專利名稱：具有改進(jìn)的聲學(xué)和震動(dòng)阻尼性能的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有聲學(xué)和震動(dòng)阻尼性能的復(fù)合材料。具體地，將包括粘彈性中間層 (interleaf)的復(fù)合材料用于如飛行器中已知的結(jié)構(gòu)，如機(jī)身蒙皮、縱梁和框架。本發(fā)明還涉及制備所述復(fù)合材料的方法和包括所述復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和飛行器。
背景技術(shù)：
纖維增強(qiáng)的聚合物基體復(fù)合物(PMC)是高性能的結(jié)構(gòu)材料，其常用于需要耐受嚴(yán)苛的環(huán)境、高強(qiáng)度和/或需要低重量的應(yīng)用中。該應(yīng)用的實(shí)例包括飛行器部件(如尾部、翼部、機(jī)身、推進(jìn)器)、船體和自行車架。PMC可包括與基體材料如聚合物樹脂粘結(jié)的纖維層。 所述纖維增強(qiáng)所述基體，承受由所述復(fù)合物支撐的主要負(fù)載，而所述基體承受由所述復(fù)合物支撐的次要負(fù)載，并且可從斷裂的纖維將負(fù)載轉(zhuǎn)移至完好的纖維。以此方式，PMC可支撐比基體或纖維可單獨(dú)支撐的更大負(fù)載。此外，通過將所述增強(qiáng)纖維裁制為特殊的幾何形或取向，可有效地設(shè)計(jì)所述復(fù)合物以使重量和體積最小化。已開發(fā)出多種制造PMC的方法。其實(shí)例可包括濕法疊涂(Iayup)、預(yù)浸漬和液體灌注(infusion)。在濕法疊涂中，用基體材料將增強(qiáng)纖維浸濕、放入模具腔中，并且使其硬化或固化。該方法可以自動(dòng)方式進(jìn)行，如使用接收干纖維卷、將它們經(jīng)過樹脂浸浴、并且將浸濕纖維放入模具的噴槍(chopper gun)或機(jī)器?？蛇x地，可使用刷子手動(dòng)涂覆樹脂。在預(yù)浸漬中，使用經(jīng)預(yù)浸滲的織造物或預(yù)浸料制備復(fù)合物組分。以控制的方式用基體樹脂浸漬增強(qiáng)纖維，并將其冷凍以抑制樹脂的聚合。然后將經(jīng)冷凍的預(yù)浸料運(yùn)輸并在冷凍條件下儲(chǔ)存直至需要使用。當(dāng)從預(yù)浸料制備復(fù)合部件時(shí)，將所述預(yù)浸料融化至室溫，切成一定尺寸，并放入模具腔中。一旦放入，將預(yù)浸料真空袋封，并且受壓固化以達(dá)到具有最少空隙的所需纖維體積分?jǐn)?shù)。近幾十年來，由于先進(jìn)復(fù)合材料的高強(qiáng)度對(duì)重量比和硬度對(duì)重量比，先進(jìn)復(fù)合材料的使用已受廣泛接受。對(duì)比金屬和金屬基體復(fù)合物，先進(jìn)復(fù)合材料顯示出更高的硬度但較差的阻尼性能。由此需要在復(fù)合物結(jié)構(gòu)體系中具有增強(qiáng)的阻尼性能而硬度和強(qiáng)度幾乎不下降的先進(jìn)復(fù)合材料。

發(fā)明內(nèi)容
在一些實(shí)施方案中，固化或未固化的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料包括結(jié)構(gòu)組分；樹脂組分；和粘彈性中間層；其中所述結(jié)構(gòu)組分是包含結(jié)構(gòu)纖維的多層織物的形式；其中所述粘彈性中間層包括位于所述一對(duì)相鄰的織物層之間的至少一層非織造材料薄層；其中使用所述樹脂組分部分或完全浸漬所述粘彈性中間層和結(jié)構(gòu)組分；并且在固化時(shí)所述中間層結(jié)合在所述結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中。在一些方面，所述樹脂組分可以是熱固性組分。在一些方面，所述結(jié)構(gòu)纖維包含碳纖維。在一些方面，在固化過程之前，所述非織造的中間層埋嵌在所述樹脂組合物中。在一些方面，所述非織造材料包含至少一種熱塑性彈性體或其共混物、和/或至少一種熱塑性聚合物或共聚物和/或其共混物。在另一些方面，所述非織造材料包含至少一種共聚物， 其選自苯乙烯熱塑性彈性體、彈性聚烯烴及它們的混合物。此外，在另一些方面，所述非織造材料包含熱塑性材料，其選自聚酯、聚酰胺、聚烯烴及它們的共混物。在一些實(shí)施方案中，所述粘彈性中間層可通過等離子體處理以達(dá)到在兩側(cè)上至少 35達(dá)因/cm的表面張力。在另一些方面，所述粘彈性中間層與所述多層織物共固化。在一些方面，所述非織造材料具有與所述樹脂的受控界面，所產(chǎn)生的剝離強(qiáng)度值是未改性的復(fù)合物的剝離強(qiáng)度值的70%。在另一些方面，所述中間層設(shè)置在所述復(fù)合物的最大剪切的區(qū)域。在一些方面，所述粘彈性中間層位于各層織物之間。所述粘彈性中間層可在所述結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的中平面內(nèi)和/或位于接近最大剪切水平的區(qū)域中。