CN102219914A - 提高树脂基复合材料抗低速冲击性能的表面处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高树脂基复合材料抗低速冲击性能的表面处理方法，通过给树脂基复合材料外表面胶合非晶合金片的方式减小或消除外物低速冲击对树脂基复合材料内部造成的微破坏。当胶合了非晶合金片的树脂基复合材料受到低速冲击时，低速冲击能在所接触的非晶合金片表面均匀传递，迅速广布于整个非晶合金分片表面，经过分散的能量降阶传递到树脂基复合材料表面，对树脂基复合材料的冲击被有效减低，从而有效的减小或消除树脂基复合材料因低速冲击所造成的微破坏，工艺简单且成本低，耗时少效率高。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料抗冲击技术领域，具体涉及一种提高树脂基复合材料抗低能量冲击性能的表面处理方法。
背景技术
树脂基复合材料因其高比刚度、高比强度、高耐热性以及高耐腐蚀性的优良性能广泛应用于航空航天等领域，但其抗低速冲击能力差，所应用的部件在制造和使用过程中易产生目视不可见且难以检测的微破坏。该微破坏通常产生于树脂基复合材料部件深层或背面，给应用领域造成极大的安全隐患。因此，采用适当的改良方法，降低或消除其微破坏，提高树脂基复合材料的抗低速冲击性，是提高航空航天部件可靠性、安全性和耐久性的必要环节。
目前，针对树脂基复合材料抗低速冲击性能的方法主要包括化学改性和物理改性两个方面：
一、化学改性
化学改性法主要是基于树脂基复合材料的材料和结构同时成型的特点，在树脂基复合材料制造过程中用某种化学手段对材料进行改性，包括对基体、增强体、界面等性质、形状以及结构形式等的改性。
航空航天领域中应用广泛的树脂基复合材料中树脂抗低速冲击性能的改性主要是对其韧性的提高。基本措施有：(1)降低基体交联密度，或增加柔性成分；(2)利用化学手段使基体产生微观两相或多相结构；(3)选择恰当的树脂体积与含量使达到韧性最佳点等方式来增加基体的抗低速冲击效能；对树脂基复合材料中纤维增强体的抗低速冲击改性方法主要有：(1)采用混杂纤维；(2)采用二维或三维织物的方式增强复合材料的抗低能量冲击性；对树脂基复合材料中基体-增强体界面的抗低速冲击改性方法主要有：(1)插入可控层间相(CIP)或内置吸能垫，提高吸能能力；(2)用纳米颗粒修饰层间相，增加基体和增强体的接触面和层间应力；(3)在层间加入增韧胶膜，提高抗低能量冲击能力。
这些化学改性方法皆是在树脂基复合材料成型前或成型中的改性手段，对已应用的材料几乎没有作用；而且化学改性是用新复合材料代替旧复合材料的方式来提高抗冲击性能，研制检测周期较长；并且工艺复杂、经济成本高。
二、物理改性
物理改性法主要是指在不改变树脂基复合材料结构成分的前提下改良抗冲击性能，包括背面增加复合层、改变表面形状和性态等方法。目前物理改性还没有一种成熟方法。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种提高树脂基复合材料抗低速冲击性能的表面处理方法，通过给树脂基复合材料外表面胶合非晶合金片的方式减小或消除外物低速冲击对树脂基复合材料内部造成的微破坏。当胶合了非晶合金薄片的树脂基复合材料受到低速冲击时，低速冲击能在所接触的非晶合金薄片表面均匀传递，迅速广布于整个非晶合金片表面，经过分散的能量降阶传递到树脂基复合材料表面，对树脂基复合材料的冲击被有效减低，从而有效地减小或消除树脂基复合材料因低速冲击所造成的微破坏，工艺简单，耗时少效率高。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种提高树脂基复合材料抗低速冲击性能的表面处理方法，步骤如下：
