CN107283878A - 嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的模压法制作工艺 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的模压法制作工艺，主要包括穿孔的阻尼薄膜贫胶预浸料加工、贫胶预浸料及穿孔的阻尼薄膜贫胶预浸料的铺设、预成型、抽真空及注入树脂、扫频震动排气、依照共固化工艺参数固化成型、恢复室温和压力、取出试件等工序。铺设时，先对带阻尼薄膜的贫胶预浸料进行穿孔，将贫胶预浸料及阻尼薄膜按照贫胶预浸料、穿孔的带阻尼薄膜的贫胶预浸料、贫胶预浸料的顺序铺入模具之中，施加压力进行预成型处理，在真空环境下注入树脂，然后使用扫频震动对整个体系进行激震静置排气，控制工作温度和压力，使树脂及阻尼薄膜在一定的温度及压力下保持一定时间，完成共固化，制成嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料构件。

Description

嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的模压法制作工艺

技术领域

本申请属于结构功能复合材料技术领域，具体涉及一种嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的模压法制作工艺。

背景技术

复合材料由于本身具有很高的比强度和比刚度，使其在航空、航天等高科技领域得到越来越广泛的应用。嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料就是在现有高性能纤维复合材料的基础之上，将阻尼材料嵌入其中，使得这种新材料既保持了原有纤维复合材料的强度和刚度，又使其具有优异的阻尼减振性能，从而赋予该结构其它材料不能兼顾的综合力学性能。但到目前为止，嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的制造成本仍处于较高水平，限制了它进一步应用。究其原因是典型的热压罐法加工嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的工艺较复杂，设备成本较高。

因此，目前需要开发一种简便而高效的制作嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的新工艺，对降低该阻尼复合材料的加工成本、提高加工质量及其力学性能、推动其进一步广泛应用有重要意义。

发明内容

针对现有技术中嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料制备困难的问题，本申请的目的是提供一种嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的模压法制作新工艺。

为了实现上述目的，本申请采用的技术方案如下：

一种嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的模压法制作工艺，包括以下步骤：

首先，按照下部贫胶预浸料(是由多层贫胶预浸料铺设而成)、中间穿孔的带阻尼薄膜的贫胶预浸料和上部贫胶预浸料(也是由多层贫胶预浸料铺设而成)的整体铺层顺序铺设在模具中；

然后，对模具施加压力进行预成型处理，在真空环境下注入树脂，注入树脂完成后，对浸润好树脂的穿孔阻尼薄膜复合材料预成型结构所在体系进行扫频激震处理，在扫频震动时，其各个局部区域的密度不同，震动过程的惯性力不同，里面的气泡就被挤到工件表面而进入真空管，里面的贫胶区也会因为局部惯性力的不同，树脂震动流动的速度不同而充满整个工件内部。

最后，按照共固化工艺参数控制加工温度和压力，使树脂及阻尼薄膜在设定的温度及压力下保持设定时间，完成共固化，即得嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料。

在本申请中，按照复合材料结构刚度、强度、稳定性、阻尼、疲劳性能要求，合理设计贫胶预浸料的铺层方向、层数、铺层顺序、铺层厚度和穿孔的带阻尼薄膜的贫胶预浸料的铺设方向、层数、铺层顺序、铺层厚度。一般情况下，所述下部贫胶预浸料和上部贫胶预浸料是由多层贫胶预浸料铺设而成，其中多层是指大于等于2层。

在本申请中，预浸料是指树脂基体在一定条件下浸渍连续纤维或织物，制成树脂基体与增强体的组合物，是制造复合材料的中间材料。本申请针对模压法制备嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料时，采用的是贫胶预浸料，所述“贫胶”是指树脂含量低于预浸料中正常的树脂含量。经过试验验证，为了便于预浸料在模具中铺设工序的顺利实施，避免了因正常树脂含量的预浸料厚且密实而难以铺设，或纯纤维材料铺设到复杂模腔时容易移位的问题，从而造成产品质量不合格，本申请经试验将所述贫胶预浸料中的树脂含量设定为15～20％，而且贫胶预浸料所用树脂与导入工艺所用树脂为同一种树脂。否则，对于复杂形状的模腔，难以制成合格质量的产品。并且，意外发现，由于贫胶预浸料所含的树脂含量较少，在未注入树脂前，层间的作用力不是太强，贴合的反而更好，铺层角度与位置在加工过程中不易发生变化，更有利于后续复杂形状复合材料试件在模腔中的树脂注入和压制，从而使最终得到的复合材料构件层间力学性能更加优异。