所述粘彈性中間層可包含有機(jī)或無機(jī)改性劑、填料或包含物、和/或有機(jī)和/或其它無機(jī)化合物，如流動(dòng)調(diào)節(jié)添加劑、UV吸收劑、填料、金屬顆粒、消光劑、顏料、抗氧化劑、阻燃劑、稀釋劑、穩(wěn)定劑、單體、預(yù)聚物、柔性改進(jìn)劑、加工助劑和潤(rùn)滑劑、基于氟聚合物的加工助劑、礦物油和蠟、成核劑、纖維線、聚合物、玻璃、陶瓷和聚合物發(fā)泡體、金屬顆粒、微填料和納米填料、芯-殼顆粒、彈性微顆粒和納米顆粒、磁納米晶體和介電納米晶體、碳納米管、 碳納米纖維、納米石墨、納米粘土、納米二氧化硅、納米氧化鋁、二氧化鋯和二氧化鈦納米顆粒、貴金屬和導(dǎo)電納米顆粒、納米纖維和納米線或它們的組合物。在一些方面，所述粘彈性中間層不引起大于10%的所述復(fù)合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的下降和/或不引起大于10%的所述復(fù)合物在沖擊后壓縮強(qiáng)度的下降。在另一些方面，所述粘彈性中間層可引起至少10%的所述復(fù)合物破損面積的下降。在另一些方面，1小時(shí)的MEK浸漬不引起大于10%的所述非織造改性復(fù)合物的層間剪切強(qiáng)度的下降。在另一些方面，所述粘彈性中間層不引起大于10%的所述復(fù)合物開孔壓縮強(qiáng)度的下降。在另一個(gè)實(shí)施方案中公開了包含粘彈性織物和樹脂組分的固化和未固化的阻尼復(fù)合物結(jié)構(gòu)材料，其中所述粘彈性織物可包含至少一層非織造薄層；其中所述非織造材料包含至少一種共聚物，其選自苯乙烯熱塑性彈性體、彈性體、彈性聚烯烴及它們的共混物； 其中所述粘彈性織物由所述樹脂組分部分或完全浸漬，其中所述樹脂組分可以是熱固性樹脂。在一些方面，所述非織造材料包含或進(jìn)一步包含熱塑性材料，其選自聚酯、聚酰胺、聚烯烴、共聚物及它們的共混物。在一些方面，所述粘彈性非織造物包含有機(jī)或無機(jī)改性劑、填料或包含物。在一些方面，所述其它的有機(jī)和無機(jī)化合物選自流動(dòng)調(diào)節(jié)添加劑、UV吸收劑、填料、金屬顆粒、消光劑、顏料、抗氧化劑、阻燃劑、稀釋劑、穩(wěn)定劑、單體、預(yù)聚物、柔性改進(jìn)劑、 加工助劑和潤(rùn)滑劑、基于氟聚合物的加工助劑、礦物油和蠟、成核劑、纖維線、聚合物、玻璃、 陶瓷和聚合物發(fā)泡體、金屬顆粒、微填料和納米填料、芯-殼顆粒、磁納米晶體和介電納米晶體、碳納米管、碳納米纖維、納米石墨、納米粘土、納米二氧化硅、納米氧化鋁、二氧化鋯和二氧化鈦納米顆粒、貴金屬納米顆粒、導(dǎo)電微顆粒和納米顆粒、納米纖維和納米線或它們的組合。在一些方面，至少在所述粘彈性織物的一側(cè)上涂布有結(jié)構(gòu)粘合劑配制物。
在一些方面，所述粘彈性中間層通過等離子體處理以在兩側(cè)都達(dá)到至少35達(dá)因/ cm的表面張力。在另一個(gè)實(shí)施方案中提供了固化和未固化的復(fù)合物夾層架構(gòu)，其包括至少第一表皮和第二表皮；至少結(jié)構(gòu)芯部；樹脂組分；和粘彈性中間層；其中所述表皮由包含結(jié)構(gòu)纖維的多層織物和樹脂組分構(gòu)成，其中所述樹脂組分可以是熱固性樹脂體系；其中所述粘彈性中間層可包含位于所述表皮中的一對(duì)相鄰織物層之間的非織造材料的至少一層薄層；其中所述粘彈性中間層可包含在所述表皮和蜂窩狀芯部之間的至少一層非織造層；其中使用樹脂組分部分或完全浸漬所述粘彈性內(nèi)層和結(jié)構(gòu)組分；其中固化時(shí)所述內(nèi)層結(jié)合于所述結(jié)構(gòu)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)中；其中所述中間層位于外復(fù)合物表皮的最大剪切區(qū)域中；其中所述結(jié)構(gòu)纖維包含碳纖維；其中在固化過程之前所述粘彈性中間層埋嵌在所述樹脂組合物中；其中所述非織造材料包含至少一種熱塑性彈性體或它們的共混物；其中所述非織造材料包含至少一種熱塑性聚合物或共聚物和/或它們的共混物。其中所述非織造材料包含至少一種共聚物，其選自苯乙烯熱塑性彈性體、彈性體、彈性聚烯烴及它們的共混物；其中所述非織造材料包含或進(jìn)一步包含熱塑性材料，其選自聚酯、聚酰胺、聚烯烴、共聚物及它們的共混物；其中所述粘彈性中間層通過等離子體處理以在其兩側(cè)達(dá)到至少35達(dá)因/cm的表面張力。在另一個(gè)實(shí)施方案中公開了通過具有振動(dòng)和/或聲學(xué)阻尼性能的結(jié)構(gòu)應(yīng)用的中間層支持的粘合劑材料。它包含樹脂組分和粘彈性中間層；其中所述非織造材料包含至少一種共聚物，其選自苯乙烯熱塑性彈性體、彈性聚烯烴及它們的共混物；其中所述非織造材料包含或進(jìn)一步包含熱塑性材料，其選自聚酯、聚酰胺、聚烯烴、它們共聚物之一及它們的共混物；其中所述粘彈性中間層部分或完全地浸漬有所述樹脂組分；其中所述樹脂組分是熱固性樹脂；其中所述粘彈性中間層在至少一側(cè)涂覆有結(jié)構(gòu)粘合劑配制物；其中所述粘彈性中間層通過等離子體處理以在其兩側(cè)達(dá)到至少35達(dá)因/cm的表面張力。