CN117467168A - 一种吸音复合材料的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
一种吸音复合材料的制备工艺，包括步骤：(1)梯度增强体的制备：采用第一纤维材料和第二纤维材料编织成第1～N(N≥3)个纤维增强体，第1～N个纤维增强体中第一纤维材料和第二纤维材料的质量比例不同，自第1个纤维增强体到第N个纤维增强体中第一纤维材料和第二纤维材料的质量比例呈等差或非等差变化，将第1～N个纤维增强体叠置形成梯度增强体；(2)浸渍反应制备复合材料：采用吸音材料浸渍反应液浸渍梯度增强体并使浸渍反应液反应，得到梯度增强的纤维增强吸音复合材料。通过将具有不同质量比例构成的复合纤维制作成叠层增强体再包裹基体吸音材料，配合中间处理工艺，可以更精确、灵活调整/定制吸音复合材料不同区域的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料制备技术领域，具体涉及一种吸音复合材料的制备工艺。
背景技术
纤维增强吸音复合材料是产业中所常应用的一种吸音材料，为了获得具有综合力学性能的纤维增强吸音复合材料，多种纤维复合增强吸音材料的技术也得到了应用，例如，在同一种纤维增强吸音复合材料中，既包含金属纤维，又包含玻璃纤维、陶瓷纤维等非金属纤维，通过不同纤维的配合，能够更灵活地调整纤维增强吸音复合材料的力学性能。
尽管多种纤维复合增强的吸音材料已经具有了上述优点，但在材料应用领域，常会对材料不同工作区域的力学性能提出精细化控制要求。目前，现有技术已经披露了一些工艺可以通过调整材料不同工作区域的纤维含量来调控材料不同工作区域的力学性能，但由于材料不同工作区域的纤维含量整体变化会带来一些力学性能的大梯度变化，而且纤维整体含量的突变也会在一些方面影响材料整体性能和品质，因此，这种手段在材料性能的精细化控制方面其实是存在很大不足的。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种吸音复合材料的制备工艺，通过将具有不同质量比例构成的复合纤维制作成叠层增强体再包裹基体吸音材料，可以更精确、更灵活调整/定制吸音复合材料不同区域的力学性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种吸音复合材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)梯度增强体的制备
采用第一纤维材料和第二纤维材料编织成第1～N(N≥3)个纤维增强体，所述第1～N个纤维增强体中第一纤维材料和第二纤维材料的质量比例不同，自第1个纤维增强体到第N个纤维增强体中第一纤维材料和第二纤维材料的质量比例呈等差或非等差变化，将第1～N个纤维增强体叠置形成梯度增强体；
(2)浸渍反应制备复合材料
采用吸音材料浸渍反应液浸渍步骤(1)中的梯度增强体并使浸渍反应液反应，得到梯度增强的纤维增强吸音复合材料。
如上所述的吸音复合材料的制备工艺，所述步骤(1)中，自第1个纤维增强体到第N个纤维增强体中第一纤维材料和第二纤维材料的质量比例呈等差变化。
如上所述的吸音复合材料的制备工艺，所述的吸音材料浸渍反应液是有机硅气凝胶前驱反应液，所述第一纤维材料和第二纤维材料中至少一种为金属纤维。
如上所述的吸音复合材料的制备工艺，所述第一纤维材料和第二纤维材料中一种为金属纤维，一种为非金属纤维，所述非金属纤维选自玻璃纤维或陶瓷纤维。
如上所述的吸音复合材料的制备工艺，在所述步骤(1)中，对第1～N个纤维增强体中的单体和/或对由第1～N个纤维增强体叠置形成的梯度增强体进行预处理。
如上所述的一种吸音复合材料的制备工艺，在所述步骤(1)中，对第1～N个纤维增强体中的每一个单体进行定尺预处理，所述定尺预处理是在伴热条件下进行压制。
如上所述的一种吸音复合材料的制备工艺，在所述步骤(1)中，对由第1～N个纤维增强体叠置形成的梯度增强体进行烧结预处理。
如上所述的吸音复合材料的制备工艺，所述步骤(1)中，用于编织纤维增强体的材料还包括第三纤维材料，所述第三纤维材料的质量占比与所述第一纤维材料、第二纤维材料相同或者不同。
如上所述的吸音复合材料的制备工艺，步骤(2)中所述的反应为溶胶凝胶反应。
本发明同时提供一种吸音复合材料，采用如上所述的工艺制备。本发明的有益效果在于：