在本申请中，带阻尼薄膜的贫胶预浸料的制作采用刷涂或喷涂法或连续预浸法。具体如下：

即将阻尼材料按合适比例溶于有机溶剂中形成阻尼材料溶液，用刷子(或喷枪)或浸润工艺将该溶液刷(或喷)或浸润在单层贫胶预浸料之上，待阻尼材料溶液中的有机溶剂挥发后，就得到带阻尼薄膜的贫胶预浸料；如果将两张刷(或喷)涂好的带有单层阻尼薄膜的贫胶预浸料的阻尼面贴合在一起便得到带阻尼薄膜的双面贫胶预浸料结构，穿孔之后将其铺设于上、下部贫胶预浸料之中，保证阻尼薄膜的硫化温度和时间与树脂固化温度和时间一致。

本申请中，所述阻尼薄膜，由于其本身不具有透气性，故其在模具中将上部贫胶预浸料和下部贫胶预浸料完全阻隔，加上模具预压作用，不利于树脂均匀填满整个模腔。为了增强树脂在贫胶预浸料中的流动性，保证树脂均匀填满整个模腔，采用将阻尼薄膜穿孔的方法，把穿孔后的阻尼薄膜再铺在上、下部贫胶预浸料之间，液体树脂可以通过阻尼层上的孔在上部贫胶预浸料与下部贫胶预浸料之间顺利流动，这样就使得树脂完全浸润整个嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料，使树脂能均匀填满模腔，保证了制得构件的质量。

在本申请中，带阻尼薄膜的贫胶预浸料的穿孔由本申请人设计的带阻尼薄膜的贫胶预浸料穿孔装置实现的，所述的该穿孔装置，包括基座、气缸、连接件、活动工作台、放置带阻尼薄膜的贫胶预浸料的垫板、带有若干通孔的压料卸料平板、弹簧和穿孔模板，其中：

所述气缸设置在基座上，所述活动工作台通过连接件与气缸相连接，气缸能驱动活动工作台作上下方向的移动；所述垫板放置在活动工作台上；所述压料卸料平板设置在垫板和穿孔模板之间，并能相对垫板和穿孔模板作上下方向的移动；所述压料卸料平板与穿孔模板之间设有弹簧，压料卸料平板通过该弹簧相对穿孔模板作上下方向的移动；所述穿孔模板上设有与压料卸料平板上的通孔相配合的穿孔钉，所述穿孔钉为锥柱组合体，即由与穿孔模板相连的圆柱体和设置在圆柱体上的锥形体组合而成。

优选的，垫板的材料可以为软木或软塑料或泡沫材料，失效后可以定期更换。将带阻尼薄膜的贫胶预浸料平铺于活动工作台的垫板之上，对带阻尼薄膜的贫胶预浸料穿孔，在穿孔时要求带阻尼薄膜的贫胶预浸料穿孔不能破坏单层预浸料的纤维，保证带阻尼薄膜的贫胶预浸料性能几乎不被破坏，带阻尼薄膜的贫胶预浸料穿孔目的是在树脂导入过程中，使流动的树脂很好地从整个阻尼薄膜的上下穿过，使得树脂完全均匀地浸润整个嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的贫胶预浸料。

对于所述穿孔模板，比较优的带阻尼薄膜的贫胶预浸料穿孔结构的尺寸是孔布局在正方形的四个角上，孔距为10mm，孔径为2mm；当然带阻尼薄膜的贫胶预浸料穿孔结构的尺寸也可以是孔布局在长方形的四个角上，通过变换长方形对角线的方向及其孔距实现整体结构阻尼性能的各向异性；当然也可根据要求设计其它穿孔布局结构的尺寸，得到特定方向要求的阻尼性能和面外力学性能，这主要是由于结构固化后在阻尼薄膜穿孔位置形成了树脂钉作用的结果。

在本申请中，注入树脂时，树脂导入管及真空管应关于模具成对称布置，且树脂导入管与真空管的距离应适当地大，以使树脂快速流动，迅速充满模腔，提高效率；对于非对称模具，也应尽量分散布置树脂导入管及真空管，其目的是让模具内树脂流动阻力保持相对一致，从而使树脂的导入更加均匀。

