲弹性模量则迅速增大；粘弹阻尼层穿孔面积大于总面积的7％时，损耗因子和弯曲弹性模量的变化均很小。当取穿孔面积率为3.39％时，孔径约为4mm，损耗因子为4.41％是无阻尼层复合材料的3倍以上，弯曲模量为无阻尼层复合材料的66.39％，而弯曲刚度为无阻尼层复合材料的91.07％。
可见，通过适当的设计，采用粘弹性阻尼材料与复合材料共固化技术，可在基本上不影响复合材料力学性能的基础上，大幅度提高复合材料阻尼性能。为了保证粘弹性阻尼材料层的使用效率，阻尼层的穿孔面积应小于总面积的7％。
Claims (2)
1.一种共固化高阻尼复合材料的制备方法，其特征在于：采用厚度为0.3mm的丁腈橡胶作为粘弹性阻尼材料，复合材料预浸料为T700碳纤维/环氧树脂16层，将丁腈橡胶层铺设在复合材料预浸料第8、9层之间，丁腈橡胶层与复合材料预浸料一起，采用热压罐工艺，按照环氧树脂的固化条件设定温度与压力，共固化制得共固化高阻尼复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种共固化高阻尼复合材料的制备方法，其特征在于：所述的丁腈橡胶的拉伸模量为114.02GPa，无阻尼层的复合材料预浸料模量为119.36GPa。
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