在另一個(gè)實(shí)施方案中，一種制備預(yù)浸料或結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的方法包括部分或完全地共固化所述粘彈性中間層；和包含所述樹脂組分和鋪層(lay-up)形式結(jié)構(gòu)組分的預(yù)浸料， 其中所述鋪層包括與所述粘彈性中間層結(jié)合的預(yù)浸料的堆疊片層，以形成所述預(yù)浸料或結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。所述方法還可包括將所述粘彈性中間層和預(yù)浸料堆疊片組合以形成鋪層。在一些方面，所述方法可包括如通過浸漬、注射或灌注所述樹脂組分將所述粘彈性中間層和所述結(jié)構(gòu)組分與所述樹脂組分組合。注射可包括使用袋子、芯軸和/或模具，并任選地使用槽以幫助流動(dòng)。所述方法還可包括將所述鋪層或組合物固化適于所述樹脂組分膠凝和/或固化的一段時(shí)間。


圖1是涉及熔噴方法的制備非織造物方法的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。圖2是用于測(cè)試未改性壁板和非織造改性壁板的損失因子的測(cè)試裝置示意圖。損失因子(η)通過將振幅率所得的共振峰對(duì)雙通道FFT分析器的頻譜進(jìn)行計(jì)算，雙通道FFT 分析器分析加速器的輸出信號(hào)(加速率和相差)。使用小型加速器測(cè)試在振蕩器中的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)加速和測(cè)試樣品的響應(yīng)。圖3是在實(shí)施例4中所述的-20°C下非織造改性復(fù)合物的阻尼性能對(duì)頻率的示意圖。損失因子越高，耗散的能量越大。由此，模態(tài)分析顯示出在寬范圍溫度，如-50°C至+20°C下，在約100-約5000Hz之間的頻率范圍中改進(jìn)的阻尼性能，其包括所示的_20°C的性能。圖4顯示了使用短波束剪切測(cè)試的非織造的改性層壓體的耐溶劑性，其顯示出根據(jù)實(shí)施例4b，在甲乙酮(MEK)調(diào)節(jié)之前和之后的中間層改性的復(fù)合物的表觀層間強(qiáng)度。在室溫下1小時(shí)的調(diào)節(jié)條件下，表觀層間剪切強(qiáng)度基本上不受甲乙酮(MEK)調(diào)節(jié)的影響。圖5顯示了相比于實(shí)施例4C中所述的未改性復(fù)合物，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的非織造改性復(fù)合物的沖擊后壓縮強(qiáng)度幾乎沒有變化。圖6顯示了相比于實(shí)施例如中所述的未改性復(fù)合物，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的非織造改性復(fù)合物在30J沖擊后的破損區(qū)域減小。圖7顯示相比于實(shí)施例4d中所述的未改性復(fù)合物，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的非織造改性復(fù)合物的總開孔壓縮強(qiáng)度幾乎沒有變化。圖8顯示在對(duì)未改性的層壓體和如實(shí)施例4所述的非織造、中間層改性的層壓體的實(shí)施方案使用動(dòng)態(tài)力學(xué)分析(DMA)下，所述非織造改性層壓體在熱性能上、即玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的效果。DMA分析確認(rèn)所公開的非織造材料的插入物基本上沒有影響如實(shí)施例 4e中所述的改性層壓體的熱性能如Tg。圖9顯示了使用產(chǎn)生實(shí)施例5的剝離強(qiáng)度數(shù)據(jù)的測(cè)試樣品構(gòu)造的實(shí)例。圖10顯示如實(shí)施例5所討論的負(fù)載十字接頭的位移圖。圖11顯示了本發(fā)明的阻尼復(fù)合物的實(shí)施方案和通過實(shí)施例5所述的剝離測(cè)試產(chǎn)生的對(duì)比樣品的剝離強(qiáng)度數(shù)據(jù)A)基準(zhǔn)物(baseline) ；B)連續(xù)膜改性復(fù)合物；和C)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的阻尼復(fù)合材料。該圖表示引發(fā)分層破裂所需能量的量，其通過初始破裂面校正。中間層的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致更高的剝離強(qiáng)度值。圖12顯示用于本發(fā)明阻尼復(fù)合物經(jīng)過不同等離子處理的實(shí)施方案和通過實(shí)施例 6中所述的剝離測(cè)試產(chǎn)生的對(duì)比樣品的剝離強(qiáng)度數(shù)據(jù)。若對(duì)比未改性的層壓體，等離子體處理的非織造改性復(fù)合物達(dá)到20% -100%的增幅。圖13顯示相比于連續(xù)膜改性結(jié)構(gòu)(B)，用于樹脂灌注法的結(jié)合的非織造結(jié)構(gòu)(A) 的效率。在所公開的非織造物實(shí)施方案的情況中得到極佳的樹脂滲透，同時(shí)對(duì)于連續(xù)膜壁板，寬干燥區(qū)域清楚可見。圖14是本發(fā)明中所公開的一種夾層結(jié)構(gòu)的局部透視圖。