由于模具预压的作用和穿孔阻尼薄膜的透气性差，增加了树脂流动阻力，因此在树脂导入工艺完成后，要扫频震动静置。在本申请中，扫频激震时采用激振器进行处理，激振器激震位置施加在模具下表面位于体系重心处，频率从五赫兹到一万赫兹，幅值在0.1-2mm，持续5-8分钟，然后静置3-5分钟，重复上述过程二到五次，让树脂在穿孔阻尼薄膜复合材料预成型体里均匀混合充满整个制品，消除里面的气泡和贫胶区，停止扫频震动，一般穿孔阻尼薄膜嵌入的层数越多，预成型体愈厚，激震器激震和持续与静置时间取大值，反之取小值。

在本申请中，贫胶预浸料所用树脂与导入工艺所用树脂为同一种树脂，且成型过程要求复合材料贫胶预浸料和粘弹性阻尼材料能够有一致的固(硫)化参数，包括固(硫)化的压力、温度以及固(硫)化时间，这样才能使其在共固化的工艺过程中形成互穿网络结构，在阻尼薄膜穿孔位置形成树脂钉，从而使该结构有良好的层间结合性能。固化过程中，在不同的时间段，对压力和温度具有不同的要求，为控制温度，将模具整体均匀加热；结束后降温至室温，释放压力，开模取出试件即可得到嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料构件。

对于2070CN树脂，所述模具内一直保持0.08～0.095MPa的负压，模具加压保持型腔内5个大气压，从室温以1～3℃/min的升温速率使温度达到150℃保温15分钟，再以1～3℃/min的升温速率使温度达到160℃保温3小时，然后以不大于降温速率1.5℃/min的降温速率降至60℃以下。

与现有技术相比，本申请的技术方案具有如下有益效果：

1)本申请提出了一套用模压工艺制作嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的新工艺流程，成功实现了用模压工艺制作嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料，具有制造阻尼复合材料试件精度高、工艺简单、成本低、力学性能好等特点。

2)本申请采用了贫胶预浸料制作嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料，能够便于贫胶预浸料在复杂模具型腔中准确铺设与成型；在制作阻尼薄膜时，让阻尼溶液与贫胶预浸料的表面进行了充分的物理融合，并且该技术手段的使用还能提高产品的质量和力学性能。

3)为了获得高质量的嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料，本申请还采用扫频震动工艺，使制得的嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的气泡极少，消除了贫胶区，质量高，力学性能一致性好，树脂利用率高，纤维增强材料含量高，层间结合力学性能好，阻尼高，且操作简单，生产效率高，但振幅不能过大，以免影响模具内的气密性。

4)通过新型穿孔设备的提出使用，带阻尼薄膜的贫胶预浸料在几乎不损坏增强材料的前提下，制作出了穿孔的带阻尼薄膜的贫胶预浸料，进一步增强了嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的力学性能及其加工效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1模压法装置主视结构图；

图2铺设好下部贫胶预浸料后的下模示意图；

图3带阻尼薄膜的贫胶预浸料穿孔装置；

图4穿孔模板；

图5穿孔模板局部放大图；

图6活动工作台(含垫板)；

图7穿孔的带阻尼薄膜的贫胶预浸料；

图8穿孔的带阻尼薄膜的贫胶预浸料局部放大图；

图9穿孔的带阻尼薄膜的双面贫胶预浸料结构图；

图10铺设穿孔阻尼薄膜后的下模示意图；

图11铺设上部贫胶预浸料后的下模示意图；

图12预成型示意图；

图13嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料铺层结构；

图14嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料模压的固化曲线图；

图15嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料模压工艺流程；

图16模压法制作的嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料试件。

其中：1、树脂，2、树脂导入管，3、阀门，4、上模，5、真空管，6、真空泵，7、树脂收集器，8、铺设好阻尼薄膜的复合材料结构，9、下模，10、下部贫胶预浸料，11、穿孔的带阻尼薄膜的贫胶预浸料或穿孔的带阻尼薄膜的双面贫胶预浸料，12、上部贫胶预浸料，13、密封垫块，14、上单层贫胶预浸料，15、刷涂法或喷涂法制得的阻尼层，16、下单层贫胶预浸料，17、基座，18、气缸，19、连接件，20、活动工作台，21、穿孔模板，22、垫板，23、弹簧，24、压料卸料平板，25、穿孔的带阻尼薄膜的贫胶预浸料，26、激振器，27、放大器，28、信号发生器。

