一種復(fù)合阻尼層增韌薄層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功能復(fù)合材料領(lǐng)域，特別是涉及一種復(fù)合阻尼層增韌薄層及其制備方法以及利用該阻尼層制備兼具高韌性，高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)阻尼復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
[0002]先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料以其高比強(qiáng)度，高比模量和性能的可裁剪性在航空，航天，建筑，化工等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。近年來隨著航空航天飛行器向高速化、輕質(zhì)化方向，機(jī)械設(shè)備向高速，高效、自動(dòng)化方向發(fā)展，結(jié)構(gòu)振動(dòng)和噪聲環(huán)境對(duì)精密電子儀器和設(shè)備的動(dòng)力學(xué)環(huán)境的惡性影響不斷加劇，降低了導(dǎo)航和控制系統(tǒng)的精度和可靠性，亟需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行減振降噪以改善其力學(xué)環(huán)境，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)承受循環(huán)載荷和沖擊的服役時(shí)間。近年來實(shí)踐證明向結(jié)構(gòu)中添加阻尼材料是抑制振動(dòng)和噪聲最有效的技術(shù)手段之一。阻尼材料是一種能吸收振動(dòng)機(jī)械能，并將它轉(zhuǎn)化為熱能、電能、磁能或其他形式的能量而損耗掉的一種功能材料。結(jié)構(gòu)阻尼材料是既有較高阻尼性能又保留很好強(qiáng)度和剛度的結(jié)構(gòu)功能一體化的材料，如果直接將制備好的阻尼材料與結(jié)構(gòu)材料復(fù)合使用則很容易造成結(jié)構(gòu)剝離，且阻尼層的使用尤其是約束阻尼結(jié)構(gòu)容易導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度的大幅下降。另一方面，連續(xù)碳纖維增強(qiáng)樹脂基疊層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料通常對(duì)低速?zèng)_擊敏感，容易形成內(nèi)部沖擊分層損傷，使復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度急劇降低，提高抗沖擊分層損傷能力的最主要方法提高復(fù)合材料的層間斷裂韌性，因此，疊層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的增韌也一直是國內(nèi)外航空復(fù)合材料的重要研宄內(nèi)容。
[0003]目前，針對(duì)復(fù)合材料增韌的方法多種多樣，如利用較韌的橡膠或者熱塑性高分子對(duì)熱固性基體樹脂直接進(jìn)行增韌，但由此常常會(huì)帶來耐熱性和剛度的下降，或者加工工藝性變差等問題。一種在疊層復(fù)合材料層間引入韌性結(jié)構(gòu)的方法受到關(guān)注，因其提高復(fù)合材料抗沖擊分層能力的同時(shí)保持了成型的工藝性和其它力學(xué)性能，典型的例子是在層間插入獨(dú)立的高韌性純熱塑性樹脂層或者熱固性膠層及其發(fā)展起來的“離位”增韌技術(shù)(如中國專利CN101220561，CN101760965A)，如插入多孔的熱塑性薄膜。還有在層間引入韌性顆粒、在層間引入剛性穿插結(jié)構(gòu)及在層間置入高韌性纖維的技術(shù)等，如插入尼龍無紡布、熱塑性樹脂纖維的織物(即利用熱塑性樹脂纖維編織而成的薄層織物)等均可使復(fù)合材料層間斷裂韌性大幅度提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了克服上述技術(shù)問題的不足，提供了一種復(fù)合阻尼層增韌薄層，通過在多孔的載體上負(fù)載聚偏二氟乙烯PVDF，其目的是制備一種結(jié)構(gòu)功能一體化的連續(xù)碳纖維增強(qiáng)疊層樹脂基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，該種材料能兼顧阻尼性以緩解結(jié)構(gòu)振動(dòng)和高增韌以提高其沖擊損傷容限。
[0005]解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:
[0006]本發(fā)明首先提出了制備一種作為中間態(tài)復(fù)合材料的阻尼-增韌雙功能的復(fù)合薄層，該薄層是由低面密度多孔的載體和均勻負(fù)載在載體上的PVDF構(gòu)成。
[0007]所述的載體為多孔的織物、多孔的無紡布或多孔的聚合物薄膜，載體的厚度為8-80 μ m,載體的面密度為5g/m2_40g/m2。
[0008]進(jìn)一步地，所述的多孔的無紡布為聚合物無紡布或非聚合物無紡布。
[0009]進(jìn)一步地，所述的聚合物無紡布為尼龍、聚芳醚酮、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚醚砜、聚醚醚酮、芳綸中的一種或幾種。
[0010]進(jìn)一步地，所述的非聚合物無紡布為碳纖維無紡布、碳納米管無紡布、植物纖維無紡布中的一種或幾種。
[0011]本發(fā)明還提出了上述復(fù)合阻尼層增韌薄層的制備方法，包括以下步驟:
