專利名稱：一種復(fù)合材料低速?zèng)_擊示蹤層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種復(fù)合材料低速?zèng)_擊示蹤層，屬于復(fù)合材料制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于復(fù)合材料制件質(zhì)量輕、強(qiáng)度高，因此在航空航天領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其中在航空器方面，復(fù)合材料大量應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)與民機(jī)的機(jī)翼蒙皮、機(jī)身、垂尾、副翼等結(jié)構(gòu)件。飛機(jī)結(jié)構(gòu)通常要滿足結(jié)構(gòu)完整性的要求，其中包括靜強(qiáng)度、剛度、耐久性和損傷容限要求。但是復(fù)合材料對(duì)低速?zèng)_擊具有敏感性，即復(fù)合材料制件受到低速?zèng)_擊時(shí)，內(nèi)部容易發(fā)生層間開裂，復(fù)合材料內(nèi)部已經(jīng)存在大范圍分層，且壓縮強(qiáng)度急劇下降時(shí)，但外表面可能仍然是目視不可檢的，正是由于復(fù)合材料在此種情況下的不可檢性，使材料在應(yīng)用過程中存在很大的危險(xiǎn)性。因此，如何使材料在低速?zèng)_擊后以表面損傷狀態(tài)來評(píng)價(jià)材料的內(nèi)部損傷狀況成為了復(fù)合材料應(yīng)用研究的重點(diǎn)之一。傳統(tǒng)的復(fù)合材料沖擊損傷目視可檢技術(shù)是采用具有I 4in的半球形沖擊頭的落錘在試樣表面進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，通過落錘的質(zhì)量和高度來調(diào)節(jié)沖擊能量。復(fù)合材料受到?jīng)_擊后，測(cè)量沖擊后復(fù)合材料表面凹坑深度，如果沖擊后凹坑深度大于1. 3mm時(shí)，能夠做到目視勉強(qiáng)可檢沖擊損傷。但多數(shù)復(fù)合材料層合板沖擊后凹坑深度沒有達(dá)到這一數(shù)值時(shí)，沖擊能量已經(jīng)達(dá)到很高，復(fù)合材料內(nèi)部已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重分層，剩余壓縮強(qiáng)度大幅降低，復(fù)合材料已經(jīng)不能達(dá)到制件要求的力學(xué)性能要求。在復(fù)合材料受沖擊損傷失效前，目視勉強(qiáng)可檢技術(shù)就不能有效地檢測(cè)出復(fù)合材料的受損狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而設(shè)計(jì)提供了一種復(fù)合材料低速?zèng)_擊示蹤層，其目的是在復(fù)合材料表面涂覆陶瓷薄層，通過該陶瓷薄層受到低速?zèng)_擊后的狀態(tài)變化，來辨別復(fù)合材料相應(yīng)沖擊受損區(qū)域、沖擊能量的大小及沖擊后剩余壓縮強(qiáng)度。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)的該復(fù)合材料低速?zèng)_擊示蹤層，其特征在于所述低速?zèng)_擊示蹤層是指在復(fù)合材料表面(I)貼覆的陶瓷薄層，功能是通過該陶瓷薄層受到低速?zèng)_擊后的狀態(tài)變化，來辨別復(fù)合材料相應(yīng)沖擊受損區(qū)域、沖擊能量的大小及沖擊后剩余壓縮強(qiáng)度；該陶瓷薄層是非連續(xù)狀的，陶瓷薄層是用單片陶瓷基片(2)拼貼而成，陶瓷基片