具体实施方式

下面结合图1到图16以及实施例对本申请做进一步说明：

以嵌入穿孔的带阻尼薄膜贫胶预浸料的复合材料结构为例，一种嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的模压法制作工艺主要包括穿孔带阻尼薄膜的贫胶预浸料加工、贫胶预浸料及穿孔带阻尼薄膜的贫胶预浸料的铺设、预成型、抽真空及注入树脂、扫频激震静置消除气泡和贫胶区、按照固化工艺参数控制相应温度及压力、恢复室温和压力、开模取出试件。其主要结构如图1所示，包括树脂1、树脂导入管2、阀门3、上模4、真空管5、真空泵6、树脂收集器7、铺设好阻尼薄膜的复合材料结构8、下模9、激振器26、放大器27和信号发生器28。

用模压法生产嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料时，首先按照复合材料结构刚度、强度、稳定性、阻尼、疲劳性能要求，合理设计贫胶预浸料的铺层方向、层数、铺层顺序、铺层厚度以及穿孔的带阻尼薄膜的贫胶预浸料的铺层位置、层数、方向和厚度。也就是根据结构的性能要求，按照贫胶预浸料的铺设角度、铺设顺序及铺设层数，并将适当厚度的穿孔的带阻尼薄膜的贫胶预浸料或穿孔的带阻尼薄膜的双面贫胶预浸料11铺设于上部贫胶预浸料12和下部贫胶预浸料10之中。当嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料要求有较高的阻尼损耗因子时，穿孔阻尼层的厚度和层数要适当增加。

在铺设贫胶预浸料前，必须清理上模4和下模9，务必保证模具工作面清洁无杂质，然后喷涂脱模剂。

将单层贫胶预浸料按照一定铺设角度、铺设顺序和铺设层数铺设成具有一定厚度的下部贫胶预浸料10，此时的下部贫胶预浸料10较软且有一定粘合性，可以方便地根据下模的起伏形状铺设到下模9中，如图2所示。将下部贫胶预浸料10铺设到下模9中后，需要在下贫胶预浸料10上铺设穿孔的带阻尼薄膜的贫胶预浸料。

所述带阻尼薄膜的贫胶预浸料的制作用刷(喷)涂法或连续预浸法，即将阻尼材料按合适比例溶于有机溶剂中形成阻尼材料溶液，用刷(喷)涂或浸润工艺将该溶液刷(喷)涂或浸润在单层贫胶预浸料之上，待阻尼材料溶液中的有机溶剂挥发后，就得到带阻尼薄膜的贫胶预浸料；如果将两张刷(喷)涂好的带有单层阻尼薄膜的贫胶预浸料的阻尼面贴合在一起便得到带阻尼薄膜的双面贫胶预浸料结构。将阻尼薄膜刷(喷)涂于单层贫胶预浸料之上的原因是未硫化的阻尼薄膜特别软，粘度大，无法将其直接铺设在上、下部预浸料之中，而用于刷(喷)涂或浸润阻尼薄膜的单层贫胶预浸料可以起到承载介质的作用，既能制得未硫化的阻尼薄膜，穿孔之后又能将其顺利铺设到下部贫胶预浸料之上，同时保证阻尼薄膜的硫化温度和时间与树脂固化温度和时间一致。

由于阻尼薄膜本身不具有透气性，为了增强树脂在贫胶预浸料中的流动性，保证树脂填充满整个模腔，这里采用带阻尼薄膜的贫胶预浸料穿孔的方法。带阻尼薄膜的贫胶预浸料穿孔后再铺在上、下部贫胶预浸料层之间，使液体树脂可以在上部贫胶预浸料与下部贫胶预浸料之间顺利流动，从而填满整个模腔，保证了制得结构的尺寸精度和加工质量。