[0012](I)將PVDF分散于二甲基甲酰胺DMF或二甲基乙酰胺DMAc中形成分散液，保證分散液中PVDF含量為5% -30% ;
[0013](2)將上述步驟⑴所得的分散液負(fù)載到載體上；
[0014](3)干燥上述步驟(2)所得的負(fù)載過分散液的載體。
[0015]進(jìn)一步地，步驟(2)中將分散液負(fù)載到載體上的方法為:a)載體在分散液中浸漬或者將分散液噴涂在載體上山)將分散液在負(fù)壓下通過載體；c)采用刷涂方式將分散液均勻涂刷在載體上中的任意一種。
[0016]本發(fā)明技術(shù)方案還提出了上述復(fù)合阻尼層增韌薄層的應(yīng)用，將該復(fù)合阻尼增韌薄層放置在連續(xù)碳纖維疊層復(fù)合材料的層間，固化成型后，制成具有阻尼減振的高韌性高強(qiáng)度復(fù)合材料制件。
[0017]連續(xù)碳纖維為T300，T800，T700，CCF300中任一種，連續(xù)碳纖維的編織方式為單向、平紋、斜紋或緞紋中任一種。
[0018]連續(xù)碳纖維疊層復(fù)合材料的基體樹脂為環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯、雙馬來酰亞胺樹脂中任一種。
[0019]固化成型為熱壓罐成型、RTM、模壓、真空輔助或真空袋成型中任一種。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:
[0021]本發(fā)明兼顧了連續(xù)纖維疊層復(fù)合材料的高韌性、高強(qiáng)度和阻尼減振性能，其具體的制備技術(shù)分為中間態(tài)材料即復(fù)合阻尼增韌薄層的制備和終態(tài)材料即最終的高韌性結(jié)構(gòu)阻尼復(fù)合材料的制備兩步，其核心技術(shù)在于阻尼增韌薄層及其復(fù)合技術(shù)。本發(fā)明所用的PVDF與樹脂基體有很好的結(jié)合性能，通過在多孔結(jié)構(gòu)上負(fù)載能基本保持結(jié)構(gòu)復(fù)合材料特有的高比強(qiáng)度和比剛度性質(zhì)不變，同時(shí)提高斷裂韌性到3倍以上，同時(shí)改善了結(jié)構(gòu)的阻尼性能。由于按照本發(fā)明技術(shù)設(shè)計(jì)制備的復(fù)合材料的產(chǎn)品狀態(tài)仍然是常見的疊層預(yù)浸料及其層合板狀態(tài)，因此傳統(tǒng)飛機(jī)復(fù)合材料能夠應(yīng)用的場(chǎng)合中，本發(fā)明的高增韌阻尼復(fù)合材料均可以應(yīng)用，而不需要做任何特別的改動(dòng)。
【附圖說明】
[0022]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0023]圖1為單懸臂梁振動(dòng)衰減實(shí)驗(yàn)裝置示意圖；
[0024]圖2為不同插層的結(jié)構(gòu)阻尼復(fù)合材料板的振動(dòng)衰減圖；
[0025]圖3為負(fù)載PVDF的尼龍無紡布的SEM圖；
[0026]圖4為負(fù)載PVDF的PEKC薄膜的SEM圖；
【具體實(shí)施方式】
[0027]實(shí)施例1:
[0028]本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施過程如下:
[0029]1、將PVDF分散于二甲基甲酰胺DMF或二甲基乙酰胺DMAc中形成濃度為5-30%的分散液；
[0030]2、將厚度為80 μ m、面密度為40g/m2的芳綸無紡布或厚度為53 μ m、面密度為20g/m2的尼龍無紡布或厚度為25 μm、面密度為8g/m2的聚醚醚酮無紡布或厚度為75 μπκ面密度為26g/m2的聚酰亞胺無紡布或厚度為15 μπκ面密度為7g/m2的聚醚砜無紡布或厚度為30 μπκ面密度為168/1112的芳綸無紡布浸入到上述步驟I中得到的PVDF的分散液中，拉提出液面并晾干或烘干，重復(fù)上述步驟再浸漬一次，得到均勻負(fù)載PVDF的聚合物無紡布；
[0031]3、將上述負(fù)載得到的聚合物無紡布一一放置于連續(xù)碳纖維單向增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂基預(yù)浸料的層間進(jìn)行鋪層，碳纖維Τ300，3Κ或Τ800，12Κ，環(huán)氧樹脂5228(北京航空材料研宄院產(chǎn)品)或環(huán)氧樹脂QY9611 (北京航空制造工程研宄所產(chǎn)品)，定型后得到插層負(fù)載的增韌-阻尼一體化的復(fù)合材料預(yù)制體；
[0032]4、按該環(huán)氧樹脂預(yù)浸料規(guī)定的固化工藝，將上述增韌-阻尼一體化的復(fù)合材料預(yù)制體利用常規(guī)的模壓或熱壓罐方法進(jìn)行真空成型固化，得到環(huán)氧樹脂基增韌阻尼一體化的復(fù)合材料制品。
[0033]圖2中為不同插層材料的振動(dòng)衰減圖，從圖中可明顯看出，通過添加7層尼龍無紡布可提高復(fù)材板的振動(dòng)衰減速率，而通過在尼龍無紡布上負(fù)載PVDF可進(jìn)一步增加振動(dòng)衰減速率。
[0034]圖3為負(fù)載PVDF的尼龍無紡布的SEM圖，從圖中可以看出，PVDF在載體中分散均勻但并未完全將尼龍的空隙填滿，基體樹脂依然可穿過空隙形成連續(xù)結(jié)構(gòu)，從而保證材料的力學(xué)性能不受明顯影響，PVDF的高韌性加上尼龍無紡布共同構(gòu)成增韌結(jié)構(gòu)。
[0035]本實(shí)施例得到的一種由在尼龍無紡布上負(fù)載得到的阻尼增韌薄層并插層得到的最終的復(fù)合材料相比于未插層的復(fù)合材料，I型層間