专利名称：交替层合正交异性复合阻尼材料及其阻尼调制方法
技术领域：
本发明涉及一种复合阻尼材料，尤其涉及一种交替层合正交异性复合阻尼材料及 其阻尼调制方法。
背景技术：
合理使用阻尼材料可以有效地降低振动和噪声。随着环境保护意识的提高和振 动与噪声控制标准的日益严格，振动与噪声的阻尼控制在飞机和汽车等载运工具的结构设 计中已成为重要需求，本发明的分散多阻尼层交替层合正交异性复合阻尼结构材料不同于 传统的各向同性层合阻尼结构，由于后者结构阻尼损耗因子(优化后约为0. 1)与所用阻尼 材料本身的损耗因子(一般有0. 8以上)相差较大且结构偏厚偏重；不同于未夹入阻尼材 料层的纤维增强树脂基各向异性复合材料层合结构，由于后者的结构阻尼损耗因子(约为 0. 025)远小于阻尼材料本身的损耗因子，属低阻尼结构；也不同于在阻尼材料中直接加入 纤维的阻尼材料，由于后者的结构刚度较低不便直接作为结构材料使用，若再加外层材料 便就是层合阻尼结构。本发明的分散多阻尼层交替层合正交异性复合阻尼结构材料同时引 入了各向异性和分散多阻尼层设计思想于层合阻尼结构的动力学问题中，从而使该阻尼复 合材料不仅在结构设计上是全新的，而且其设计原理和内耗调制机理同时涉及高分子阻尼 材料理论、各向异性弹性理论、粘弹性理论和结构动力学，受到聚合物基阻尼芯层材料的损 耗因子与模量等的温度特性和频率特性因素、阻尼层的分散与集中配置、约束层弹性模量 的各向异性、层合顺序与层厚、非对称性、粘接层和振动模态等众多因素的影响，由于问题 的复杂性，故其理论也将是一个全新的体系。相关发明尚未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种交替层合正交异性复合阻尼材料及其阻尼调制方法， 该复合阻尼结构材料结构轻薄，结构阻尼值大幅提高，可设计性强，结构强度高且易制作。本发明是这样来实现的，其特征是由阻尼材料薄层与高强度各向异性弹性材料薄 层多层交替层合而成的分散多阻尼层交替层合正交异性复合阻尼材料。本发明所述的分散多阻尼层交替层合正交异性复合阻尼材料，其阻尼调制方法 为通过一组不同纤维铺设角的各向异性层的铺层顺序组合调制其主控应变能(阻尼系数 大的材料层的应变能)占总应变能的比例可提高其结构阻尼。最优结果是靠近阻尼芯层的 主控各向异性层纤维铺设角采用90°，阻尼层总厚度与结构内耗影响最大层厚度之比取为 10，选择不同温度和频率特性的阻尼材料薄层组合便得到不同的结构阻尼温频特性，结构 总层数大于6。本发明所述的阻尼材料薄层，其厚度小于0.5mm，阻尼损耗因子大于1，且多个阻 尼层分散嵌入多个各向异性层中。本发明所述的高强度各向异性弹性材料薄层，其单层厚度小于0.2mm，高强度各向 异性弹性材料的结构强度由多个高强度各向异性层的组合而成，表层要求刚性设计，纤维铺设角采用0°。本发明的优点是该复合阻尼结构材料结构轻薄，结构阻尼值大幅提高，可设计性 强，结构强度高且易制作，设备投资少，是材料和结构相复合研发新型环境功能材料的理想 途径。室温下通过DMA频率扫描测试，可以获得结构阻尼值大于0. 5的复合阻尼结构材料， 是现用纤维增强树脂基复合材料的阻尼值的20倍，适用于航空、舰船、工程机械和建筑物 等减震隔音方面，也可根据实际需要确定阻尼产品的参数，以确定加工特定产品。
图1为本发明的阻尼随温度变化的测试图。
图2为本发明的阻尼随频率变化的测试图。
具体实施例方式实施例-J层(3阻尼层4各向异性层)复合阻尼结构材料具体结构为0° (0. 125)/0. 4/90° (0. 075)/0. 3/90° (0. 125)/0. 3/0° (0.125)， 其结构表示说明如下各向异性层均表示出纤维铺设方向角和厚度(括号内)，阻尼层均只 表示出厚度(单位mm)，各层之间用符号“/”分开。原材料试件制作时阻尼层材料采用具有互穿网络(IPN)结构的压敏型粘弹性阻尼材料 ZN-8 (国产)，厚度为0. 3mm和0. 4mm两种规格。