[发明专利]一种表面显示内部损伤的复合材料层压板

说明书

技术领域

本发明属于复合材料制造技术，涉及一种表面显示内部损伤的复合 材料层压板。

背景技术

连续纤维增强树脂基复合材料的一个主要弱点是其抗低速冲击损伤 能力较差，在服役期间有较大几率遭遇的碎石、冰雹、跌落工具等冲击， 都有可能在复合材料内部造成严重分层损伤，使结构的压缩强度急剧降 低。更糟糕的是，这种内部分层损伤在材料表面是不易察觉的，当出现 目视勉强可检的表面损伤时，其压缩强度已经降低到原来的40％。为保 证飞行安全，要求此时的复合材料结构仍能短期服役，也就是说材料必 须具有足够高的冲击后压缩强度，因此各种增韧技术的研究一直是航空 复合材料技术的热点问题。

但矛盾的是，随着基体韧性的提高，冲击损伤形成的表面凹坑往往 会变得不易察觉，有可能使某些非常危险的损伤逃过常规检查，留下事 故隐患。克服这一困难的一种方法是在机翼、机身蒙皮中布置传感器， 实时监控结构的健康状况。但这必然带来结构重量的增加和制造成本的 提高。显然，若能在复合材料结构本身引入某种损伤示踪机制，在结构 内部产生有可能危害飞行安全的内部损伤时，在其表面以明显可见的方 式表示出损伤部位及大致的严重程度，具有重要意义。

在中国发明专利《一种提高层状结构复合材料韧性的方法》(专利号 ZL01100981.0)、《一种增韧的复合材料层压板及其制备方法》(申请号 2006100993819)中，提出了一种在复合材料层压板的层间部位进行有选 择性的局部增韧的所谓“离位”方法，应用于预浸料复合材料体系中可 以显著改善其冲击损伤容限。这种方法的特点是一切增韧处理都局限于 层间，对铺层内部并没有明显的影响。在中国发明专利《一种液态成型 复合材料用预制织物及其制备方法》(申请号200810000135.2)中，提 出了ES-Fabric织物，将“离位”选择性增韧技术进一步推广到树脂传 递模塑成型(RTM)、树脂膜浸渗成型(RFI)等液态成型技术中。

以上的方法均提高了复合材料层合板的韧性并提高了复合材料的冲 击损伤容限。但是，当复合材料受到低速冲击时，复合材料内部铺层出 现分层、基体开裂或纤维断裂时，复合材料表面铺层并无明显破坏性损 伤，这便会造成危险隐患。

发明内容

本发明的目的是：提出一种在内部铺层中产生分层、基体开裂、纤 维断裂等内部损伤时，表面铺层同时显示出明显凹坑、局部纤维断裂、 基体破裂等变化的一种表面显示内部损伤的复合材料层压板。

本发明的技术方案是：

复合材料层压板分为内部铺层和表面铺层两部分，表面铺层的增强 材料及其增强材料的形式与内部铺层的增强材料及其增强材料的形式相 同或者不同；当采用树脂传递模塑成型或树脂膜浸渗成型工艺制备层压 板时，内部铺层和表面铺层为干态增强材料时，表面铺层选用与内部铺 层相同的树脂基体；当采用热压罐成型或模压成型或真空袋成型或手糊 成型工艺制备层压板时，内部铺层和表面铺层为预浸料，表面铺层选用 与内部铺层相同或不同的树脂基体。

增强材料中所用纤维为碳纤维或玻璃纤维或芳纶纤维或超高分子量 聚乙烯纤维或玄武岩纤维或天然植物纤维或上述一种或几种纤维的混 合；增强材料纤维的形式包括单向纤维或无纬布或平纹织物或缎纹织物 或斜纹织物或无纺布或非屈曲织物；其中所用树脂基体包括环氧树脂或 双马来酰亚胺树脂或聚酰亚胺树脂或聚苯并噁嗪树脂或氰酸酯树脂或酚 醛树脂或不饱和聚酯；采用的制备工艺包括热压罐成型或模压成型或真 空袋成型或手糊成型或树脂传递模塑成型或树脂膜浸渗成型。

如上面所述的具有内部损伤表面显示功能的复合材料层压板，复合 材料层压板的结构及冲击后表现可以是下述之一：

(1)表面铺层形式采用高韧性基体预浸料或以薄膜或浆料或溶液或 粉状或织物形式把高韧性基体均匀预置到表面铺层层间，预置量控制在 5g/m²-50g/m²，表面铺层层数为1-20层。然后与内部铺层一起铺贴后 固化成型。经低速冲击后，表面铺层出现明显凹坑和局部纤维断裂。