具體實(shí)施例方式最近對(duì)航空工業(yè)中先進(jìn)材料使用的增長(zhǎng)已導(dǎo)致對(duì)商用和軍用飛行器和航天飛船的重要和次要結(jié)構(gòu)的聲學(xué)和阻尼阻尼的新興趣。復(fù)合材料固有地比金屬更輕且更硬，由此更敏感且經(jīng)受不希望的振動(dòng)和噪聲水平。已開發(fā)了主動(dòng)和被動(dòng)阻尼技術(shù)和裝置以改進(jìn)在復(fù)合結(jié)構(gòu)中動(dòng)力載荷降低、振動(dòng)和噪聲降低的區(qū)域中的性能。標(biāo)準(zhǔn)解決方法包括由粘彈性材料(VEM)形成的被動(dòng)阻尼層的限制性結(jié)構(gòu)，所述粘彈性材料粘附在出口表面上并且通過復(fù)合物/金屬外層硬化。這些限制性結(jié)構(gòu)經(jīng)由基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)表面處所施加材料內(nèi)的本體張力/壓縮和局部剪切變形的組合，通過移動(dòng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的負(fù)載相以減少振動(dòng)和噪聲。使用VEM的一個(gè)缺點(diǎn)在于加入基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的較大重量，其導(dǎo)致飛行器和航天飛船系統(tǒng)較差的重量效率和額外的組裝和勞動(dòng)成本。汽車工業(yè)已廣泛地使用多層附加的(相對(duì)于集成的)聲學(xué)阻尼裝置以減少噪聲， 改進(jìn)汽車的乘用舒適性。已將不同組成和包含不同添加劑的粘彈性連續(xù)膜、泡沫和非織造織物用于這些應(yīng)用中。已公開了減噪材料，其包括由多層構(gòu)成的減噪層壓體，其中所述減噪層壓體包含由有機(jī)纖維非織造織物層構(gòu)成的并且疊加在其至少一個(gè)主表面上的聲學(xué)材料、 外皮材料，并且其中空氣層設(shè)置在減噪層壓體和汽車平面體部分之間(W02007/(^6411A1)。 在該情況中，由于不均勻的結(jié)構(gòu)，同時(shí)幾乎沒有消耗剪切波，縱向聲波通過一系列反射-透射機(jī)理減弱。已提出用于大型家用電器、房屋墻壁、飛機(jī)(在雙層壁的機(jī)艙中或機(jī)艙與引擎之間)和船的具有充分的結(jié)構(gòu)集成而不使用第二層的有機(jī)纖維和熱活化短纖維 (EP0833973B1和W097/00989)。已提出用于機(jī)器外殼和運(yùn)動(dòng)器械的對(duì)于機(jī)械振動(dòng)具有不同阻尼響應(yīng)的絲組合(EP0310203)。在美國(guó)專利申請(qǐng)2007/0071957中討論了用于聲學(xué)和力學(xué)阻尼的復(fù)合材料，其包括埋嵌在結(jié)構(gòu)基體材料中的多層纖維材料，并包括位于它們之間的粘彈性多孔材料膜。在該情況中，通過在埋嵌于結(jié)構(gòu)基體中的相鄰的纖維材料層之間的孔，所述結(jié)構(gòu)基體是連續(xù)性的。因此，膜的至少部分連續(xù)的性質(zhì)具有對(duì)樹脂流動(dòng)作為阻擋層的作用，其不適于灌注方法。相比之下，在此所述的實(shí)施方案包括由非連續(xù)性的非織造材料組成的中間層，其不作為對(duì)樹脂流體的阻隔層。在一個(gè)方面，所述非織造材料由能夠使樹脂通過所述中間層流動(dòng)的無規(guī)纖維制得。所得復(fù)合材料由此顯示出比具有由連續(xù)或部分連續(xù)膜制得的中間層的材料更大的強(qiáng)度。美國(guó)專利申請(qǐng)2008/0277057 Al (The Boeing Company)涉及包括中間層的阻尼復(fù)合層壓體，所述中間層可包括含有增強(qiáng)介質(zhì)的粘彈性材料，其中所述增強(qiáng)介質(zhì)可以是埋嵌在所述粘彈性材料中的纖維，所述纖維本身可由第二粘彈性材料構(gòu)成。埋嵌纖維的粘彈性材料具有比所述粘彈性纖維更低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg，使得所述纖維能夠作為增強(qiáng)介質(zhì)。 相比之下，在本發(fā)明所述的實(shí)施方案中，所述樹脂具有比中間層的粘彈性材料更高的Tg。