CN102179978A - 一种夹芯阻尼复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明介绍了一种夹芯阻尼复合材料，包括外层、内层和阻尼层，其中材料的外层为结构层，由纤维增强树脂基复合材料构成；材料的内层为夹芯层，由闭孔硬质泡沫组成；阻尼层位于在结构层和结构层之间或位于结构层与夹芯层之间；材料的外层和内层共同构成夹芯结构以提供材料整体的刚度和强度，并具有一定的降低振动的作用，夹芯层还具有减重、保温、隔音的功能，可适应不同的需求；阻尼层提高了材料的结构阻尼。本发明克服了以往阻尼复合材料力学性能和阻尼性能无法统一，成本较高不利于推广的缺点，在材料具有高刚度和高强度的基础上，使材料具有较高的结构阻尼，从而具有较好的减振性能。

Description

一种夹芯阻尼复合材料
 
技术领域
本发明涉及一种非金属阻尼材料，特别是一种夹芯阻尼复合材料。
背景技术
现有的阻尼型复合材料技术包括以下几种：（1）通过阻尼改性树脂来提高复合材料的阻尼性能，日本专利JP61.287.934公开了一种直接采用阻尼型不饱和树脂制作的阻尼复合材料，树脂的玻璃化温度为3℃，增强材料为无纺布制作的预侵料，在0℃、500Hz条件下复合材料的损耗因子高达0.32。另外，欧洲专利EP0337443 A1公开了一种阻尼复合材料，其树脂基体采用亚二甲苯基二胺和α末位直链脂肪族二元酯合成，简称“MX尼龙”，增强材料采用玻璃纤维。采用上述方法制作的阻尼复合材料具有比较好的阻尼性能，但是力学性能下降非常严重，无法作为结构材料使用；（2）通过铺层设计来提高复合材料的阻尼性能，如采用阻尼性能较好的kevlar纤维和力学性能较好的玻璃纤维进行混杂。这些复合材料阻尼处理技术都有难以实现力学性能和阻尼性能的统一、成本较高等缺点，推广和应用较为困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种夹芯阻尼复合材料，通过结构层、夹芯层、阻尼层材料和结构的合理配置，获取的复合材料减振性能好、比刚度和比强度高。
为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明的一种夹芯阻尼复合材料，材料结构包括外层、内层和阻尼层，其中材料的外层为结构层，由纤维增强树脂基复合材料构成；材料的内层为夹芯层，由闭孔硬质泡沫组成；阻尼层位于在结构层和结构层之间或位于结构层与夹芯层之间。材料的外层和内层共同构成夹芯结构以提供材料整体的刚度和强度，并具有一定的降低振动的作用，此外，夹芯层的存在还具有减重、保温、隔音的功能，可以适应不同的功能需求。阻尼层的存在大大提高了材料的结构阻尼，使材料具有高阻尼的性质。
所述的结构层的制造材料为纤维增强树脂基复合材料，增强材料选用高强玻璃纤维、高模玻璃纤维、玄武岩纤维织物的任一种，编织方式有平纹、缎纹、斜纹、双轴向；树脂基体要求为环氧树脂，环氧值在0.4~0.8之间，固化剂可以采用胺类或酸酐类固化剂，根据相应的固化体系采用常温固化或中高温固化；结构层的纤维重量百分比含量为40%~70%。优选的结构层厚度为1.5mm~7.5mm。
本发明的一种夹芯阻尼复合材料，进一步具体的结构还可以为：所述的夹芯层要求为闭孔硬质泡沫塑料，种类可以为聚氯乙烯泡沫塑料、聚乙烯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料等，要求密度在80~500kg/m3之间。优选的夹芯层厚度为15mm~100mm。
本发明的一种夹芯阻尼复合材料，进一步具体的结构还可以为：所述的阻尼层的制造材料为丙烯酸酯橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、氯化丁基橡胶类粘弹聚合物材料或改性聚合物材料。优选的阻尼层厚度为0.05mm~0.5mm。
这些技术方案也可以互相组合或者结合，从而达到更好的技术效果。
通过采用上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：
本发明的一种夹芯阻尼复合材料，克服了以往阻尼复合材料力学性能和阻尼性能无法统一，成本较高不利于推广的缺点，在材料具有高刚度和高强度的基础上，使材料具有较高的结构阻尼，从而具有较好的减振性能。并且由于该材料质量较轻，有利于在航空航天、船舶、列车机车、风电等对材料重量要求较高的行业的推广。
附图说明
图1是两层阻尼层结构的夹芯阻尼复合材料。
图2是四层阻尼层结构的夹芯阻尼复合材料。
图中，1为结构层，2 为夹芯层，3 为夹芯层。
具体实施方式
实施例1
结构形式见图1。
（1）结构层
树脂配方（重量百分比）：E51环氧树脂100份、T-31固化剂25份、501稀释剂5～10份、DMP-30促进剂1～5份。
增强材料选用缎纹高强玻璃纤维织物。纤维含量（重量百分比）：55%，上下两个结构层厚度均为3.5mm。
固化方式：室温固化24小时，后固化80℃5小时。
（2）夹芯层
夹芯层采用密度为500Kg/m3的聚氨酯泡沫，厚度为15mm。
（3）阻尼层
阻尼层采用3M公司的厚度为0.5mm的丙烯酸酯橡胶阻尼材料。
（4）性能测试
对该种结构材料进行弯曲刚度和振动性能的测试，并与同种结构的无阻尼层的夹芯复合材料进行频响测试加速度总振级的对比。
该材料弯曲刚度:2～3×108N·mm2；
对该材料进行频响测试分析，激励信号为正弦扫频激励，分析频率范围10～2000Hz，与同种结构的无阻尼层的夹芯复合材料对比，插入损失可达到8～12dB（加速度总振级）。
实施例2
结构形式见图2。
(1)      结构层
树脂配方（重量份）：DER331环氧树脂100份，甲基四氢苯酐固化剂80份。
增强材料采用MW220高模玻璃纤维织物。纤维含量（重量百分比）：40%，上下两个结构层厚度均为1.5mm。
固化方式：80℃固化3小时，后固化120℃5小时。
（2）夹芯层
夹芯层采用密度为300Kg/m3的聚氨酯泡沫，厚度为10mm。
（3）阻尼层
阻尼层采用3M公司的厚度为0.3mm的丙烯酸酯橡胶阻尼材料。
（4）性能测试
对该种结构材料进行弯曲刚度和振动性能的测试，并与同种结构的无阻尼层的夹芯复合材料进行频响测试加速度总振级的对比。
该材料弯曲刚度:3～4×108N·mm2；
对该材料进行频响测试分析，激励信号为正弦扫频激励，分析频率范围10～2000Hz，与同种结构的无阻尼层的夹芯复合材料对比，插入损失可达到10～15dB（加速度总振级）。
实施例3
结构形式见图2。
（1）结构层
树脂配方（重量份）：Hexion RIM135低粘度环氧树脂100份，RIMH137配套固化剂30份。
增强材料选用0°/90°双轴向高强玻璃纤维织物。纤维含量重量百分比：70%，厚度为上下面层各2mm。
固化方式：室温固化24小时，后固化60℃5小时。
（2）夹芯层
夹芯层采用密度为80kg/m3的PVC泡沫，厚度为15mm。
（3）阻尼层
阻尼层采用厚度为0.05mm的1152丁腈橡胶阻尼材料。
（4）性能测试
固化后，对该种结构材料进行弯曲刚度和振动性能的测试，并与同种结构的无阻尼层的夹芯复合材料进行频响测试加速度总振级的对比。
该材料弯曲刚度:4～4.5×108N·mm2；
对该材料进行频响测试分析，激励信号为正弦扫频激励，分析频率范围10～2000Hz，与同种结构的无阻尼层的夹芯复合材料对比，插入损失可达到11～13dB（加速度总振级）。
从以上三个实施例可以看出，该种内夹阻尼层复合材料的弯曲刚度可达到2×108N·mm2以上，与无阻尼层夹芯复合材料相比，频响测试的插入损失在8dB以上，达到了力学性能和减振性能较为良好的配合，可用于结构阻尼材料，且该种结构材料的基本配方采用较为普遍的环氧树脂和玻纤，阻尼层材料价格相对较高，但在材料中用量较小，因此该种材料属于较低成本的阻尼性结构复合材料。