图3是带阻尼薄膜的贫胶预浸料穿孔装置，该穿孔装置包括基座17、气缸18、连接件19、活动工作台20、穿孔模板21、垫板22、弹簧23和带有若干个通孔的压料卸料平板24。其中，所述气缸18设置在基座17上，所述活动工作台20通过连接件19与气缸18相连接，气缸18能驱动活动工作台20作上下方向的移动；所述垫板22放置在活动工作台20上；所述压料卸料平板24设置在垫板22和穿孔模板21之间，并能相对垫板22和穿孔模板21作上下方向的移动；所述压料卸料平板24与穿孔模板21之间设有弹簧23，压料卸料平板24通过该弹簧23相对穿孔模板21作上下方向的移动；所述穿孔模板21上设有与压料卸料平板上的通孔相配合的穿孔钉。垫板22的材料可以为软木或软塑料材料或泡沫材料，失效后可以定期更换。图4、图5分别为穿孔模板和穿孔模板局部放大图，穿孔模板21的平板上有一系列规则分布的穿孔钉。图6为活动工作台20，将垫板22平铺于活动工作台20上，将带阻尼薄膜的贫胶预浸料或带阻尼薄膜的双面贫胶预浸料结构平铺于垫板22之上，活动工作台20通过连接件19与气缸18连接，气缸18驱动活动工作台20向上运动，直至带阻尼薄膜的贫胶预浸料接触到压料卸料平板24的下表面。活动工作台20继续向上运动，弹簧23受力压缩，同时压料卸料平板24压紧带阻尼薄膜的贫胶预浸料并一起向上运动，直至穿孔模板21上的穿孔钉穿过压料卸料平板24上的通孔并刺穿带阻尼薄膜的贫胶预浸料，此时带阻尼薄膜的贫胶预浸料被穿孔模板21扎出规则分布的小孔，并将单层预浸料的纤维和其上的阻尼薄膜挤到孔的周围，待穿孔形状稳定后，保持一段时间后，将活动工作台20落下，取出穿孔的带阻尼薄膜的贫胶预浸料或穿孔的带阻尼薄膜的双面贫胶预浸料11即可。

穿孔装置中的穿孔钉是一种锥柱组合体，即由下部是一个带较小锥度的锥形体和上部的圆柱体组合而成的组合体，比较优的带阻尼薄膜的贫胶预浸料穿孔结构的尺寸是孔布局在正方形的四个角上，孔距为10mm，孔径为2mm；图7为置于活动工作台20上的带阻尼薄膜的贫胶预浸料11，图8为带阻尼薄膜的贫胶预浸料的局部放大图，从图8中可以看出纤维树脂单层预浸料的纤维并没有被穿孔模板21扎断，穿孔模板21上设计规则分布的穿孔钉的目的为：一方面是规则分布的穿孔钉可以在带阻尼薄膜的贫胶预浸料11上穿出规则分布的小孔；另一方面是保证在带阻尼薄膜的贫胶预浸料11上穿孔的同时不破坏单层贫胶预浸料上的纤维，只是将单层贫胶预浸料的纤维挤到孔的两侧，保证单层贫胶预浸料和阻尼材料的性能不被破坏。穿孔的带阻尼薄膜的双面贫胶预浸料结构如图9所示，它是由两张刷(喷)涂好的带有单层阻尼薄膜15的贫胶预浸料的阻尼面贴合在一起穿孔而成的，即上单层贫胶预浸料14，下单层贫胶预浸料16和夹在其中的阻尼薄膜15穿孔而成的。

对带阻尼薄膜的贫胶预浸料或带阻尼薄膜的双面贫胶预浸料开孔的目的是：使树脂1进入上部贫胶预浸料12后可以通过带阻尼薄膜的贫胶预浸料或带阻尼薄膜的双面贫胶预浸料的孔洞进入下部贫胶预浸料10，或者相反，使得树脂1能够完全浸润整个嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料预成形体。