本发明提供的该吸音复合材料的制备工艺，将具有不同质量比例构成的复合纤维制作成叠层增强体再包裹基体吸音材料，与背景技术中提到的简单改变纤维含量的现有手段相比，可以更精确、更灵活调整或定制吸音复合材料不同区域的力学性能。在本发明制备纤维梯度增强的吸音复合材料过程中，实现了通过科学设计复合增强纤维自身构成比例来精准获得所需的内部具有力学性能梯度的吸音复合材料，而且，配合制备过程中所采用的纤维增强体单体和叠层的梯度增强体的定尺压制、烧结处理工艺，不仅可以获得高品质的复合材料，还可以借助中间工艺例如压制参数辅助调控材料不同区域的力学性能，提高调控精度。
附图说明
图1为本发明的制备工艺原理图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。
实施例1
一种吸音复合材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)梯度增强体的制备
采用不锈钢纤维材料作为第一纤维材料，采用玻璃纤维材料作为第二纤维材料，编织成第1～4个纤维增强体，所述第1～4个纤维增强体中不锈钢纤维材料和玻璃纤维材料的质量比例按照不锈钢纤维占比从50％到65％等差递增的规律变化，如表1。
表1
| 纤维增强体 | 不锈钢纤维质量占比 | 玻璃纤维质量占比 |
| 第1纤维增强体 | 50％ | 50％ |
| 第2纤维增强体 | 55％ | 45％ |
| 第3纤维增强体 | 60％ | 40％ |
| 第4纤维增强体 | 65％ | 35％ |
将上述第1～4个纤维增强体进行定尺预处理，处理方式是将每个纤维增强体分别用压机压制平整并且厚度均匀一致，压制过程进行伴热处理，然后将第1～4个纤维增强体叠置形成梯度增强体，对梯度增强体在不超过1000℃的温度条件下进行短时烧结，提高复合纤维的结合能力。
上述压制过程的伴热是为了便于尺寸稳定，其加热温度一般在450℃以上，优选500℃以上，但不超过700℃。上述短时烧结的目的是使玻璃纤维与不锈钢纤维之间出现轻微熔合而来不及发生实质的熔化，为了达到该目的，优选在辅压条件下进行有压烧结，将烧结温度选择在850℃-950℃，烧结时间一般不超过15min，该时间可根据烧结温度灵活调整。
经过上述烧结预处理后，叠置的4个梯度增强体也因烧结粘连而组装在一起。
(2)浸渍反应制备复合材料
使用酸性溶液溶解有机硅、碱和活性剂，配制有机硅气凝胶前驱反应液，使用配制的前驱反应液浸渍步骤(1)中的梯度增强体，通过在模具中进行溶胶凝胶反应，有机硅气凝胶材料包裹梯度增强体形成了梯度增强的纤维增强有机硅气凝胶吸音复合材料。
实施例2
一种吸音复合材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤；
(1)梯度增强体的制备
采用不锈钢纤维材料作为第一纤维材料，采用玻璃纤维材料作为第二纤维材料，编织成第1～3个纤维增强体，所述第1～3个纤维增强体中不锈钢纤维材料和玻璃纤维材料的质量比例按照不锈钢纤维占比从50％到65％的非等差递增的规律变化，如表2。
表2
| 纤维增强体 | 不锈钢纤维质量占比 | 玻璃纤维质量占比 |
| 第1纤维增强体 | 50％ | 50％ |
| 第2纤维增强体 | 60％ | 40％ |
| 第3纤维增强体 | 65％ | 35％ |
将上述第1～3个纤维增强体按照与实施例1相同的条件和处理方式进行定尺预处理，然后将第1～3个纤维增强体叠置形成梯度增强体，对梯度增强体在与实施例1相同的条件下进行短时烧结，提高复合纤维的结合能力。
(2)浸渍反应制备复合材料
使用酸性溶液溶解有机硅、碱和活性剂，配制有机硅气凝胶前驱反应液，使用配制的前驱反应液浸渍步骤(1)中的梯度增强体，通过在模具中进行溶胶凝胶反应，有机硅气凝胶材料包裹梯度增强体形成了梯度增强的纤维增强有机硅气凝胶吸音复合材料。
对以上实施例1、实施例2获得的吸音复合材料进行切片和力学性能检测，其拉伸强度能够在6.5～7.3MPa、延长率能够在5.6％～6.2％之间呈可控的梯度变化，同时具有优良的吸音性能(α＞1.2)。
根据对实施例1、2的获得的吸音复合材料切片性能检测结果，也可以在不改变各个纤维增强体原纤维配比方案的前提下，通过在定尺预处理中调整一部分纤维增强体压制密度的方式配合调整在梯度方向上的不同层的纤维增强体的力学性能(拉伸性能或压缩性能)，只需要定向调整所选择的纤维增强体的压力值、加压时间等条件即可。
实施例3
根据本发明的思想，通过将具有不同质量比例构成的复合纤维制作成叠层增强体再包裹基体吸音材料，以更精确、更灵活调整/定制吸音复合材料不同区域的力学性能，因此，本发明实施例1、实施例2中的第一纤维材料和第二纤维材料是制备过程中至少包含的两种纤维材料，并不限定根据本发明思想制备的吸音复合材料中必然只有两种纤维材料。
