[发明专利]一种内植形状记忆合金丝铺层复合材料的制备方法和成型模具

说明书

技术领域

本发明涉及到一种内植形状记忆合金丝材的可控制振动的纤维增强复合材料板材，具体涉及到这种板材的成型方法和成型模具。

背景技术

振动控制是复合材料的自适应性能的一个研究方向，其主要目的是减小振动振幅，增强阻尼以及控制振型，实现对结构振动和噪声的消除、控制。

在复合材料结构制品中，振动控制有着极为重要的实用意义。如大型仓体、导弹发射装置中加入减振材料，可以提高系统工作精度；汽车车身、座椅、电机罩盖中加入减振材料有助于消除工作时产生的噪音，尤其是车身中，利用振动主动控制技术可以增加司机和乘车人员的舒适感；而在一些体育运动如高山滑雪、网球、乒乓球和高尔夫球中，运动器具在使用时会产生一个易出故障的宽频带振动，对这种振动进行控制可以改善运动员的手感和准度。另外，一些建筑上的篷、盖类结构，大型叶片等常受到振动疲劳破坏，减振可以延长其使用寿命。

对复合材料结构实施振动控制，需要植入阻尼粘滞体或其它功能性材料，这些材料包括压电材料、电或磁流变体、磁致伸缩材料以及形状记忆合金等。其中，形状记忆合金弹性模量大，相变回复力大，可回复的变形量大，非常适于用作高性能复合材料结构的阻尼元件和控制元件。

形状记忆合金(Shape memory alloy，SMA)是一种具有特殊性能的材料。自上世纪80年代起，形状记忆合金丝材得到开发应用，而到了2004年，丝材细度就可达到几十微米，同时还能保持原有的形状记忆功能。我国自1977年开始关于SMA的研究，目前常规的形状记忆合金产品已经进入市场。目前为止，已发现的具有形状记忆效应的合金有20余种。

SMA的功能来源于其内部的相态变化，自由状态下，SMA主要有两种相态：高温奥氏体和低温马氏体。在外界温度变化时，这两个相态之间发生可逆的相变。相变区标志性温度有马氏体相变起始温度(Martensite started，Ms)，奥氏体相变起始温度(Austenite started，As)，奥氏体相变终止温度(Austenite finished，Af)和马氏体相变终止温度(Martensite finished，Mf)。

SMA具有两个不同于其它金属材料的特殊性质。其一为超弹性，表现为当使用温度在其Af之上，奥氏体态的SMA在外力作用下发生应力诱发下的马氏体相变，产生的应力诱发马氏体在应力撤除后会通过奥氏体相变自动消除，应力作用下的宏观变形也会随着逆相变而完全消失。SMA相变引起的变形具有弛豫效应，其拉伸-回弹曲线上也呈现出具有标志性的力学滞回曲线，说明SMA超弹体在拉伸-回复的循环内通过马氏体相变与逆相变能够吸收可观的能量，因此形SMA超弹体本身具有良好的阻尼效果。其二为形状记忆特性，表现为在经过高温实效处理后，SMA能够记住其奥氏体下的形态，马氏体相状态下进行一定限度的变形后，在随后的加热并超过马氏体相消失温度时，材料能完全恢复到原奥氏相下的初始形态。由于温度改变前后，SMA马氏体的杨氏模量仅是其奥氏体的1/3左右，而且SMA的形状记忆特性能够产生超强的回复力，因此形状记忆特性使得SMA具有智能性。

SMA可以做成丝状，与基体树脂复合或是埋置在复合材料内，通过自身性质或利用温度控制相变来实现复合材料结构的振动控制。SMA对复合材料结构的振动控制分为被动控制与主动控制。

被动控制采用结构内植SMA超弹丝，SMA超弹丝具有高模量、高阻尼，植于结构合适的位置不仅能够提高复合材料结构刚度，还能吸收振动能量，减弱复合材料结构的振动。近几年来，国内外的研究人员为了增强超弹丝的振动控制效果，在植入复合材料之前对超弹丝做了3～6％的预拉伸。SMA的主动振动控制又分主动材料参数调节方式(APT-Active PropertyTuning)和主动应变能调节方式(AET-Active Strain Energy Tuning)。APT控制方法利用相变后奥氏体与马氏体弹性模量的巨大差异，将非受力状态下的SMA马氏体直接植入复合材料结构中，激发后的SMA能够改变复合材料局部弹性模量，从而改变复合材料振动整体性能，该法在升温过程中，复合材料结构中并不会产生SMA相变回复力，因此对振动控制能力较弱。AET方法是将处于应力拉伸状态的SMA马氏体植入复合材料中，激发后，不仅SMA的弹性模量得到大大提高，SMA还会产生相变回复力，所以AET法要更为有效。