步骤1：先将厚度为待处理的树脂基复合材料单层厚度的1-6倍的非晶合金片通过手磨或机械细磨的方式将其外表面的毛刺和氧化物去除，并将该外表面处理平整；
步骤2：接着把外表面平整的非晶合金片通过切割或化铣的方式加工成能适配覆盖待处理的树脂基复合材料外表面的非晶合金片；
步骤3：通过乙基丙烯酸酯胶粘剂或结构胶胶粘剂将各个非晶合金片胶黏于该树脂基复合材料各自对应的外表面进行胶合；
步骤4：最后将胶合了非晶合金片的树脂基复合材料通过化学湿式清洗的方式进行清洗，具体为取浓度为50％以上的柏油清洗剂对胶合了非晶合金分片的树脂基复合材料的表面进行清洗直至去除掉所述的胶合过程中产生的胶黏残留物，然后用纯丙酮液以擦拭的方式清洗该胶合了非晶合金片的树脂基复合材料的需要清洗的部位，清洗时间为1-5分钟，最后用浓度为95％以上的乙醇溶液以擦拭的方式清洗该胶合了非晶合金片的树脂基复合材料的需要清洗的部位，清洗时间为1-2分钟。
通过给树脂基复合材料外表面胶合非晶合金片的方式减小或消除外物低速冲击对树脂基复合材料内部造成的微破坏。当胶合了非晶合金片的树脂基复合材料受到低速冲击时，低速冲击能在所接触的非晶合金片表面均匀传递，迅速广布于整个非晶合金片表面，经过分散的能量降阶传递到树脂基复合材料表面，对树脂基复合材料的冲击被有效减低，从而有效的减小或消除树脂基复合材料因低速冲击所造成的微破坏，工艺简单且成本低，耗时少效率高。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更详细的说明。
实施例1：
提高树脂基复合材料抗低速冲击性能的表面处理方法，步骤如下：
步骤1：先将厚度为待处理的树脂基复合材料单层厚度的2倍的铁基非晶合金片通过手磨的方式将其外表面的毛刺和氧化物去除，并将该外表面打磨平整；
步骤2：接着把外表面平整的铁基非晶合金片通过切割的方式加工成能适配覆盖待处理的树脂基复合材料外表面的铁基非晶合金片；
步骤3：通过乙基丙烯酸酯胶粘剂将各个铁基非晶合金片胶黏于该树脂基复合材料各自对应的外表面进行胶合；
步骤4：最后将胶合了铁基非晶合金片的树脂基复合材料通过化学湿式清洗的方式进行清洗，具体为取浓度为50％的柏油清洗剂对胶合了铁基非晶合金片的树脂基复合材料的表面进行清洗直至去除掉所述的胶合过程中产生的胶黏残留物，然后用纯丙酮液以擦拭的方式清洗该胶合了铁基非晶合金片的树脂基复合材料的需要清洗的部位，清洗时间为1分钟，最后用浓度为95％的乙醇溶液以擦拭的方式清洗该胶合了铁基非晶合金分片的树脂基复合材料的需要清洗的部位，清洗时间为1分钟。
所述的铁基非晶合金为Fe44.3Cr10Mo13.8-Mn11.2C15.8B5.9)98.5Y1.5合金。
实施例2：
提高树脂基复合材料抗低速冲击性能的表面处理方法，步骤如下：
步骤1：先将厚度为待处理的树脂基复合材料单层厚度的4倍的铁基非晶合金片通过机械细磨的方式将其外表面的毛刺和氧化物去除，并将该外表面打磨平整；
步骤2：接着把外表面平整的铁基非晶合金片通过切割的方式加工成能适配覆盖待处理的树脂基复合材料外表面的铁基非晶合金片；