(2)的厚度為O.1 O. 5mm，面積為100 2500mm2，相鄰陶瓷基片⑵之間的間隙應(yīng)小于O. 2mmο陶瓷基片(2)的形狀是正方形、長(zhǎng)方形、三角形、梯形或六角形。當(dāng)復(fù)合材料受到低速?zèng)_擊時(shí)，表層的陶瓷基片會(huì)發(fā)生脫落、單個(gè)陶瓷基片破損、單個(gè)陶瓷基片內(nèi)產(chǎn)生裂紋等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象容易被觀察到，通過這些現(xiàn)象就可以判定相應(yīng)的復(fù)合材料表面受沖擊的部位，并根據(jù)陶瓷基片的損傷程度來判斷復(fù)合材料相應(yīng)表面經(jīng)受的沖擊能量、沖擊面積、沖擊后剩余壓縮強(qiáng)度，達(dá)到目視可檢技術(shù)判斷的要求。所以，所述低速?zèng)_擊示蹤層起到了低速?zèng)_擊示蹤的作用。所述復(fù)合材料的增強(qiáng)纖維可以是玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維、天然植物纖維或上述纖維的混編體，纖維織物結(jié)構(gòu)可以是單向織物、平紋織物、緞紋織物、斜紋織物、無(wú)緯布、無(wú)紡布或非屈曲織物，復(fù)合材料的樹脂體系可以為環(huán)氧樹脂、雙馬樹脂、酚醛樹脂、苯并噁嗪樹脂，復(fù)合材料的成型工藝可以是熱壓罐工藝、RTM工藝、VARI工藝、RFI工藝、預(yù)浸料真空袋成型工藝。陶瓷基片采用以下材料制備氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、鈦酸鋇。


圖1為陶瓷基片貼覆在復(fù)合材料表面上的形狀結(jié)構(gòu)示意
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步地詳述參見附圖1所示，實(shí)施例1本發(fā)明技術(shù)方案按以下步驟進(jìn)行⑴制備陶瓷基片采用氧化鋁材料制備陶瓷基片2，陶瓷基片2的厚度為O. 2mm，尺寸為400mm2 ；⑵復(fù)合材料預(yù)浸料鋪層將T300/AG80環(huán)氧基碳纖維預(yù)浸料按照[45/0/-45/90] 4s鋪層鋪貼層合板，鋪貼完畢后，將陶瓷基片2鋪貼于復(fù)合材料表面1，陶瓷基片2間隙控制在O. 2mm內(nèi)，鋪貼完畢后，封裝；⑶復(fù)合材料成型在熱壓罐中按照130°C，30min->180 V，2h->200°C，2h工藝固化后得到具有鱗狀
表面示蹤層的復(fù)合材料層合板。上述陶瓷基片2的形狀是正方形、長(zhǎng)方形、三角形、梯形或六角形。然后，按SACMASRM 2_88標(biāo)準(zhǔn)對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行沖擊后壓縮強(qiáng)度(CAI)測(cè)試，沖擊能量為6. 67J/mm，沖擊后，層合板表面受沖擊的陶瓷基片2發(fā)生脫落，周邊陶瓷基片2未發(fā)生破壞。受沖擊區(qū)域與陶瓷基片2的損傷區(qū)域相符，且受損區(qū)域容易被觀察到，達(dá)到目視可檢技術(shù)判斷的要求。實(shí)施例2本發(fā)明技術(shù)方案按以下步驟進(jìn)行⑴制備陶瓷基片采用氧化鋯材料制備陶瓷基片2，陶瓷基片2的厚度為O. 3mm,尺寸為800mm2 ；⑵復(fù)合材料預(yù)浸料鋪層T700單向碳纖維織物按照[45/0/_45/90]33鋪層鋪貼層合板，鋪貼完畢后，打真空袋加熱定型。定型后，將陶瓷基片2鋪貼于復(fù)合材料表面I，基片間隙控制在O. 2mm內(nèi)，鋪貼完畢后，再次打真空袋定型；⑶復(fù)合材料成型
將預(yù)定型鋪放在RTM模具中，注射雙馬來酰亞胺樹脂。注射完畢后，按照130°C，2h->150°C，2h->180°C，2h->200°C，IOh工藝固化后得到具有鱗狀表面示蹤層的復(fù)合材料層合板。上述陶瓷基片2的形狀是正方形、長(zhǎng)方形、三角形、梯形或六角形。然后，按SACMA SRM 2_88標(biāo)準(zhǔn)對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行沖擊后壓縮強(qiáng)度(CAI)測(cè)試，沖擊能量為6. 67J/mm，沖擊后，層合板表面受沖擊的陶瓷基片2破損后殘缺，周邊陶瓷基片2未發(fā)生破壞。受沖擊區(qū)域與陶瓷基片2的損傷區(qū)域相符，且受損區(qū)域容易被觀察到，達(dá)到目視可檢技術(shù)判斷的要求。