因此，增強(qiáng)介質(zhì)在本發(fā)明的實(shí)施方案中不是需要或必須的。此外，與本發(fā)明所述的實(shí)施方案不同的是，埋嵌有增強(qiáng)纖維的粘彈性材料與上述美國(guó)專利申請(qǐng)2007/0071957相關(guān)的粘彈性膜相似。專利申請(qǐng)WO 2008/147754 Al (The Boeing Company)討論了由基體材料和多個(gè)形狀記憶合金線纖維構(gòu)成的阻尼復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述纖維包括在材料基體中用于結(jié)構(gòu)阻尼。所述基體材料可包括樹脂層，該樹脂層包括埋嵌了線纖維簇的粘彈性材料中間層。所述線纖維不利地增加了材料重量。此外，所述材料難以制造。相比之下，本發(fā)明的實(shí)施方案不需要線纖維以達(dá)到阻尼。專利申請(qǐng)US 2008/0152854 (3M Innovative Properties Company)涉及阻尼帶， 其包括1)背襯，其包括具有前主表面和后主表面的熱塑性膜和彈性纖維片，所述彈性纖維片在沿所述背襯的前表面上的粘結(jié)位置具有與所述膜粘結(jié)的錨固部分和從粘結(jié)位置之間從背襯的前表面突起的弓形部分，和2、粘合劑層，其覆蓋所述背襯的后表面的大部分。 該阻尼帶沒有與所述結(jié)構(gòu)的剩余部分結(jié)合，與本發(fā)明的實(shí)施方案不同。開發(fā)了具有聲學(xué)/阻尼性能的夾層結(jié)構(gòu)用于多種飛行器組件，如引擎艙、艙地板和機(jī)翼-機(jī)身接合整流罩。
在專利申請(qǐng)US 2002/0078569 Al (Airbus France)中討論了夾層聲學(xué)壁板，其包括形成所述壁板的波接收器前表面的阻隔層、至少通過由多孔層和背反射器分隔的兩個(gè)蜂窩芯部形成的分隔結(jié)構(gòu)。在該情況中，使用一系列在其各面上的管狀導(dǎo)引物將所述多孔層與所述分隔芯部的一些腔室配合。在專利US 7434659 B2 (Hexcel Corporation)中，公開了包括蜂窩芯部的聲學(xué)結(jié)構(gòu)，所述蜂窩芯部包括阻隔帽位于期中的腔室。所述帽具有沿反向穿過所述腔室延伸的共振部分和通過粘合劑錨固在蜂窩腔室中的錨固部分。專利申請(qǐng)US 2007/0102239 (The Boeing Company)涉及集成阻尼復(fù)合飛行器地板，其包括由浸漬有上環(huán)氧樹脂的上表面板密封的蜂窩芯元件和灌注有高度阻尼的下環(huán)氧樹脂的下阻尼表面板。專利申請(qǐng)US 2009/0184200 (The Boeing Company)涉及包括蜂窩芯部的結(jié)構(gòu)，其包括阻尼泡沫和顆粒，其夾于復(fù)合層壓體之間。常規(guī)的材料解決方法不能滿足現(xiàn)今所有的復(fù)合材料需求。所述需求的實(shí)例可包括重量、材料柔性、可模塑性、懸垂性、可操作性、可加工性和用于復(fù)合制造的適應(yīng)性(包括灌注和自動(dòng)纖維鋪放過程)。由于所使用材料(主要是硫化橡膠)的固有性能，對(duì)于節(jié)約重量和它們可采用的形狀，這些解決方法受到限制。這些材料必須手工涂覆在結(jié)構(gòu)上，導(dǎo)致格外的工作勞動(dòng)、時(shí)間和維護(hù)成本。此外，一些材料可引起一種或多種力學(xué)性能的顯著下降(大于 20% )。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，一項(xiàng)材料解決方案可易于以任意所需的形狀和特征 (如纖維直徑、面積/重量比、厚度、空氣可滲透性和彈性性能)進(jìn)行制備，并易于結(jié)合入需阻尼的結(jié)構(gòu)中。這樣的解決方案適于現(xiàn)今的復(fù)合物制備方法，包括灌注和自動(dòng)纖維鋪放。在單片或夾層的機(jī)身蒙皮和機(jī)身框架的制造過程中可采用所述的阻尼材料而不需額外的生產(chǎn)步驟，并且，如有需要可將其僅用于最終組分的關(guān)鍵部件以減輕重量和成本。具有改進(jìn)的聲學(xué)阻尼性能的整體性結(jié)構(gòu)材料可包括在最大剪切區(qū)域中具有粘彈性材料的復(fù)合層壓體。表面處理、位置和剪切機(jī)理使消耗為熱的聲波/振動(dòng)最大化。所述粘彈性材料的組成及其位置都可以對(duì)所述復(fù)合物的聲學(xué)和力學(xué)性能起作用。在一個(gè)實(shí)施方案中，在所述粘彈性中間層和樹脂之間的控制界面產(chǎn)生極佳的性能。本發(fā)明所述的控制界面具有本領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉的常規(guī)定義，并且是指具有以下特征的集成結(jié)構(gòu)1)剝離強(qiáng)度值在未改性復(fù)合物的剝離強(qiáng)度值的70%中；和2)盡管與所述樹脂基體相互作用，但是非織造物保持一定水平的聲學(xué)阻尼性能的集成。