國內外纖維增強樹脂基復合材料的阻尼性能的研究現狀
阻尼材料是近幾十年來發展起來的一種新型減振降噪材料。由于其特殊用途,深受國內外重視。歐美、日本等對于阻尼復合材料和結構阻尼大多偏于理論研究,實際上這兩類材料在軍事領域的開發和研究十分重要,因此工程應用多數仍處于保密狀態。而我國由于起步較晚,雖然很多科研單位和企業的研發工作已取得了較大進展,但多數產品都只用于民用產業,其中結構阻尼在軍事和航空航天產業中較少應用。由此可見,與歐美等相比,我國在阻尼材料領域的研究和發展方面還存在較大差距,多數研究工作還有待進一步深入開展[3]。
纖維增強樹脂基復合材料的阻尼性能主要是由聚合物基體的粘彈性、增強材料與基體間的相互作用貢獻的。近年來關于高強度、高模量、高阻尼性能的碳纖增強(CFRP)復合體系的研究時有報道。Fu-jimoto[7]等在研究CFRP/阻尼材料薄板結構時發現,由單向碳纖維、環氧樹脂、聚乙烯組成的“三明治(Sandwich)”結構,其內耗值比傳統的CFRP高5~50倍,并且其值可以根據需要進行設計。Hajime[8]等將碳纖維填充到環氧樹脂體系基體中,復合材料不僅具有很高的硬度,而且阻尼效果明顯增大,阻尼性能和力學性能不僅取決于彈性體的粘彈性,還與碳纖維的層合排列方式有關。對于石墨/聚合物基復合材料,石墨鋪層方式對聚合物基復合材料阻尼性能的影響較大,90°鋪層復合體系的阻尼性能好于0°鋪層,且不受橫向剪切應力的影響[3]。Finegan等[9]通過系統分析方法研究了經過特殊處理后的纖維填充高聚物網絡體系的阻尼性能,發現在纖維表面涂覆高耗能的涂料可提高材料的阻尼性能,并通過有限元分析研究了頻率、溫度、涂層厚度對材料阻尼性能的影響。Trego[10]等提出一個復合材料阻尼增強的方案,在構造上采用了非對稱纖維增強復合材料夾層結構,芯子為具有高阻尼性能的粘彈性層。該設計的關鍵是在結構長度方向的不同區段內有不同的纖維取向角,通過應力耦合效應,產生高的剪切應力,大限度地激活和利用整個阻尼材料能量耗散的潛在性能。
范永忠等[11]研究了纖維的混雜方式對環氧玻璃化轉變溫度和阻尼性能的影響。結果表明,經GF/CF混雜后,復合材料的阻尼性能符合混雜定律,阻尼因子介于GF復合材料與CF復合材料之間,并且都比基體的阻尼因子大。玻璃纖維和碳纖維對復合材料阻尼性能的貢獻是截然不同的。玻璃纖維的引入增加了復合材料的阻尼性能,而碳纖維正好相反。從材料設計的角度來說,混雜纖維種類、方式、含量的選擇與設計對兼顧復合材料的力學性能和阻尼性能起決定性作用[12]。臺灣中山大學的Liao等[13]研究了中面內交疊有聚乙烯-丙烯酸(PEEA)的單向碳/環氧及其對稱角交鋪設碳/環氧層板的阻尼性能。結果表明,結構宏觀阻尼有顯著的增加,且外層復合材料剛度的影響作用也很明顯。
纖維增強樹脂基復合材料的阻尼性能主要是由聚合物基體的粘彈性、增強材料與基體間的相互作用貢獻的。近年來關于高強度、高模量、高阻尼性能的碳纖增強(CFRP)復合體系的研究時有報道。Fu-jimoto[7]等在研究CFRP/阻尼材料薄板結構時發現,由單向碳纖維、環氧樹脂、聚乙烯組成的“三明治(Sandwich)”結構,其內耗值比傳統的CFRP高5~50倍,并且其值可以根據需要進行設計。Hajime[8]等將碳纖維填充到環氧樹脂體系基體中,復合材料不僅具有很高的硬度,而且阻尼效果明顯增大,阻尼性能和力學性能不僅取決于彈性體的粘彈性,還與碳纖維的層合排列方式有關。對于石墨/聚合物基復合材料,石墨鋪層方式對聚合物基復合材料阻尼性能的影響較大,90°鋪層復合體系的阻尼性能好于0°鋪層,且不受橫向剪切應力的影響[3]。Finegan等[9]通過系統分析方法研究了經過特殊處理后的纖維填充高聚物網絡體系的阻尼性能,發現在纖維表面涂覆高耗能的涂料可提高材料的阻尼性能,并通過有限元分析研究了頻率、溫度、涂層厚度對材料阻尼性能的影響。Trego[10]等提出一個復合材料阻尼增強的方案,在構造上采用了非對稱纖維增強復合材料夾層結構,芯子為具有高阻尼性能的粘彈性層。該設計的關鍵是在結構長度方向的不同區段內有不同的纖維取向角,通過應力耦合效應,產生高的剪切應力,大限度地激活和利用整個阻尼材料能量耗散的潛在性能。
范永忠等[11]研究了纖維的混雜方式對環氧玻璃化轉變溫度和阻尼性能的影響。結果表明,經GF/CF混雜后,復合材料的阻尼性能符合混雜定律,阻尼因子介于GF復合材料與CF復合材料之間,并且都比基體的阻尼因子大。玻璃纖維和碳纖維對復合材料阻尼性能的貢獻是截然不同的。玻璃纖維的引入增加了復合材料的阻尼性能,而碳纖維正好相反。從材料設計的角度來說,混雜纖維種類、方式、含量的選擇與設計對兼顧復合材料的力學性能和阻尼性能起決定性作用[12]。臺灣中山大學的Liao等[13]研究了中面內交疊有聚乙烯-丙烯酸(PEEA)的單向碳/環氧及其對稱角交鋪設碳/環氧層板的阻尼性能。結果表明,結構宏觀阻尼有顯著的增加,且外層復合材料剛度的影響作用也很明顯。










