粘接层材料采用二甲苯稀释过的T54/T60 船舰用改性环氧树脂(化工部青岛海洋化工研究院产，组分比A B = 16 1)。各向异性 层材料是由碳纤维预浸料(山东产)刮涂T54/T60船舰用改性环氧树脂而制成，其中碳纤 维预浸料厚度为0. 075和0. 125mm两种。制作步骤(1)将两种不同厚度的碳纤维预浸料裁剪成大小为200mmX300mm的大试件。(2)将碳纤维预浸料试件两面刮涂二甲苯稀释过的船舰用改性环氧树脂(质量组 分比A B = 16 1)，搁置干燥一段时间，放置在自制真空压制成型装置中压制一小时左 右成形，过一段时间后取出，用细砂纸打磨。其真空压制成型原理为成型装置平台上覆盖的塑料薄膜四周用橡皮条压入细槽 中密封，被塑料薄膜纸和成型平台板隔离的内部空气从板四周的小孔，经过板中的通道，导 入接管，经橡皮接管进入真空泵，由真空泵的排气孔排出，使原滞留在板与薄膜间的空气被 迅速导走，气压迅速降低，外界压力通过薄膜加载到试件表面上。由于通过薄膜加在试件表 面的压力几乎相等，从而使得各层合面间均勻受力加压成型。加在试件表面的压力可由真 空表间接读出，真空表一侧的开关可随时调节压力的大小。(3)用脱脂纱布蘸丙酮将打磨后的大试件清洗干净，晾干。(4)将该大试件剪成纤维铺设方向不同角度(0° 90° )、实际应用所需尺寸的 约束层小试片。若约束层为两层或多层粘合，先将不同厚度和不同角度的环氧树脂基碳纤 维预浸料裁剪成大试样，再按以上方法层合，层合后剪成小试件。(5)将阻尼层材料剪成与上述约束层相同尺寸的小试片。(6)用压敏胶或T54/T60型改性环氧树脂作粘接剂，按拟定层合顺序方案制作层合试件。(7)将试件置于真空压制装置中，一次或多次压制成形。搁置、干燥一段时间，待用。测试结果本实施例试件产品用动态热机械分析仪DMA-Q800所得阻尼温度和频率特性测试结果如图1、图2中曲线1所示。
权利要求
一种交替层合正交异性复合阻尼材料，其特征是由阻尼材料薄层与高强度各向异性弹性材料薄层多层交替层合而成的分散多阻尼层交替层合正交异性复合阻尼材料。
2.—种权利要求1所述的交替层合正交异性复合阻尼材料的阻尼调制方法，其特征是 其阻尼调制方法为通过一组不同纤维铺设角的各向异性层的铺层顺序组合调制其主控应 变能占总应变能的比例可提高其结构阻尼。
3.根据权利要求2所述的交替层合正交异性复合阻尼材料的阻尼调制方法，其特征是 最优结果是靠近阻尼芯层的主控各向异性层纤维铺设角采用90° ；阻尼层总厚度与结构内 耗影响最大层厚度之比取为10 ；选择不同温度和频率特性的阻尼材料薄层组合便得到不 同的结构阻尼温频特性；结构总层数大于6。
4.根据权利要求1所述的交替层合正交异性复合阻尼材料，其特征是所述的阻尼材料 薄层，其厚度小于0. 5mm，阻尼损耗因子大于1，且多个阻尼层分散嵌入多个各向异性层中。
5.根据权利要求1所述的交替层合正交异性复合阻尼材料，其特征是所述的高强度各 向异性弹性材料薄层，其单层厚度小于0. 2mm，高强度各向异性弹性材料的结构强度由多个 高强度各向异性层的组合而成，表层要求刚性设计，纤维铺设角采用0°。
全文摘要
一种交替层合正交异性复合阻尼材料，其特征是由阻尼材料薄层与高强度各向异性弹性材料薄层多层交替层合而成的分散多阻尼层交替层合正交异性复合阻尼材料。本发明的优点是该复合阻尼结构材料结构轻薄，结构阻尼值大幅提高，可设计性强，结构强度高且易制作，设备投资少，是材料和结构相复合研发新型环境功能材料的理想途径。室温下通过DMA频率扫描测试，可以获得结构阻尼值大于0.5的复合阻尼结构材料，是现用纤维增强树脂基复合材料的阻尼值的20倍，适用于航空、舰船、工程机械和建筑物等减震隔音方面，也可根据实际需要确定阻尼产品的参数，以确定加工特定产品。
文档编号B32B7/02GK101863149SQ20091011519
公开日2010年10月20日 申请日期2009年4月16日 优先权日2009年4月16日
发明者叶皓, 徐泳文, 曹群, 李明俊, 武化民, 黎鹏平 申请人:南昌航空大学