所述非織造物保持特定的互連性，并且不導(dǎo)致分隔的塊狀物。本發(fā)明中所使用的術(shù)語“大約”、“約”和“基本上”表示接近所述量的量，其仍然起著所希望的作用或達(dá)到所希望的結(jié)構(gòu)。例如，術(shù)語“大約”、“約”和“基本上”可表示小于 10%的范圍中、小于5%的范圍中、小于的范圍中、小于0. 的范圍中和小于0.01的范圍中的所述值。本發(fā)明所使用的術(shù)語“部分”或“至少部分”表示總量中的一定部分，其包括總量中的一部分，可包括總量。例如，術(shù)語“部分”可表示大于總量的0.01%、大于總量的0. 1%, 大于總量的1%、大于總量的10%、大于總量的20%、大于總量的30%、大于總量的40%、大于總量的50%、大于總量的60%、大于總量的70%、大于總量的80%、大于總量的90%、大于總量的95%、大于總量的99和總量的100%。本發(fā)明中所使用的術(shù)語“集成的”具有本領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉的常規(guī)含義，并且其是指在結(jié)構(gòu)中包括共同作用的元件組合的阻尼結(jié)構(gòu)，并且其中任何元件是主結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)系的部件，并且是不易分離的，并且在一個(gè)方面其不可以任何方式分離。在一些實(shí)施方案中， 集成阻尼結(jié)構(gòu)與非織造的阻尼材料共固化的復(fù)合物。在另一些實(shí)施方案中，所述樹脂組分部分或基本上完全滲透入所述織造材料中。由此，遍及復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)樹脂組合物是連續(xù)或部分連續(xù)的。加熱時(shí)，可得到所述中間層部分?jǐn)U散和混合入所述樹脂基體上，由此進(jìn)一步改進(jìn)最終復(fù)合物的強(qiáng)度，并形成集成結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所使用的術(shù)語“共固化”具有本領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉的常規(guī)含義，并且其包括在單一步驟中固化的材料。例如，具有部分或完全用樹脂浸漬的中間層的預(yù)浸料可在一個(gè)步驟中共固化或固化。在一些實(shí)施方案中，將具有非織造材料的中間層與在所述復(fù)合材料中其它組分共固化而產(chǎn)生集成結(jié)構(gòu)。所述非織造材料可用于不同的制備方法。所述非織造材料還可用于制備預(yù)浸料。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述非織造的粘彈性材料和纖維或預(yù)形成物可與樹脂同步灌注或在相同的灌注過程中灌注而得到集成結(jié)構(gòu)。在該實(shí)施方案中，所述粘彈性層不是連續(xù)膜或部分連續(xù)膜，其埋嵌在結(jié)構(gòu)中起到流體阻隔的作用。本發(fā)明中所使用的術(shù)語“結(jié)構(gòu)組分”具有本領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉的常規(guī)含義，并且其包括具有結(jié)構(gòu)纖維的材料，并且其是多層織物如織造的碳纖維織物的形式。本發(fā)明中所用的術(shù)語“結(jié)構(gòu)纖維”包括增強(qiáng)最終復(fù)合物強(qiáng)度的纖維，如玻璃纖維或碳纖維，并且其由此具有大于50Gpa的彈性模量。本發(fā)明中所使用的術(shù)語“樹脂組分”具有本領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉的常規(guī)含義，并且其包括適用于制造機(jī)身蒙皮、縱梁和框架的結(jié)構(gòu)樹脂組合物。本發(fā)明中所使用的術(shù)語“基體”、“樹脂”和“基體樹脂”具有本領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉的常規(guī)含義，并且其可包括一種或多種包括熱固性和/或熱塑性材料的化合物。其實(shí)例可包括但不限于環(huán)氧化物、環(huán)氧固化劑、酚醛樹脂、酚、氰酸酯、酰亞胺(如聚酰亞胺、雙馬來酰亞胺(BMI)、聚醚酰亞胺)、聚酯、苯并噁嗪、聚苯并咪唑、聚苯并噻唑、聚酰胺、聚酰胺酰亞胺、聚砜、聚醚砜、聚碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和聚醚酮(如聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)等)及它們的組合、以及它們的前體。有利地是，集成阻尼結(jié)構(gòu)的使用產(chǎn)生顯著的阻尼元件的減重，并且降低維護(hù)成本、 部件數(shù)量和勞動(dòng)成本。