步骤3：通过环氧树脂结构胶胶粘剂将各个铁基非晶合金片胶黏于该树脂基复合材料各自对应的外表面进行胶合；
步骤4：最后将胶合了铁基非晶合金片的树脂基复合材料通过化学湿式清洗的方式进行清洗，具体为取浓度为70％的柏油清洗剂对胶合了铁基非晶合金分片的树脂基复合材料的表面进行清洗直至去除掉所述的胶合过程中产生的胶黏残留物，然后用纯丙酮液以擦拭的方式清洗该胶合了铁基非晶合金片的树脂基复合材料的需要清洗的部位，清洗时间为3分钟，最后用浓度为97％的乙醇溶液以擦拭的方式清洗该胶合了铁基非晶合金分片的树脂基复合材料的需要清洗的部位，清洗时间为2分钟。
所述的铁基非晶合金为Fe48Cr15Mo14-Er2C15B6合金。
实施例3：
提高树脂基复合材料抗低速冲击性能的表面处理方法，步骤如下：
步骤1：先将厚度为待处理的树脂基复合材料单层厚度的6倍的铁基非晶合金片通过手磨的方式将其外表面的毛刺和氧化物去除，并将该外表面打磨平整；
步骤2：接着把外表面平整的铁基非晶合金片通过化铣的方式加工成能适配覆盖待处理的树脂基复合材料外表面的铁基非晶合金片；
步骤3：通过乙基丙烯酸酯胶粘剂将各个铁基非晶合金片胶黏于该树脂基复合材料各自对应的外表面进行胶合；
步骤4：最后将胶合了铁基非晶合金片的树脂基复合材料通过化学湿式清洗的方式进行清洗，具体为取浓度为90％的柏油清洗剂对胶合了铁基非晶合金片的树脂基复合材料的表面进行清洗直至去除掉所述的胶合过程中产生的胶黏残留物，然后用纯丙酮液以擦拭的方式清洗该胶合了铁基非晶合金分片的树脂基复合材料的需要清洗的部位，清洗时间为5分钟，最后用浓度为99％的乙醇溶液以擦拭的方式清洗该胶合了铁基非晶合金分片的树脂基复合材料的需要清洗的部位，清洗时间为2分钟。
所述的铁基非晶合金为Fe44.3Cr10Mo13.8-Mn11.2C15.8B5.9)98.5Y1.5合金。
实施例4：
提高树脂基复合材料抗低速冲击性能的表面处理方法，步骤如下：
步骤1：先将厚度为待处理的树脂基复合材料单层厚度的1倍的钛基非晶合金片通过机械细磨的方式将其外表面的毛刺和氧化物去除，并将该外表面打磨平整；
步骤2：接着把外表面平整的钛基非晶合金片通过化铣的方式加工成能适配覆盖待处理的树脂基复合材料外表面的钛基非晶合金片；
步骤3：通过乙基丙烯酸酯胶粘剂将各个钛基非晶合金片胶黏于该树脂基复合材料各自对应的外表面进行胶合；
步骤4：最后将胶合了钛基非晶合金片的树脂基复合材料通过化学湿式清洗的方式进行清洗，具体为取浓度为70％的柏油清洗剂对胶合了钛基非晶合金分片的树脂基复合材料的表面进行清洗直至去除掉所述的胶合过程中产生的胶黏残留物，然后用纯丙酮液以擦拭的方式清洗该胶合了钛基非晶合金片的树脂基复合材料的需要清洗的部位，清洗时间为3分钟，最后用浓度为95％的乙醇溶液以擦拭的方式清洗该胶合了钛基非晶合金分片的树脂基复合材料的需要清洗的部位，清洗时间为1分钟。
所述的钛基非晶合金片为Ti45Cu25Ni15Sn3Be7Zr5合金。
通过给树脂基复合材料外表面胶合非晶合金片的方式减小或消除外物低速冲击对树脂基复合材料内部造成的微破坏。当胶合了非晶合金片的树脂基复合材料受到低速冲击时，低速冲击能在所接触的铁基非晶合金片表面均匀传递，迅速广布于整个铁基非晶合金片表面，经过分散的能量降阶传递到树脂基复合材料表面，对树脂基复合材料的冲击被有效减低，从而有效的减小或消除树脂基复合材料因低速冲击所造成的微破坏，工艺简单且成本低，耗时少效率高，另外采用的非晶合金为铁基非晶合金或非铁基非晶合金，如钛基非晶合金和镁基非晶合金等，这样更能提高抗冲击强度。