在本实施例3中，与实施例1相同的是，仍然采用不锈钢纤维材料作为第一纤维材料，采用玻璃纤维材料作为第二纤维材料，但作为对实施例1中一部分玻璃纤维材料的替代，如表3所示，增加一定质量比例(5％)的二氧化硅纤维材料作为第三纤维材料，对实施例1中的纤维增强体构成进行改性。
表3
接下来，按照与实施例1相同的工艺进行梯度增强体的制备和浸渍反应，同样制得梯度增强的纤维增强有机硅气凝胶吸音复合材料，力学性能可控。
综上所述，本发明以上实施例提供吸音复合材料的制备工艺，将具有不同质量比例构成的复合纤维制作成叠层增强体再包裹基体吸音材料，与已有的简单改变纤维含量的现有手段相比，可以更精确、更灵活调整或定制吸音复合材料不同区域的力学性能。整个制备过程通过科学设计复合增强纤维自身构成比例来精准获得所需的内部具有力学性能梯度的吸音复合材料，而且，配合制备过程中所采用的纤维增强体单体和叠层的梯度增强体的定尺压制、烧结处理工艺，不仅可以获得组织性能均匀、高品质的复合材料，还可以借助中间工艺例如压制参数辅助调控材料不同区域的力学性能，提高调控精度。
以上实施例仅是本发明优选的几种实施方式，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出的变形或改进都应属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种吸音复合材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)梯度增强体的制备
采用第一纤维材料和第二纤维材料编织成第1～N(N≥3)个纤维增强体，所述第1～N个纤维增强体中第一纤维材料和第二纤维材料的质量比例不同，自第1个纤维增强体到第N个纤维增强体中第一纤维材料和第二纤维材料的质量比例呈等差或非等差变化，将第1～N个纤维增强体叠置形成梯度增强体；
(2)浸渍反应制备复合材料
采用吸音材料浸渍反应液浸渍步骤(1)中的梯度增强体并使浸渍反应液反应，得到梯度增强的纤维增强吸音复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种吸音复合材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤(1)中，自第1个纤维增强体到第N个纤维增强体中第一纤维材料和第二纤维材料的质量比例呈等差变化。
3.根据权利要求1或2所述的一种吸音复合材料的制备工艺，其特征在于，所述的吸音材料浸渍反应液是有机硅气凝胶前驱反应液，所述第一纤维材料和第二纤维材料中至少一种为金属纤维。
4.根据权利要求3所述的一种吸音复合材料的制备工艺，其特征在于，所述第一纤维材料和第二纤维材料中一种为金属纤维，一种为非金属纤维，所述非金属纤维选自玻璃纤维或陶瓷纤维。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种吸音复合材料的制备工艺，其特征在于，在所述步骤(1)中，对第1～N个纤维增强体中的单体和/或对由第1～N个纤维增强体叠置形成的梯度增强体进行预处理。
6.根据权利要求5所述的一种吸音复合材料的制备工艺，其特征在于，在所述步骤(1)中，对第1～N个纤维增强体中的每一个单体进行定尺预处理，所述定尺预处理是在伴热条件下进行压制。
7.根据权利要求6所述的一种吸音复合材料的制备工艺，其特征在于，在所述步骤(1)中，对由第1～N个纤维增强体叠置形成的梯度增强体进行烧结预处理。
8.根据权利要求1所述的一种吸音复合材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤(1)中，用于编织纤维增强体的材料还包括第三纤维材料，所述第三纤维材料的质量占比与所述第一纤维材料、第二纤维材料相同或者不同。
9.根据权利要求1所述的一种吸音复合材料的制备工艺，其特征在于，步骤(2)中所述的反应为溶胶凝胶反应。
10.一种吸音复合材料，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的工艺制备。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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