[发明专利]一种复合阻尼层增韧薄层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能复合材料领域，特别是涉及一种复合阻尼层增韧薄层及其制备方法以及利用该阻尼层制备兼具高韧性，高强度的结构阻尼复合材料。

背景技术

先进树脂基复合材料以其高比强度，高比模量和性能的可裁剪性在航空，航天，建筑，化工等领域的应用日益广泛。近年来随着航空航天飞行器向高速化、轻质化方向，机械设备向高速，高效、自动化方向发展，结构振动和噪声环境对精密电子仪器和设备的动力学环境的恶性影响不断加剧，降低了导航和控制系统的精度和可靠性，亟需对结构进行减振降噪以改善其力学环境，延长结构承受循环载荷和冲击的服役时间。近年来实践证明向结构中添加阻尼材料是抑制振动和噪声最有效的技术手段之一。阻尼材料是一种能吸收振动机械能，并将它转化为热能、电能、磁能或其他形式的能量而损耗掉的一种功能材料。结构阻尼材料是既有较高阻尼性能又保留很好强度和刚度的结构功能一体化的材料，如果直接将制备好的阻尼材料与结构材料复合使用则很容易造成结构剥离，且阻尼层的使用尤其是约束阻尼结构容易导致整体结构刚度和强度的大幅下降。另一方面，连续碳纤维增强树脂基叠层结构复合材料通常对低速冲击敏感，容易形成内部冲击分层损伤，使复合材料的压缩强度急剧降低，提高抗冲击分层损伤能力的最主要方法提高复合材料的层间断裂韧性，因此，叠层结构复合材料的增韧也一直是国内外航空复合材料的重要研究内容。

目前，针对复合材料增韧的方法多种多样，如利用较韧的橡胶或者热塑性高分子对热固性基体树脂直接进行增韧，但由此常常会带来耐热性和刚度的下降，或者加工工艺性变差等问题。一种在叠层复合材料层间引入韧性结构的方法受到关注，因其提高复合材料抗冲击分层能力的同时保持了成型的工艺性和其它力学性能，典型的例子是在层间插入独立的高韧性纯热塑性树脂层或者热固性胶层及其发展起来的“离位”增韧技术(如中国专利CN101220561,CN101760965A)，如插入多孔的热塑性薄膜。还有在层间引入韧性颗粒、在层间引入刚性穿插结构及在层间置入高韧性纤维的技术等，如插入尼龙无纺布、热塑性树脂纤维的织物(即利用热塑性树脂纤维编织而成的薄层织物)等均可使复合材料层间断裂韧性大幅度提高。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的不足，提供了一种复合阻尼层增韧薄层，通过在多孔的载体上负载聚偏二氟乙烯PVDF，其目的是制备一种结构功能一体化的连续碳纤维增强叠层树脂基结构复合材料，该种材料能兼顾阻尼性以缓解结构振动和高增韧以提高其冲击损伤容限。

解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明首先提出了制备一种作为中间态复合材料的阻尼-增韧双功能的复合薄层，该薄层是由低面密度多孔的载体和均匀负载在载体上的PVDF构成。

所述的载体为多孔的织物、多孔的无纺布或多孔的聚合物薄膜，载体的厚度为8-80μm,载体的面密度为5g/m²-40g/m²。

进一步地，所述的多孔的无纺布为聚合物无纺布或非聚合物无纺布。

进一步地，所述的聚合物无纺布为尼龙、聚芳醚酮、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚醚醚酮、芳纶中的一种或几种。

进一步地，所述的非聚合物无纺布为碳纤维无纺布、碳纳米管无纺布、植物纤维无纺布中的一种或几种。

本发明还提出了上述复合阻尼层增韧薄层的制备方法，包括以下步骤：

(1)将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，保证分散液中PVDF含量为5％-30％；

(2)将上述步骤(1)所得的分散液负载到载体上；

(3)干燥上述步骤(2)所得的负载过分散液的载体。

进一步地，步骤(2)中将分散液负载到载体上的方法为：a)载体在分散液中浸渍或者将分散液喷涂在载体上；b)将分散液在负压下通过载体；c)采用刷涂方式将分散液均匀涂刷在载体上中的任意一种。

本发明技术方案还提出了上述复合阻尼层增韧薄层的应用，将该复合阻尼增韧薄层放置在连续碳纤维叠层复合材料的层间，固化成型后，制成具有阻尼减振的高韧性高强度复合材料制件。

连续碳纤维为T300,T800,T700,CCF300中任一种，连续碳纤维的编织方式为单向、平纹、斜纹或缎纹中任一种。

连续碳纤维叠层复合材料的基体树脂为环氧树脂、不饱和聚酯、双马来酰亚胺树脂中任一种。

固化成型为热压罐成型、RTM、模压、真空辅助或真空袋成型中任一种。

本发明的有益效果是：