此外，通過使用于飛行器機(jī)身的二次阻尼處理，如超大的玻璃棉氈、 修建和其它的安裝裝置可產(chǎn)生重量和成本的進(jìn)一步減少。本發(fā)明中所使用的術(shù)語“阻尼”或“阻尼的”具有本領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉的常規(guī)含義，并且其含義包括耗散振動(dòng)結(jié)構(gòu)的機(jī)械能量。能量耗散可包括將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，其隨后散失在結(jié)構(gòu)環(huán)境中。在一個(gè)實(shí)施方案中，阻尼是被動(dòng)型材料的阻尼或粘彈性阻尼。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述復(fù)合層壓體在寬范圍的頻率和溫度下顯示出高阻尼性能，如高損失因子n。合適的頻率包括約200-5000Ηζ。合適的溫度包括約-50°C至+20°C，如-40°C至 +10°C、-30°C至+20°C、-20°C至 +10°C、-10°C至 +20°C或 0°C至 +10°C。本發(fā)明中所使用的術(shù)語“預(yù)浸料”具有本領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉的如上所述的常規(guī)含義。預(yù)浸料包括已使用它們的體積中至少一部分的基體材料浸漬的纖維片或?qū)印Ｋ龌w可以部分固化的狀態(tài)存在。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述預(yù)浸料具有基于所述預(yù)浸料的總體積，約0. 50-0. 60體積％之間的纖維體積含量。本發(fā)明中所使用的術(shù)語“固化”或“固化的”具有本領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉的常規(guī)含義，并且其含義可包括聚合和/或交聯(lián)過程?？赏ㄟ^包括但不限于加熱、紫外光曝光和輻射曝光的方法進(jìn)行固化。在一些實(shí)施方案中，固化可在所述基體中進(jìn)行。在固化前，所述基體還可包含一種或多種在約室溫下是液體、半固體、結(jié)晶固體及它們的組合的化合物。在另一些實(shí)施方案中，在所述預(yù)浸料中的所述基體可部分固化以顯示出經(jīng)選擇的粘性。本發(fā)明中所使用的術(shù)語“復(fù)合物”具有本領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉的如上所述的常規(guī)含義。復(fù)合物可包括多種預(yù)浸料。通過施用加熱、真空和外部施壓中的至少一種可將預(yù)浸料固定為復(fù)合物。所得復(fù)合物可用于(但不限于)航空應(yīng)用中。本發(fā)明所述的復(fù)合物的實(shí)施方案具有表觀層間剪切強(qiáng)度，其基本上不受溶劑甲乙酮(MEK)調(diào)節(jié)的影響。在一些實(shí)施方案中，在MEK調(diào)節(jié)如90%、91%、92%、93%、94%、95%、 96%、97%、98%、99%或100%后的該剪切強(qiáng)度保留90%。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，在MEK 調(diào)節(jié)如 90%,91%,92%,93%,94%,95%,96%,97%,98%,99%^； 100%之前的復(fù)合物的層間剪切強(qiáng)度是約84. 59，并且在甲乙酮處理后為約83. 34。本發(fā)明中所使用的術(shù)語“剪切強(qiáng)度”具有本領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉的常規(guī)含義?？梢愿鞣N方式在剪切下測(cè)試樣品。在一個(gè)實(shí)施方案中，表觀層間剪切強(qiáng)度在第一次失敗時(shí)測(cè)試樣品厚度的一半處進(jìn)行的最大剪切力，并且其可通過撓曲進(jìn)行測(cè)試，如3點(diǎn)彎曲。在3點(diǎn)彎曲中的剪切強(qiáng)度可由下式給出
權(quán)利要求
1.固化或未固化的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其包括結(jié)構(gòu)組分；樹脂組分；和粘彈性中間層；其中所述結(jié)構(gòu)組分是包含結(jié)構(gòu)纖維的多層織物的形式；其中所述粘彈性中間層包括位于一對(duì)相鄰的所述織物層之間的至少一層非織造材料薄層；其中使用所述樹脂組分部分或完全浸漬所述粘彈性中間層和結(jié)構(gòu)組分；并且在固化時(shí)所述中間層集成在所述結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中。