實(shí)施例3本發(fā)明技術(shù)方案按以下步驟進(jìn)行⑴制備陶瓷基片采用鈦酸鋇材料制備陶瓷基片2，陶瓷基片2的厚度為O. 25mm,尺寸為700_2 ；⑵復(fù)合材料預(yù)浸料鋪層將玻璃纖維織物/AG80環(huán)氧基預(yù)浸料按照[45/0/-45/90]4s鋪層鋪貼層合板，鋪貼完畢后，將陶瓷基片2鋪貼于復(fù)合材料表面1，陶瓷基片2間隙控制在O. 2mm內(nèi)，鋪貼完畢后，封裝；⑶復(fù)合材料成型在熱壓罐中按照130°C，30min->180 V，2h->200°C，2h工藝固化后得到具有鱗狀
表面示蹤層的復(fù)合材料層合板。上述陶瓷基片2的形狀是正方形、長(zhǎng)方形、三角形、梯形或六角形。然后，按SACMA SRM 2_88標(biāo)準(zhǔn)對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行沖擊后壓縮強(qiáng)度(CAI)測(cè)試，沖擊能量為6. 67J/mm，沖擊后，層合板表面受沖擊的陶瓷基片2內(nèi)部產(chǎn)生裂紋并與周邊的陶瓷基片2間隙擴(kuò)大，周邊陶瓷基片2未發(fā)生破壞。受沖擊區(qū)域與陶瓷基片2的損傷區(qū)域相符，且受損區(qū)域容易被觀察到，達(dá)到目視可檢技術(shù)判斷的要求。實(shí)施例4本發(fā)明技術(shù)方案按以下步驟進(jìn)行⑴制備陶瓷基片采用碳化硅材料制備陶瓷基片2，陶瓷基片2的厚度為O. 4mm,尺寸為2000mm2 ；⑵復(fù)合材料預(yù)浸料鋪層T800單向碳纖維織物按照[45/0/_45/90]33鋪層鋪貼層合板，鋪貼完畢后，打真空袋加熱定型。定型后，將陶瓷基片2鋪貼于復(fù)合材料表面I，基片間隙控制在O. 2mm內(nèi)，鋪貼完畢后，再次打真空袋定型；⑶復(fù)合材料成型將預(yù)定型鋪放在VARI模具中，注射雙馬來酰亞胺樹脂。注射苯并噁嗪樹脂。注射完畢后，按照180°C，2h->20(TC，2h工藝固化后得到具有鱗狀表面示蹤層的復(fù)合材料層合板。上述陶瓷基片2的形狀是正方形、長(zhǎng)方形、三角形、梯形或六角形。然后，按SACMA SRM 2_88標(biāo)準(zhǔn)對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行沖擊后壓縮強(qiáng)度(CAI)測(cè)試，沖擊能量為6. 67J/mm，沖擊后，層合板表面受沖擊的陶瓷基片2破損后殘缺，周邊陶瓷基片2未發(fā)生破壞。受沖擊區(qū)域與陶瓷基片2的損傷區(qū)域相符，且受損區(qū)域容易被觀察到，達(dá)到目視可檢技術(shù)判斷的要求。實(shí)施例5本發(fā)明技術(shù)方案按以下步驟進(jìn)行⑴制備陶瓷基片采用氧化鋁材料制備陶瓷基片2，陶瓷基片2的厚度為O. 3mm,尺寸為IOOOmm2 ；⑵復(fù)合材料預(yù)浸料鋪層T300碳纖維平紋織物按照[(45/-45)/ (0/90)]4s鋪層鋪貼層合板，鋪貼完畢后，打真空袋加熱定型。定型后，將陶瓷基片2鋪貼于復(fù)合材料表面1，基片間隙控制在O. 2mm內(nèi)，鋪貼完畢后，再次打真空袋定型；⑶復(fù)合材料成型將預(yù)定型封裝在RFI模具中，樹脂體系為環(huán)氧樹脂。在熱壓罐中按照180°C，2h->200°C，2h藝固化后得到具有鱗狀表面示蹤層的復(fù)合材料層合板。上述陶瓷基片2的形狀是正方形、長(zhǎng)方形、三角形、梯形或六角形。然后，按SACMA SRM 2_88標(biāo)準(zhǔn)對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行沖擊后壓縮強(qiáng)度(CAI)測(cè)試，沖擊能量為6. 67J/mm，沖擊后，層合板表面受沖擊的陶瓷基片2產(chǎn)生裂紋，周邊陶瓷基片2未發(fā)生破壞。受沖擊區(qū)域與陶瓷基片2的損傷區(qū)域相符，且受損區(qū)域容易被觀察到，達(dá)到目視可檢技術(shù)判斷的要求。實(shí)施例6本發(fā)明技術(shù)方案按以下步驟進(jìn)行⑴制備陶瓷基片采用氧化鋯材料制備陶瓷基片2，陶瓷基片2的厚度為O. 