復(fù)合材料的制作方法【專利說(shuō)明】復(fù)合材料[0001]本發(fā)明涉及纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料，其顯示聲音或振動(dòng)阻尼性，特別地但不僅僅用于自動(dòng)帶鋪疊或自動(dòng)纖維設(shè)置系統(tǒng)，以及前述材料的制造。【
背景技術(shù)：
】[0002]由于其相比于金屬的低重量和高強(qiáng)度，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料特別是碳纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂用于航空航天應(yīng)用。因而，趨勢(shì)是應(yīng)用增長(zhǎng)，逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)。結(jié)果，正在由復(fù)合材料制備非常大面積的飛行器。結(jié)果，對(duì)于這些結(jié)構(gòu)的制造來(lái)說(shuō)，鋪設(shè)復(fù)合材料所需的勞動(dòng)正日益耗資耗時(shí)。由此，結(jié)構(gòu)層傾向于通過(guò)所謂的自動(dòng)帶鋪疊裝置以自動(dòng)方式進(jìn)行鋪設(shè)。通常的ATL機(jī)器要求這樣的材料卷，其可以是預(yù)浸漬有樹脂的纖維層，加載在線軸上，通過(guò)輥系統(tǒng)進(jìn)料至ATL頭部。通常，路徑包括切割階段和任選的加熱階段。切割階段確保材料的尺寸精確是所需的，因?yàn)槿魏纹羁赡軐?dǎo)致不可接受的最終產(chǎn)品。在ATL的頭部，通常存在兩種施用方法，即ATL頭部的〃蹄鐵（shoe)〃或〃壓實(shí)輯（compactionroller)〃。蹄鐵和壓實(shí)輥方法將壓力施加至復(fù)合材料的上表面，以降低鋪疊體的孔隙率。蹄鐵通常是平坦表面，橫跨其壓實(shí)復(fù)合材料的表面按壓在復(fù)合材料上，而輥通過(guò)滾壓橫跨復(fù)合材料表面向復(fù)合材料施加壓實(shí)力。不管采用哪種方法，材料與表面接觸，向隔離紙的最外背襯片材施加壓力。在壓力下，粘性最下層表面粘附，自動(dòng)除去背襯片材。在ATL工藝中，預(yù)浸料及其背襯層暴露于非常高的張力，為0.15-lN/mm產(chǎn)品寬度。自動(dòng)纖維鋪設(shè)或AFP使用與ATL類似的原理進(jìn)行操作，但是具有顯著較窄的帶寬度。在鋪疊工序之后，通過(guò)暴露于升高的溫度和任選地暴露于升高的壓力，使布置固化，制備固化的復(fù)合材料。[0003]為了降低噪聲和振動(dòng)，阻尼層和其他設(shè)施如受限阻尼板層可以添加至飛行器內(nèi)部。這導(dǎo)致材料成本顯著增加，勞動(dòng)以及飛行器上的額外重量；這些可能是尤其顯著的，因?yàn)樾枰篌w積來(lái)提供合適的噪聲衰減。復(fù)合材料具有高的硬度和低重量，因而通常具有低的固有阻尼品質(zhì)，因此需要增加復(fù)合材料的噪聲阻尼性。本發(fā)明目的是向復(fù)合材料鋪疊體中引入受限阻尼層，從而節(jié)省CLD板的重量和成分?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0004]根據(jù)本發(fā)明，提供所附權(quán)利要求中任一項(xiàng)限定的復(fù)合材料和制備該復(fù)合材料的方法。[0005]在一種實(shí)施方式中，提供制備阻尼復(fù)合材料的方法，所述阻尼復(fù)合材料包括：[0006]結(jié)構(gòu)層，其包括纖維和結(jié)構(gòu)樹脂材料；[0007]阻尼材料；[0008]粘接材料；和[0009]表面層；[0010]所述方法包括以下步驟：[0011]a)將粘接材料與阻尼材料的第一面組合；[0012]b)將所述粘接材料和所述阻尼材料的第一面同所述結(jié)構(gòu)層組合；[0013]c)將表面層與所述阻尼材料的第二面組合。[0014]嵌設(shè)于航空器的主體部分皮層之中的粘彈性阻尼材料通常遭遇低至_50°C的溫度。