2.權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其中所述樹脂組分是熱固性組合物。
3.權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其中所述結(jié)構(gòu)纖維包括碳纖維。
4.權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其中所述粘彈性中間層在固化過程之前埋嵌在所述樹脂組分中。
5.權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其中所述非織造材料包括至少一種熱塑性彈性體或它們的共混物。
6.權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其中所述非織造材料包含至少一種共聚物，所述共聚物選自苯乙烯熱塑性彈性體、彈性聚烯烴及它們的共混物。
7.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其中所述非織造材料包括熱塑性材料，所述熱塑性材料選自聚酯、聚酰胺、聚烯烴及它們的共聚物或共混物之一。
8.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其中所述粘彈性中間層通過等離子體處理，以達(dá)到在兩側(cè)上至少35達(dá)因/cm的表面張力。
9.權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其中所述織造材料具有受控的與所述樹脂的界面，所產(chǎn)生的剝離強(qiáng)度值在未改性的復(fù)合物的剝離強(qiáng)度值的70%內(nèi)。
10.權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其中所述粘彈性中間層還包括有機(jī)和無機(jī)化合物。
11.權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其中所述粘彈性中間層不引起大于10% 的復(fù)合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的下降。
12.權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其中所述粘彈性中間層不引起大于10% 的所述復(fù)合物在沖擊后壓縮強(qiáng)度的下降。
13.固化和未固化的復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)材料，其包括第一表皮和第二表皮；在第一表皮和第二表皮之間的結(jié)構(gòu)芯部；和粘彈性中間層。
14.權(quán)利要求13所述的復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)材料，其中所述芯部是蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
15.權(quán)利要求13所述的復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)材料，其中所述第一表皮和第二表皮包括多層織物層，所述織物層包括結(jié)構(gòu)纖維和樹脂組分。
16.權(quán)利要求13所述的復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)材料，其中所述粘彈性中間層包括至少一層非織造材料薄層，所述非織造材料薄層位于所述表皮中的一對(duì)相鄰織物層之間。
17.權(quán)利要求13所述的復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)材料，其中所述粘彈性中間層包括至少一層非織造材料表皮和芯部。
18.固化或未固化的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其包括樹脂組分；和粘彈性中間層。
19.權(quán)利要求18的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其中所述樹脂組分是結(jié)構(gòu)粘合劑配制物。
20.權(quán)利要求18的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其中所述粘彈性中間層至少在一側(cè)上涂覆有結(jié)構(gòu)粘合劑配制物。
全文摘要
包含具有粘彈性中間層的非織造層的復(fù)合材料，其中可放置中間層。
文檔編號(hào)B32B5/28GK102271905SQ201080004101
公開日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2010年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月6日
發(fā)明者C·L·雷斯圖恰, C·洛法羅 申請(qǐng)人:塞特克技術(shù)公司