[发明专利]嵌入式共固化缝合阻尼薄膜复合材料及其制作工艺

说明书

本申请公开了一种嵌入式共固化缝合阻尼复合材料的制作工艺，包括以下步骤：按下层贫胶预浸料、小部分硫化的阻尼薄膜或者带阻尼薄膜的贫胶预浸料和上层贫胶预浸料的铺层顺序铺设，形成预成型体；使用纤维纱线按照设计要求将该预成型体缝合起来，形成缝合预成型体；然后，对缝合预成型体导入树脂，形成树脂缝合预成型体；再对树脂缝合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将扫频激震后的树脂缝合预成型体共固化，即得到嵌入式共固化缝合阻尼薄膜复合材料。该申请的最大创新在于利用低温硫化阻尼材料组分、贫胶预浸料、扫频震动实现了真空导入法制作嵌入式共固化缝合阻尼复合材料，提高了结构整体力学性能。

技术领域

本申请属于功能结构一体化复合材料研究领域，具体涉及一种嵌入式共固化缝合阻尼薄膜复合材料及其制作工艺。

背景技术

在航空、航天技术迅速发展的今天，传统材料及结构已不能满足飞行器轻质、高刚度、大阻尼性能的设计要求，嵌入式共固化复合材料阻尼结构就是在几乎保持传统复合材料力学性能基础上而提出的一种具有高阻尼减振性能的新结构，它将三种不同性质的材料通过物理或化学的方法复合而成，形成一种多相固体，从组成和结构上分析，其中有一相在层内基本上是连续的，称为基体；另一相是被基体分散包容的，称为增强相；还有一相是各向同性的粘弹性阻尼材料，它们之间在性能上相互协调，从而获得可设计的力学性能。鉴于嵌入式共固化连续阻尼薄膜复合材料结构其阻尼特性明显高于传统复合材料，但由于粘弹性材料的承载能力明显低于树脂，导致其层间抗剪与面外抗拉能力较弱，极大地制约了这种复合材料在某些方向的承载能力。为了提高其层间力学性能，在保证嵌入式共固化复合材料大阻尼、高刚度特性的前提下，已经有人先后提出了穿孔阻尼结构和网格阻尼结构，即分别在粘弹性阻尼材料层穿孔或将其制成阻尼薄膜小片，按设计要求嵌入到复合材料预浸料中，共固化时与阻尼薄膜相邻的复合材料预浸料树脂就会变成液体顺着穿孔或阻尼薄膜小片之间间隙上、下贯通阻尼层，形成“树脂钉或树脂条”，把与阻尼层相邻的复合材料层偶联起来，这样的结构比连续阻尼薄膜嵌入的共固化复合材料结构的承载能力有明显提高。研究表明，只有穿孔面积与总面积比在5％以内，且阻尼薄膜上的孔洞越小，单位面积的树脂钉的个数愈多，层间结合应力集中系数就会愈小，整体结构的阻尼和刚度才能得到有效发挥，由于阻尼薄膜在嵌入到复合材料预浸料前就将孔洞加工在其中，在共固化的过程中预浸料树脂处于熔融态后会贯通整个阻尼层，使阻尼层两侧的复合材料通过树脂钉或树脂条上下偶联，但这种偶联结构随着穿孔直径的减小，流动阻力的加大，熔融态树脂流过该穿孔时的流动性就会变差，形成偶联“树脂钉或树脂条”结构的可能性在降低，并使树脂钉或树脂条几何尺寸精度难以控制，从而导致其层间结合性能和整体结构刚度不稳定。目前，虽有人提出了缝合夹层结构复合材料的制作工艺，但该复合材料中使用的是市售硫化后的橡胶材料，而市售硫化后的橡胶材料其特点之一就是粘弹性材料片受加工设备工艺力限制很难加工成均匀一致的阻尼薄膜，一般都在0.3mm以上，使用起来相对较厚；其二就是在与复合材料预浸料固化时，硫化后的阻尼材料同样也要受到预浸料固化时高温和压力的考验，这样使嵌入预浸料前早已硫化好的阻尼材料出现老化、返原现象，而丧失其部分甚至大部分力学性能，导致整个结构的阻尼性能和承载能力丧失。一般而言，缝合夹层结构复合材料树脂的固化工艺温度愈高、时间愈长、压力愈高，夹在其中的阻尼材料力学性能损失的就愈严重。因此，如何调整阻尼层面积比与损耗因子之间的关系，使嵌入阻尼薄膜的复合材料共固化后结构在满足高刚度、大阻尼的力学性能要求下，尽可能地提高结构的层间力学性能，就成为一个值得研究的重要问题。

发明内容

针对现有技术中的问题，本申请的目的在于提供一种具有大阻尼，高刚度，层间力学性能优良的新型复合材料结构——嵌入式共固化缝合阻尼薄膜复合材料结构及其制备方法。

为了实现上述目的，本申请采用以下技术方案：

一种嵌入式共固化缝合阻尼薄膜复合材料的制作工艺，包括以下步骤：