[发明专利]包含粘弹性夹层的多功能复合材料

说明书

发明目的

本发明涉及具有噪声衰减和抗冲击性能的材料，而且所述材料还具有良好的导电性。本发明还涉及具有这些性能的材料的制造方法。其用途与航空航天工业中的利益相关。

待解决技术问题与背景技术

自20世纪70年代以来，航空航天工业使用的复合材料大大增加。所述材料的良好的机械耐受性及其低重量增加了它们在飞行器不同结构元件中的使用，除了在那些需要耐受高热负荷的领域。

本发明的目的是提供一种复合材料来提高噪声衰减（例如，当它用作飞行器机身中的结构材料时），从而提高乘客的飞行舒适度。作为飞行器的结构材料，还需要提高冲击耐受性。还寻求良好的导电性，因为它允许例如当闪电袭击飞行器后可以轻易地离开。所述材料包括一种所有层可以是连续的结构，所述结构由以下构成：由基质和相应纤维形成的基底、至少一个粘弹性材料的片材、和至少一层冲击保护材料。

在本领域中已知多种形式的复合材料和粘弹性材料的结合使用，即：

-被称为嵌入阻尼（embedded damping）的技术，包括将粘弹性材料的片材嵌入复合材料，用于吸收和/或耗散中间频率的振动（100至500Hz）的能量;

-被称为附加阻尼（add-on damping）的技术，其基于使用与粘附到结构元件的粘弹性材料层相连的元件，用于吸收和/或耗散中间频率的振动（100至500Hz）的能量。

也已知与本发明目的相关的领域内的多个专利文件。国际专利申请WO2008/147754A1描述了一种用于在飞行器上阻尼声音和振动的混合复合材料。这种材料具有多个层，其中一层是含金属纤维以增加阻尼效果的粘弹性层。

国际专利申请WO2010/077849A1、WO2010/079322A1和WO2008/115301A2涉及多层复合材料，包括至少一种粘弹性层或引入具有粘弹性的元件。

美国专利申请US2010/0126796A1涉及一种具有阻尼特性的多层复合材料，在其它金属层之间有一个粘弹性层。

专利文件EP1500494B1公开了一种复合材料，其结构中含有粘弹性材料的阻尼层，并涉及其制造方法。

专利文献US6114050A描述了一种与复合材料结合的钛聚合物混合层压板；在优选的实施方案中，所有的复合材料层具有相同的取向。该材料特别适用于超音速民用飞行器。

然而本领域还没有与本文所描述的材料类似的已知材料，其中本发明的所有方面如噪声衰减、导电性和抗冲击性都有效地结合。抗冲击性必须被理解为低能、中能、高能的冲击耐受性。低能冲击被理解为小于50J的冲击，代表是工具掉落到材料上。中能冲击是包含50J到3kJ之间的冲击，典型的例子是在飞行中鸟类的撞击。最后，高能冲击是那些超过3kJ的，代表是机身上的开放式转子或螺旋桨发动机桨叶驱逐冰碎片的冲击。

发明内容

本文中描述的发明公开了已知固化或未固化的复合材料结构，包括基质形式的结构部件、纤维形式的结构部件、粘弹性材料层和冲击保护材料层。基质和纤维构成复合材料的连续第一层。粘弹性材料层以第二层的形式添加到由前述基质和纤维构成的第一层上。在粘弹性材料第二层上添加连续第三层形式的抗冲击材料。所述冲击保护材的第三层形成复合材料的最外层，还具有导电性。

粘弹性材料层以连续第二层的形式添加在第一层之上。在另一种构造中，粘弹性材料层以非连续第二层的形式添加在第一层上，并具有细长的、圆形的或方形的腔。

在本发明的一个实施方案中，该复合材料的第一层和第二层中的至少一层具有含碳纳米管的加强材料。在另一个实施方案中，该复合材料的第一层和第二层中的至少一层具有含碳纳米纤维的加强材料。

与复合材料的连续第一层关联的基质是热稳定性化合物，在另一种构造中，所述基质是热塑性化合物。

另一方面，复合材料的连续第一层中所用的结构纤维是碳纤维增强聚合物（CFRP），或玻璃纤维增强聚合物（GFRP）。

作为冲击保护材料的复合材料的第三层，是以下的任何一种：纯金属、金属合金、金属氧化物、或金属陶瓷材料。

复合材料的第二粘弹性层的厚度为0.1至0.2mm。

进而，复合材料的第三层的最大厚度等于复合材料总厚度的三分之一（33.33％）。另一方面，所述复合材料的第三层具有以下最小厚度：

a）大于复合材料的总厚度的22％，或

b）大于0.8毫米，

应用这两个最小值要求中首先满足的那个。

本发明还描述了制造复合材料结构的方法，包括：