Claims (9)
1.一种提高树脂基复合材料抗低速冲击性能的表面处理方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1：先将厚度为待处理的树脂基复合材料单层厚度的1-6倍的非晶合金片通过手磨或机械细磨的方式将其外表面的毛刺和氧化物去除，并将该外表面处理平整；
步骤2：接着把外表面平整的非晶合金片通过切割或化铣的方式加工成能适配覆盖待处理的树脂基复合材料外表面的非晶合金片；
步骤3：通过乙基丙烯酸酯胶粘剂或结构胶胶粘剂将各个非晶合金片胶黏于该树脂基复合材料各自对应的外表面进行胶合；
步骤4：最后将胶合了非晶合金片的树脂基复合材料通过化学湿式清洗的方式进行清洗，具体为取浓度为50％以上的柏油清洗剂对胶合了非晶合金分片的树脂基复合材料的表面进行清洗直至去除掉所述的胶合过程中产生的胶黏残留物，然后用纯丙酮液以擦拭的方式清洗该胶合了非晶合金片的树脂基复合材料的需要清洗的部位，清洗时间为1-5分钟，最后用浓度为95％以上的乙醇溶液以擦拭的方式清洗该胶合了非晶合金片的树脂基复合材料的需要清洗的部位，清洗时间为1-2分钟。
2.根据权利要求1所述的提高树脂基复合材料抗低速冲击性能的表面处理方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1：先将厚度为待处理的树脂基复合材料单层厚度的2倍的铁基非晶合金片通过手磨的方式将其外表面的毛刺和氧化物去除，并将该外表面打磨平整；
步骤2：接着把外表面平整的铁基非晶合金片通过切割的方式加工成能适配覆盖待处理的树脂基复合材料外表面的铁基非晶合金片；
步骤3：通过乙基丙烯酸酯胶粘剂将各个铁基非晶合金片胶黏于该树脂基复合材料各自对应的外表面进行胶合；
步骤4：最后将胶合了铁基非晶合金片的树脂基复合材料通过化学湿式清洗的方式进行清洗，具体为取浓度为50％的柏油清洗剂对胶合了铁基非晶合金片的树脂基复合材料的表面进行清洗直至去除掉所述的胶合过程中产生的胶黏残留物，然后用纯丙酮液以擦拭的方式清洗该胶合了铁基非晶合金片的树脂基复合材料的需要清洗的部位，清洗时间为1分钟，最后用浓度为95％的乙醇溶液以擦拭的方式清洗该胶合了铁基非晶合金分片的树脂基复合材料的需要清洗的部位，清洗时间为1分钟。
3.根据权利要求2所述的提高树脂基复合材料抗低速冲击性能的表面处理方法，其特征在于：所述的铁基非晶合金为Fe44.3Cr10Mo13.8-Mn11.2C15.8B5.9)98.5Y1.5合金。
4.根据权利要求1所述的提高树脂基复合材料抗低速冲击性能的表面处理方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1：先将厚度为待处理的树脂基复合材料单层厚度的4倍的铁基非晶合金片通过机械细磨的方式将其外表面的毛刺和氧化物去除，并将该外表面打磨平整；
步骤2：接着把外表面平整的铁基非晶合金片通过切割的方式加工成能适配覆盖待处理的树脂基复合材料外表面的铁基非晶合金片；
步骤3：通过环氧树脂结构胶胶粘剂将各个铁基非晶合金片胶黏于该树脂基复合材料各自对应的外表面进行胶合；