Claims (5)

1.一种夹芯阻尼复合材料，其特征是：材料结构包括外层、内层和阻尼层，其中材料的外层为结构层，由纤维增强树脂基复合材料构成；材料的内层为夹芯层，由闭孔硬质泡沫组成；阻尼层位于在外层和内层之间；结构层的制造材料为纤维增强树脂基复合材料，增强材料选用高强玻璃纤维、高模玻璃纤维、玄武岩纤维织物的任一种，编织方式为平纹、缎纹、斜纹、双轴向；树脂基体为环氧树脂，环氧值在0.4~0.8之间；结构层的纤维重量百分比含量为40%~70%；夹芯层为闭孔硬质泡沫塑料，硬质泡沫塑料包括聚氯乙烯泡沫塑料、聚乙烯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料，硬质泡沫塑料密度在80~500kg/m3之间；阻尼层的制造材料为丙烯酸酯橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、氯化丁基橡胶类粘弹聚合物材料或改性聚合物材料。
2.根据权利要求1所述的夹芯阻尼复合材料，其特征是：所述的结构层厚度为1.5mm~7.5mm。
3.根据权利要求1所述的夹芯阻尼复合材料，其特征是：所述的夹芯层厚度为15mm~100mm。
4.根据权利要求1所述的夹芯阻尼复合材料，其特征是：所述的阻尼层厚度为0.05mm~0.5mm。
5.根据权利要求1所述的夹芯阻尼复合材料，其特征是：所述的环氧树脂，的固化剂为用胺类或酸酐类固化剂，采用常温固化或中高温固化。
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