穿孔的带阻尼薄膜的贫胶预浸料25或图9所示穿孔的带阻尼薄膜的双面贫胶预浸料的结构制作好后，将其紧贴下部贫胶预浸料10的上表面铺设到下模9中即可。铺设好阻尼层的下模结构如图10所示。在下部贫胶预浸料10上铺设好穿孔的带阻尼薄膜的贫胶预浸料或穿孔的带阻尼薄膜的双面贫胶预浸料结构后，需要进行上部贫胶预浸料的铺设。上部贫胶预浸料12的铺设与下部贫胶预浸料10的铺设方法相同。一般情况下，上部贫胶预浸料12的铺设方向和层数与下部贫胶预浸料10的铺设方向和层数相同，当然也可根据结构要求适当调整上部贫胶预浸料12及下部贫胶预浸料10的各层方向、层数和总厚度。需要注意的是，由于模压过程中需要对下部贫胶预浸料10、穿孔的带阻尼薄膜的贫胶预浸料或穿孔的带阻尼薄膜的双面贫胶预浸料及上部贫胶预浸料12施加很大的压力，即对其进行压实处理，故铺设好之后的下部贫胶预浸料、阻尼薄膜及上部贫胶预浸料的总厚度应大于复合材料成品的厚度，表现在图11中即上部贫胶预浸料12的上表面的高度高于密封垫块13的上表面的高度。

所述上部贫胶预浸料12铺设好之后，需进行预成型处理。即将上模4压下，进行初步合模操作，并施加一定的压力，使模具密封，并使下部贫胶预浸料10、穿孔的带阻尼薄膜的贫胶预浸料或穿孔的带阻尼薄膜的双面贫胶预浸料11及上部贫胶预浸料12尽可能地填满模腔。预成型之后的示意图如图12所示。

预成型之后，需对模压系统进行抽真空处理。抽真空的目的为使模具内部保持负压，以使树脂1能顺利流入并充满模腔。如图1所示，打开真空泵6，使其经过树脂收集器7和真空管5对模具进行抽真空处理，树脂收集器7的作用为防止树脂流进真空泵6。待真空度达到设定值后，打开阀门3，使树脂1经导入管2和上模4进入铺设好阻尼薄膜的复合材料结构8中，具体如图13所示。一般地，与垫块13相连的真空管5和树脂导入管2应关于模具呈对称布置，以使模具中的树脂流动阻力基本一致，使树脂浸润上、下部贫胶预浸料更加均匀；对于非对称模具，也应尽量分散布置树脂导入管和真空管。树脂导入管和真空管的数量可以根据实际需要进行布置，图1中仅以一根树脂导入管和两根真空管为例进行说明。

由于模具预压的作用和阻尼薄膜的不透气性，增加了树脂流动阻力，因此在树脂导入工艺完成后，要扫频震动静置，对浸润好树脂的穿孔阻尼薄膜复合材料预成型结构所在体系进行扫频激震，激震器激震位置施加在模具下表面位于体系重心处，频率从五赫兹到一万赫兹，幅值在0.1-2mm，持续5-8分钟，然后静置3-5分钟，重复上述过程二到五次，让树脂在穿孔阻尼薄膜复合材料预成型体里均匀混合充满整个制品，消除里面的气泡和贫胶区，停止扫频震动，一般穿孔阻尼薄膜嵌入的层数越多，预成型体愈厚，激震器激震和持续与静置时间取大值，反之取小值。

本申请中贫胶预浸料所用树脂与导入工艺所用树脂为同一种树脂，该固化成型过程要求复合材料树脂和粘弹性阻尼材料能够有一致的固(硫)化参数，包括固(硫)化的压力、温度以及固(硫)化时间等，这样才能使其在共固化的工艺过程中形成互穿网络结构，同时共固化前与穿孔阻尼薄膜预浸料相邻的增强材料中液态树脂就会顺着穿孔把上、下部纤维材料树脂贯通起来，形成“树脂钉”，把与穿孔阻尼薄膜预浸料相邻的复合材料层偶联起来，通过互穿网络结构和树脂钉共同作用，从而使该结构有良好的层间结合性能。固化过程中，在不同的时间段，对压力和温度具有不同的要求，为控制温度，模具中使用的加热装置要均匀布置，保证模具温度处处一致；结束后降温至室温，释放压力，取出试件即可得到嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料结构试件，具体实施过程使用的是160℃共固化工艺曲线如图14所示；整个工艺流程如图15所示。