25mm,尺寸為500mm2 ；⑵復(fù)合材料預(yù)浸料鋪層將IM7/AG80環(huán)氧基碳纖維預(yù)浸料按照[45/0/_45/90]4s鋪層鋪貼層合板，鋪貼完畢后，將陶瓷基片2鋪貼于復(fù)合材料表面1，陶瓷基片2間隙控制在O. 2mm內(nèi)，鋪貼完畢后，封裝；⑶復(fù)合材料成型將封裝好的預(yù)浸料放模壓工裝內(nèi)，在壓機(jī)上加壓l.OMPa，按照130°C，30min->180°C，2h->200°C，2h工藝固化，脫模得到具有鱗狀表面示蹤層的復(fù)合材料層合板。上述陶瓷基片2的形狀是正方形、長(zhǎng)方形、三角形、梯形或六角形。然后，按SACMA SRM 2_88標(biāo)準(zhǔn)對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行沖擊后壓縮強(qiáng)度(CAI)測(cè)試，沖擊能量為6. 67J/mm，沖擊后，層合板表面受沖擊的陶瓷基片2產(chǎn)生裂紋，周邊陶瓷基片2未發(fā)生破壞。受沖擊區(qū)域與陶瓷基片2的損傷區(qū)域相符，且受損區(qū)域容易被觀察到，達(dá)到目視可檢技術(shù)判斷的要求。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將目視可檢對(duì)象從不易觀察的復(fù)合材料表面凹坑轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀子^察到的復(fù)合材料表層陶瓷基片的狀態(tài)變化，這些狀態(tài)變化主要表現(xiàn)為陶瓷基片發(fā)生脫落、單個(gè)陶瓷基片破損、單個(gè)陶瓷基片內(nèi)產(chǎn)生裂紋等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象容易被觀察到，達(dá)到了復(fù)合材料受到?jīng)_擊后目視可檢技術(shù)判斷的要求。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合材料低速?zèng)_擊示蹤層，其特征在于所述低速?zèng)_擊示蹤層是指在復(fù)合材料表面(I)貼覆的陶瓷薄層，功能是通過該陶瓷薄層受到低速?zèng)_擊后的狀態(tài)變化，來辨別復(fù)合材料相應(yīng)沖擊受損區(qū)域、沖擊能量的大小及沖擊后剩余壓縮強(qiáng)度；該陶瓷薄層是非連續(xù)狀的，陶瓷薄層是用單片陶瓷基片(2)拼貼而成，陶瓷基片(2)的厚度為O.1 O. 5_，面積為100 2500mm2，相鄰陶瓷基片(2)之間的間隙應(yīng)小于O. 2mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料低速?zèng)_擊示蹤層，其特征在于陶瓷基片(2)的形狀是正方形、長(zhǎng)方形、三角形、梯形或六角形。
全文摘要
本發(fā)明是一種復(fù)合材料低速?zèng)_擊示蹤層，所述低速?zèng)_擊示蹤層是指在復(fù)合材料表面(1)貼覆的陶瓷薄層，功能是通過該陶瓷薄層受到低速?zèng)_擊后的狀態(tài)變化，來辨別復(fù)合材料相應(yīng)沖擊受損區(qū)域、沖擊能量的大小及沖擊后剩余壓縮強(qiáng)度；該陶瓷薄層是非連續(xù)狀的，陶瓷薄層是用單片陶瓷基片(2)拼貼而成，陶瓷基片(2)的厚度為0.1～0.5mm，面積為100～2500mm2，相鄰陶瓷基片(2)之間的間隙應(yīng)小于0.2mm。本發(fā)明技術(shù)方案是在復(fù)合材料表面涂覆陶瓷薄層，通過該陶瓷薄層受到低速?zèng)_擊后的狀態(tài)變化，來辨別復(fù)合材料相應(yīng)沖擊受損區(qū)域、沖擊能量的大小及沖擊后剩余壓縮強(qiáng)度。
文檔編號(hào)B32B18/00GK102990990SQ201210500
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者張代軍, 安學(xué)鋒, 包建文, 鐘翔嶼, 劉剛 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院