步骤4：最后将胶合了铁基非晶合金片的树脂基复合材料通过化学湿式清洗的方式进行清洗，具体为取浓度为70％的柏油清洗剂对胶合了铁基非晶合金分片的树脂基复合材料的表面进行清洗直至去除掉所述的胶合过程中产生的胶黏残留物，然后用纯丙酮液以擦拭的方式清洗该胶合了铁基非晶合金片的树脂基复合材料的需要清洗的部位，清洗时间为3分钟，最后用浓度为97％的乙醇溶液以擦拭的方式清洗该胶合了铁基非晶合金分片的树脂基复合材料的需要清洗的部位，清洗时间为2分钟。
5.根据权利要求4所述的提高树脂基复合材料抗低速冲击性能的表面处理方法，其特征在于：所述的铁基非晶合金为Fe48Cr15Mo14-Er2C15B6合金。
6.根据权利要求1所述的提高树脂基复合材料抗低速冲击性能的表面处理方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1：先将厚度为待处理的树脂基复合材料单层厚度的6倍的铁基非晶合金片通过手磨的方式将其外表面的毛刺和氧化物去除，并将该外表面打磨平整；
步骤2：接着把外表面平整的铁基非晶合金片通过化铣的方式加工成能适配覆盖待处理的树脂基复合材料外表面的铁基非晶合金片；
步骤3：通过乙基丙烯酸酯胶粘剂将各个铁基非晶合金片胶黏于该树脂基复合材料各自对应的外表面进行胶合；
步骤4：最后将胶合了铁基非晶合金片的树脂基复合材料通过化学湿式清洗的方式进行清洗，具体为取浓度为90％的柏油清洗剂对胶合了铁基非晶合金片的树脂基复合材料的表面进行清洗直至去除掉所述的胶合过程中产生的胶黏残留物，然后用纯丙酮液以擦拭的方式清洗该胶合了铁基非晶合金分片的树脂基复合材料的需要清洗的部位，清洗时间为5分钟，最后用浓度为99％的乙醇溶液以擦拭的方式清洗该胶合了铁基非晶合金分片的树脂基复合材料的需要清洗的部位，清洗时间为2分钟。
7.根据权利要求6所述的提高树脂基复合材料抗低速冲击性能的表面处理方法，其特征在于：所述的铁基非晶合金为Fe44.3Cr10Mo13.8-Mn11.2C15.8B5.9)98.5Y1.5合金。
8.根据权利要求1所述的提高树脂基复合材料抗低速冲击性能的表面处理方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1：先将厚度为待处理的树脂基复合材料单层厚度的1倍的钛基非晶合金片通过机械细磨的方式将其外表面的毛刺和氧化物去除，并将该外表面打磨平整；
步骤2：接着把外表面平整的钛基非晶合金片通过化铣的方式加工成能适配覆盖待处理的树脂基复合材料外表面的钛基非晶合金片；
步骤3：通过乙基丙烯酸酯胶粘剂将各个钛基非晶合金片胶黏于该树脂基复合材料各自对应的外表面进行胶合；
步骤4：最后将胶合了钛基非晶合金片的树脂基复合材料通过化学湿式清洗的方式进行清洗，具体为取浓度为70％的柏油清洗剂对胶合了钛基非晶合金分片的树脂基复合材料的表面进行清洗直至去除掉所述的胶合过程中产生的胶黏残留物，然后用纯丙酮液以擦拭的方式清洗该胶合了钛基非晶合金片的树脂基复合材料的需要清洗的部位，清洗时间为3分钟，最后用浓度为95％的乙醇溶液以擦拭的方式清洗该胶合了钛基非晶合金分片的树脂基复合材料的需要清洗的部位，清洗时间为1分钟。
9.根据权利要求8所述的提高树脂基复合材料抗低速冲击性能的表面处理方法，其特征在于：所述的钛基非晶合金片为Ti45Cu25Ni15Sn3Be7Zr5合金。
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