需要进行说明的是，制作复杂形状的嵌入式共固化阻尼复合材料试件时，必须对阻尼薄膜穿孔，否则树脂无法均匀浸润整个贫胶预浸料，导致废品。

下面结合具体实施例对该工艺过程的阻尼材料组分、压力施加及温度控制过程进行说明。

嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料对于粘弹性阻尼层的特殊要求主要包括：

1、温度要求，阻尼层的硫化温度必须与玻璃纤维环氧树脂的固化温度相同。

2、固化时间的要求，带阻尼层的预浸料与纤维环氧树脂贫胶预浸料复合，在纤维环氧树脂固化过程中，阻尼层必须完成硫化。环氧树脂固化温度为中温155-160℃，固化时间约为2-3小时。这就要求阻尼薄膜硫化温度和时间与环氧树脂固化温度和时间一致，且不能出现硫化返原或硫化不足现象，否则影响整个结构的力学性能。根据以上要求，本实施例的模压法制作工艺优先选择表1所示的阻尼材料组分。

表1阻尼材料组分

本实施例的嵌入式共固化复合材料贫胶预浸料使用市售2070CN环氧树脂作为基体，使用玻璃纤维布作为增强相制作环氧树脂玻璃布贫胶预浸料，树脂含量在15％-20％，以便于在模具中铺设。

按照设计好的铺层顺序裁剪铺设下部贫胶预浸料——穿孔的带阻尼薄膜的贫胶预浸料——上部贫胶预浸料，合模预压后，打开真空泵，使模具内一直保持0.08～0.095MPa的负压，导入树脂材料为2070CN环氧树脂，导入前一定要让液体树脂达到要求的粘度，将树脂均匀导入到上、下部的贫胶预浸料中。

由于模具预压的作用和阻尼薄膜的不透气性，在形状复杂模腔的个别区域大大增加了树脂流动阻力，容易形成气泡和贫胶区，在树脂导入工艺完成后，要扫频震动静置，对浸润好树脂的穿孔阻尼薄膜复合材料预成型结构所在体系进行扫频激震，激震器激震位置施加在模具下表面位于体系重心处，对浸润好树脂的预成型体所在模具进行扫频激震，首先信号发生器28发出扫频信号，经过放大器27和激震器26对系统激震，频率从五赫兹到一万赫兹，幅值在0.1～2mm，持续5分钟，然后静置4分钟，重复上述过程三次，让树脂在穿孔阻尼薄膜复合材料预成型体里均匀混合充满整个制品，消除里面的气泡和贫胶区，停止扫频震动，一般穿孔阻尼薄膜嵌入的层数越多，预成型体愈厚，激震器激震和持续与静置时间取大值，反之取小值；

完成扫频震动静置后，成型过程要求复合材料基体和粘弹性阻尼材料能够有一致的固(硫)化参数，包括固(硫)化的压力、温度以及固(硫)化时间，这样才能使其在共固化的工艺过程中形成互穿网络结构和在阻尼薄膜穿孔位置形成树脂钉，从而使该结构有良好的层间结合性能。本实施例的复合材料的固化工艺参数如图14所示，模具内一直保持0.08～0.095MPa的负压，模具加压保持型腔内5个大气压，从室温以1～3℃/min的升温速率使温度达到150℃保温15分钟，再以1～3℃/min的升温速率使温度达到160℃保温3小时，然后以不大于降温速率1.5℃/min的降温速率降至60℃以下，完成嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的共固化，最后卸去模具内的压力，去模具和辅助材料，将嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料取出，对其进行去边等后处理。注意带阻尼薄膜的贫胶预浸料的树脂要与模压法导入的树脂完全一致，整个工艺流程如图15所示。

图16是模压法制作的嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料试件。从制作的试件来看，气泡极少，消除了贫胶区，表面质量高，其层间力学性能比对应的嵌入式共固化连续阻尼薄膜复合材料提高了2～3倍。

对比例1：在试验研究过程中，本申请还研究了采用不同树脂含量的预浸料对嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料力学性能的影响，控制其他试验条件与本申请的相同，通过试验结果发现，采用正常含量树脂的预浸料(含量为25～35wt％)制备得到的嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的质量合格率较低，相比于本申请采用贫胶预浸料制备得到的嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料，该对比例制备得到的复合材料的层间力学性能低10％～17％，主要是形成的树脂钉尺寸偏小，而且不稳定造成的，特别是模具形状复杂的个别区域尤其明显。