因此，在應(yīng)用溫度將實(shí)現(xiàn)所需阻尼性能的材料通常在室溫是高度可變形的，因而不適應(yīng)于ATL鋪疊中使用的高張力。此外，在現(xiàn)有材料的制備中采用的制備方法也涉及高張力和壓力，也再次不適合于阻尼材料。因此，需要克服這些限制，提供ATL適合的粘彈性阻尼材料及其制備方法。[0015]阻尼材料在室溫是高度彈性的，當(dāng)處理時(shí)易于變形。當(dāng)將阻尼材料或阻尼層使用常規(guī)方法如通過(guò)加固輥而施用至結(jié)構(gòu)層時(shí)，輥對(duì)阻尼材料施加力，使其顯著變形。一旦阻尼材料通過(guò)加固輥，并與結(jié)構(gòu)層粘附，阻尼材料將松弛為其初始形狀，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)層不可接受的變形。在本發(fā)明中，在阻尼材料和結(jié)構(gòu)層之間使用粘接材料提高它們之間的粘合性。這降低將阻尼材料施用至結(jié)構(gòu)層所需的力，進(jìn)而降低阻尼材料中的張力，由此消除結(jié)構(gòu)層的任何不期望變形。需要以足夠粘合性施用阻尼材料，使得阻尼材料在通過(guò)ATL沉積期間保持完整性，這可以通過(guò)提高層間粘合性來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中提高層間粘合性通過(guò)使用粘接材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。[0016]在一種實(shí)施方式中，提供阻尼復(fù)合材料，其包含阻尼材料、粘接材料和結(jié)構(gòu)層，所述結(jié)構(gòu)層包含纖維和結(jié)構(gòu)樹脂材料。[0017]在一種實(shí)施方式中，提供包含阻尼材料的阻尼復(fù)合材料，其具有粘接材料和在所述阻尼材料的第一面和第二面上的粘接材料，其中在所述阻尼材料的第一面上的粘接材料與包含纖維和結(jié)構(gòu)樹脂材料的結(jié)構(gòu)層接觸。[0018]在一種實(shí)施方式中，所述粘接材料可以包含樹脂層，所述樹脂的組成可以與結(jié)構(gòu)層中的樹脂相同或基本相同，或者可以選自適合于用作結(jié)構(gòu)樹脂的任何樹脂。優(yōu)選地，粘接材料是熱固性樹脂。優(yōu)選地，粘接材料以樹脂膜施用，其單位面積重量為lg/m2至50g/m2，更優(yōu)選為4-30g/m2,更優(yōu)選為6-20g/m2或者更加優(yōu)選為6-10g/m2。[0019]優(yōu)選地，粘接材料樹脂包括熱固性樹脂。熱固性樹脂可以選自本領(lǐng)域通常已知用于復(fù)合材料制造的那些樹脂，例如以下樹脂：酚醛樹脂，脲醛樹脂，1，3,5-三嗪-2,4,6-三胺（三聚氰胺）樹脂、雙馬來(lái)酰亞胺樹脂、環(huán)氧樹脂、乙烯基酯樹脂、苯并《悉嗪樹脂、聚酯、不飽和聚酯、氰酸酯樹脂或它們的混合物。特別優(yōu)選的是環(huán)氧樹脂，例如單官能環(huán)氧樹脂，雙官能環(huán)氧樹脂，三官能環(huán)氧樹脂或四官能環(huán)氧樹脂。優(yōu)選的雙官能環(huán)氧樹脂包括雙酚F的二縮水甘油基醚（例如AralditeGY281)，雙酚A的二縮水甘油基醚，二縮水甘油基二羥基萘以及它們的混合物。非常優(yōu)選的環(huán)氧樹脂為三官能環(huán)氧樹脂，其在其主鏈具有至少一個(gè)間位取代的苯環(huán)，例如AralditeMY0600。優(yōu)選的四官能環(huán)氧樹脂是四縮水甘油基二氣基^苯基甲燒（例如AralditeMY721)。二官能環(huán)氧樹脂和二官能環(huán)氧樹脂的共混物也是特別優(yōu)選的。熱固性樹脂也可以包含一種或多種固化劑。合適的固化劑包括酐，特別是多羧酸酐；胺，特別是芳族胺例如1，3-二氨基苯，4,4'-二氨基二苯基甲烷；特別是砜，例如4,4'-二氨基二苯基砜（4,4'DDS)和3,3'-二氨基二苯基砜（3,3'DDS)，和酚醛樹脂。優(yōu)選的固化劑為氨基砜，特別是4,4'DDS和3,3'DDS。