一种强界面宽温域的阻尼插层及连续纤维增强复合材料制造技术

本发明专利技术涉及一种强界面宽温域的阻尼插层及连续纤维增强复合材料，这种阻尼插层由纤维层和高阻尼聚合物或高阻尼树脂制成，充分利用了纤维层的界面增强作用、纤维层的本体增强作用，且巧妙利用了纤维层的结构特征，使高阻尼聚合物或树脂可设计地分布于纤维层中，进一步实现了粘弹层和树脂之间的啮合，阻尼层结构设计和纤维层协同作用还赋予了材料更宽的阻尼温域。通过将阻尼插层和连续纤维织物或其预浸料共固化，最终得到的连续纤维增强复合材料具有良好的界面性能、层间性能、更宽的温域，并且阻尼因子、适用温度可调节。

【技术实现步骤摘要】
一种强界面宽温域的阻尼插层及连续纤维增强复合材料
本专利技术属于结构复合材料的制备
，具体涉及一种强界面宽温域的阻尼插层及连续纤维增强复合材料。
技术介绍
和金属材料相比，连续纤维增强的树脂基复合材料具有更高的比强度和比模量等特性，应用这类材料替代金属材料可以带来可观的减重。目前，连续纤维增强树脂基复合材料越来越多地被用于航空航天等高端领域，近年来，在风电、船舶、高铁等领域也显现了越来越广泛的应用。另一方面，新型的设备对稳定性、舒适性提出了更高的要求，应用于这些设备的材料也被要求具有更高的阻尼性能，以满足相应的需求。如随着3C技术的不断发展，仪器、元件的精密程度越来越高，当设备的结构持续发生振动时，往往造成精密元件之间的错位和接触不良，带来了潜在的危险和不确定性。如对于更新一代的交通工具，如飞机、高铁的新型号，提高材料的阻尼性能有助于带来更好的乘坐体验。对于材料本身，如风电叶片、直升机桨叶等，减少结构振动，可以有效减少材料在振动过程中的疲劳效应，从而提高使用寿命。尽管连续纤维增强树脂基复合材料的阻尼性能大大优于金属材料，但由于其很高的模量，使得其阻尼性能仍然较差，典型地，其阻尼因子分布于0.001～0.01之间。科学界和工业界为了提高其阻尼因子，应用各种方法对其进行改性，通常的方法有：利用外贴或者插入粘弹层材料改性的自由阻尼方法和约束阻尼方法，利用外加或掺入压电阻尼材料的压电阻尼方法，其中使用粘弹层材料改性可得到具有较高阻尼因子的材料，为一种目前可应用的方法。应用于复合材料的典型技术是将橡胶薄层和复合材料共铺覆后共固化成型，但这种方法带来了弯曲模量的显著下降和界面的粘结差等问题。为了解决这一问题，又出现了将橡胶薄层打孔的穿孔共固化阻尼技术，但这种穿孔薄膜结构单一，应用后往往导致阻尼性能大幅度下降。另一方面，提高材料的阻尼温域也是科学界和工程界追求的目标之一，目前，材料阻尼温域的提高大多从阻尼材料本身的化学结构、成分组成出发去设计，如在阻尼材料结构中引入多种刚柔性不同的链段、采用物理共混的方法等。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的缺陷，提出了一种新型的强界面宽温域的阻尼插层，即将高阻尼材料与纤维层相复合，纤维层一方面可以显著提高阻尼插层的强度和界面粘结，另一方面纤维层的结构特征让高阻尼材料的可控分布和结构协同设计成为可能，通过优化阻尼层结构，达到纤维层结构和阻尼材料分布的耦合，使得最终阻尼的连续纤维增强复合材料具有更好的层间强度、界面性能、更宽广的温域，并保持较高阻尼因子、可达到较高的模量，解决现有技术制得的连续纤维增强的树脂基复合材料存在的界面粘结性能、窄温域、阻尼因子较小、模量下降过大等问题。一种强界面宽温域的阻尼插层，该阻尼插层由薄层状的纤维层和浸渍其中的高阻尼聚合物或高阻尼树脂制成，纤维层厚度为50～500μm，纤维层孔隙率为60～99％，高阻尼聚合物或高阻尼树脂浸渍量为30～500g/m2，且单位面积浸渍量不高于与纤维层等厚度的纯高阻尼聚合物或纯高阻尼树脂的质量的1.5倍。作为本专利技术的进一步改进，上述高阻尼树脂在复合材料成型温度下可进一步交联固化，所述高阻尼聚合物或高阻尼树脂是指经相应的复合材料成型工艺处理后的高阻尼聚合物和高阻尼树脂在复合材料主要应用温度下的DMA损耗因子tanδ≥0.3，且tanδ≥0.3的温度区间，即温域大于30℃。。作为本专利技术的进一步改进，所述阻尼插层的两个外表面还涂覆有一层与复合材料基体树脂相同的树脂。作为本专利技术的进一步改进，薄层状的纤维层为泡沫体或者为高强度长纤维构成的无纺布或编织布中的任意一种，所述纤维平均长度为3mm以上，纤维直径小于100μm。作为本专利技术的进一步改进，所述的高阻尼聚合物为橡胶、聚氨酯中的任意一种，高阻尼聚合物在成型温度下可进一步交联；高阻尼树脂为可固化的环氧树脂、聚酯树脂、苯并噁嗪树脂中的任意一种。作为本专利技术的进一步改进，浸渍在纤维层中的高阻尼聚合物或高阻尼树脂，在纤维层厚度方向上呈现中间富集，两侧稀疏分布的特征。作为本专利技术的进一步改进，浸渍在纤维层中的高阻尼聚合物或高阻尼树脂，在纤维层中沿纤维层面内方向为不均匀分布，所述不均匀分布是指在面内呈现部分区域密集分布，部分区域稀疏分布，单个区域的最大尺寸小于50mm。作为本专利技术的进一步改进，所述纤维层由两层、三层或者四层的层状纤维层组成。本专利技术还提供一种由强界面宽温域的阻尼插层制备的连续纤维增强复合材料，所述连续纤维增强复合材料的层间含有1～3个阻尼插层，阻尼插层分布于不同的层间，所述连续纤维增强复合材料采用固化工艺制得。具体地，所述连续纤维增强复合材料的使用温度为0-45℃。由以上的技术方案可知，本专利技术的有益效果是：1)本专利技术提出了一种新型的强界面宽温域的阻尼插层以及由其制备的连续纤维增强复合材料，这种阻尼插层由纤维层和高阻尼聚合物或高阻尼树脂构成，相对于传统的共固化阻尼插层，可以有效提高其界面粘结性，提高阻尼层强度，从而避免使用过程中的界面脱粘破坏和粘弹结构破坏。2)阻尼插层巧妙地利用纤维层的结构特征，可使阻尼层结构化分布，进而形成高阻尼聚合物或树脂和纤维结构的耦合，使得复合材料中形成粘弹物质和基体树脂的多尺度啮合，进一步提高粘结性能，并使复合材料获得更宽广可调节的阻尼性能。本专利技术制备工艺简单并能兼容现有成型方法，生产成本低。3)本专利技术还具有数项超出预期的有益效果：首先，阻尼插层特殊的纤维-阻尼材料的多相多结构特征相对传统共固化阻尼插层还大幅度拓宽了阻尼温域，而传统拓宽温域大多通过阻尼层改性来实现；其次，纤维层厚度、孔隙率具有压缩可变性，通过降低纤维层孔隙率，还可以提高阻尼复合材料的模量，解决传统共固化阻尼插层模量下降较大的问题；再次，纤维层的材质和孔隙率可以调节阻尼峰值温度，从而匹配应用环境的需求。这些带来的有益效果使得材料的各项性能相对于现有阻尼复合材料体系全面得到改善和提高，足以证明本专利技术的应用效果突出。附图说明图1为本专利技术高阻尼层强度的阻尼插层和连续纤维增强复合材料结构示意图。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。如图1所示，一种强界面宽温域的阻尼插层，该阻尼插层由薄层状的纤维层和浸渍其中的高阻尼聚合物或高阻尼树脂制成，纤维层厚度为50～500μm，纤维层孔隙率为60～99％，高阻尼聚合物或高阻尼树脂浸渍量为30～500g/m2，且单位面积浸渍量不高于与纤维层等厚度的纯高阻尼聚合物或纯高阻尼树脂的质量的1.5倍，阻尼插层的两个外表面还涂覆有一层与复合材料基体树脂相同的树脂，纤维层由两层、三层或者四层的层状纤维层组成。高阻尼树脂在复合材料成型温度下可进一步交联固化，高阻尼聚合物或高阻尼本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种强界面宽温域的阻尼插层，其特征在于，该阻尼插层由薄层状的纤维层和浸渍其中的高阻尼聚合物或高阻尼树脂制成，纤维层厚度为50～500μm，纤维层孔隙率为60～99％，高阻尼聚合物或高阻尼树脂浸渍量为30～500g/m