对比例2：在试验研究过程中，本申请还研究了扫频激震处理对嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料力学性能的影响程度，控制其他试验条件与本申请的相同，该对比例对得到的复合材料的预成型体不进行扫频激震处理，通过试验结果发现，扫频激震处理对嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的质量和力学性能具有重要的影响，不经过扫频激震处理的复合材料中的气泡较多，易出现贫胶区，甚至模具形状复杂的个别区域无树脂钉形成，严重影响了产品的质量和降低了产品的合格率。相比于本申请采用扫频激震处理后制备得到的嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料，该对比例制备得到的复合材料的层间力学性能低12％～23％。

上述实施例为本申请较佳的实施方式，但本申请的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本申请的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的模压法制作工艺，其特征是，包括以下步骤：

首先，按照下部贫胶预浸料、中间穿孔的带阻尼薄膜的贫胶预浸料和上部贫胶预浸料的铺层顺序铺设在模具中；

然后，对模具施加压力进行预成型处理，在真空环境下注入树脂，注入树脂完成后，对浸润好树脂的穿孔阻尼薄膜复合材料预成型结构所在体系进行扫频激震处理；

最后，按照共固化工艺参数控制加工温度和压力，使树脂及阻尼薄膜在设定的温度及压力下保持设定时间，完成共固化，即得嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料。

2.如权利要求1所述的制作工艺，其特征是：所述贫胶预浸料中的树脂含量为15~20%，而且贫胶预浸料所用树脂与导入工艺所用树脂为同一种树脂。

3.如权利要求1所述的制作工艺，其特征是：所述下部贫胶预浸料和上部贫胶预浸料是由多层贫胶预浸料铺设而成。

4.如权利要求1所述的制作工艺，其特征是：所述带阻尼薄膜的贫胶预浸料的制作使用刷涂或喷涂法或连续预浸法，即将阻尼材料按合适比例溶于有机溶剂中形成阻尼材料溶液，用刷子（或喷枪）或浸润工艺将该溶液刷（或喷）或浸润在单层贫胶预浸料之上，待阻尼材料溶液中的有机溶剂挥发后，就得到带阻尼薄膜的贫胶预浸料；将两张刷（或喷）涂好的带有单层阻尼薄膜的贫胶预浸料的阻尼面贴合在一起便得到带阻尼薄膜的双面贫胶预浸料的结构。

5.如权利要求1所述的制作工艺，其特征是：带阻尼薄膜的贫胶预浸料的穿孔工艺由带阻尼薄膜的贫胶预浸料穿孔装置实现，所述阻尼层穿孔装置，包括基座、气缸、连接件、活动工作台、放置带阻尼薄膜的贫胶预浸料的垫板、带有若干通孔的压料卸料平板、弹簧和穿孔模板，其中，

所述气缸设置在基座上，所述活动工作台通过连接件与气缸相连接，气缸能驱动活动工作台作上下方向的移动；所述垫板放置在活动工作台上；所述压料卸料平板设置在垫板和穿孔模板之间，并能相对垫板和穿孔模板作上下方向的移动；所述压料卸料平板与穿孔模板之间设有弹簧，压料卸料平板通过该弹簧相对穿孔模板作上下方向的移动；所述穿孔模板上设有与压料卸料平板上的通孔相配合的穿孔钉，所述穿孔钉为锥柱组合体，即由与穿孔模板相连的圆柱体和设置在圆柱体上的锥形体组合而成。

6.如权利要求4所述的制作工艺，其特征是：垫板的材料为软木或软塑料或泡沫材料。

7.如权利要求4所述的制作工艺，其特征是：对于所述穿孔模板，带阻尼薄膜的贫胶预浸料穿孔结构的尺寸是孔布局在正方形的四个角上，孔距为10mm，孔径为2mm。

8.如权利要求1所述的制作工艺，其特征是：扫频激震时采用激振器进行处理，激振器激震位置施加在模具下表面位于体系重心处，频率从五赫兹到一万赫兹，幅值在0.1-2mm，持续5-8分钟，然后静置3-5分钟，重复上述过程二到五次。

9.如权利要求1所述的制作工艺，其特征是：对于2070CN树脂，所述模具内一直保持0.08~0.095MPa的负压，模具加压保持型腔内5个大气压，从室温以1~3℃/min的升温速率使温度达到150℃保温15分钟，再以1~3℃/min的升温速率使温度达到160℃保温3小时，然后以不大于降温速率1.5℃/min的降温速率降至60℃以下。

10.采用权利要求1~9中任一项所述的制作工艺制备得到的嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料。