[0020]粘接材料樹脂可以施用至阻尼材料，然后與結(jié)構(gòu)層接觸。通過(guò)提供另外限制，這有利地降低阻尼材料在其通過(guò)加固輥時(shí)的變形。[0021]在備選的實(shí)施方式中，粘接材料樹脂可以施用至結(jié)構(gòu)層，然后與結(jié)構(gòu)層接觸。粘接材料樹脂的施用將提高復(fù)合材料的樹脂含量，因而優(yōu)選相應(yīng)地降低結(jié)構(gòu)樹脂的量。[0022]在一種實(shí)施方式中，粘接材料可以含有改善樹脂材料性質(zhì)的添加劑。這些添加劑可以包括流動(dòng)控制添加劑，UV吸收劑，填料例如硅石、滑石、云母、石墨，導(dǎo)電粒子例如碳、石墨或金屬粒子，或者單絲，顏料，阻燃劑，增韌劑例如核殼橡膠和加工助劑。具體地，可以選擇提高阻尼材料和結(jié)構(gòu)層之間的粘合性的添加劑。[0023]在一種實(shí)施方式中，粘接材料可以包括與結(jié)構(gòu)樹脂相同的樹脂。結(jié)構(gòu)層可以使用足量結(jié)構(gòu)樹脂在粘接表面上形成，以包含粘接材料和實(shí)現(xiàn)阻尼層和結(jié)構(gòu)層之間的適宜粘合性，提供輥力的必要降低。當(dāng)阻尼材料可以與結(jié)構(gòu)層粘附，而不使得結(jié)構(gòu)纖維可見變形，以及阻尼材料在ATL鋪疊過(guò)程中不可見地分開時(shí)，認(rèn)為是適宜粘合性。[0024]在一種實(shí)施方式中，選擇粘接材料的厚度，以防止阻尼材料在施用至結(jié)構(gòu)層期間的變形。粘接材料優(yōu)選以層施用至阻尼材料或結(jié)構(gòu)層之一。粘接材料的層具有足夠的厚度，以在組裝的阻尼復(fù)合材料中的結(jié)構(gòu)層和阻尼材料之間實(shí)現(xiàn)所需粘合性。優(yōu)選地，粘接材料以0.05mm至Imm(或者優(yōu)選0.Imm至0.5mm)的厚度施用。[0025]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，粘接材料提供0.1-0.2的粘合性，根據(jù)以下描述的Dubois測(cè)試測(cè)量，另外地，結(jié)構(gòu)層和阻尼材料之間的粘合性在固化之前為〇.1至〇.45。[0026]相對(duì)于材料的粘合性可以根據(jù)"Experimentalanalysisofprepregtack'Duboisetal.(LaMI)UBP/IFMA，5March2009中公開的方法測(cè)量。不過(guò)，測(cè)量粘性的優(yōu)選方式如下。[0027]材料的粘性使用TextureAnalyser測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)量。該方法要求測(cè)量為15mmX15mm的材料試樣牢固固定至TA.XTPlusTextureAnalyser粘性測(cè)量裝置（StableMicroSystems,UK提供）的測(cè)試臺(tái)。該TextureAnalyser包括6mm直徑的圓柱形不銹鋼探針，將探針以ION的力按壓至材料表面中，持續(xù)30秒。然后，以0.5mm/s的速率將探針垂直拔出至IOmm的距離。與探針連接的測(cè)壓元件（loadcell)記錄粘合性的峰值力。TextureAnalyser測(cè)試方法在恒溫23°C的環(huán)境進(jìn)行，確保探針和試樣也處于該溫度。[0028]在一種實(shí)施方式中，阻尼復(fù)合材料通過(guò)單個(gè)ATL單元同時(shí)組裝和沉積。將結(jié)構(gòu)層首先通過(guò)在ATL單元的頭部的輥沉積至模具表面。然后，使用集成至相同ATL頭部的另一輥立即將阻尼材料沉積至結(jié)構(gòu)層。該實(shí)施方式的阻尼材料包括粘接材料，以促進(jìn)結(jié)構(gòu)層和表面層之間的粘合性以用于表面粘性。移除粘接材料的背襯，然后沉積至結(jié)構(gòu)層，優(yōu)選在沉積之后移除表面層背襯，以使阻尼材料免受來(lái)自ATL輥的張力。任選地，阻尼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