【技术特征摘要】
1.一种强界面宽温域的阻尼插层，其特征在于，该阻尼插层由薄层状的纤维层和浸渍其中的高阻尼聚合物或高阻尼树脂制成，纤维层厚度为50～500μm，纤维层孔隙率为60～99％，高阻尼聚合物或高阻尼树脂浸渍量为30～500g/m2，且单位面积浸渍量不高于与纤维层等厚度的纯高阻尼聚合物或纯高阻尼树脂的质量的1.5倍。


2.根据权利要求1所述的一种强界面宽温域的阻尼插层，其特征在于，上述高阻尼树脂在复合材料成型温度下可进一步交联固化，所述高阻尼聚合物或高阻尼树脂是指经相应的复合材料成型工艺处理后的高阻尼聚合物和高阻尼树脂在复合材料主要应用温度下的DMA损耗因子tanδ≥0.3，且tanδ≥0.3的温度区间，即温域大于30℃。


3.根据权利要求1所述的一种强界面宽温域的阻尼插层，其特征在于，所述阻尼插层的两个外表面还涂覆有一层与复合材料基体树脂相同的树脂。


4.根据权利要求1所述一种强界面宽温域的阻尼插层，其特征在于，薄层状的纤维层为泡沫体或者为高强度长纤维构成的无纺布或编织布中的任意一种，所述纤维平均长度为3mm以上，纤维直径小于100μm。


5.根据权利要求1所述一种强界面宽温域的阻尼插层，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭妙才，黑艳伟，李斌太，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11