填充MRE夹层的纤维金属混杂复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术的填充MRE夹层的纤维金属混杂复合材料及其制备方法。复合材料包括包裹有铁粉，润滑剂与基体混合形成原料的层合板，以层合板为中间层，上下相应对称依次设置有纤维布层和合金板层，所述的层合板表面紧密缠绕有铜线。制备时，按原料配比混合，上下铺设合金板，碾压形成层合板后缠绕铜线，以层合板为中心，上下依次铺设纤维布与合金板，各层见通过胶结碾压，制得填充MRE夹层的纤维金属混杂复合材料。该方法过程简单，工艺成熟。层合板中磁流变弹性体材料提高了阻尼和能量吸收效率，并可以通过控制线圈中电流改变磁场，在一定范围内对其刚度、阻尼特性进行控制。

Fiber metal hybrid composite filled with MRE interlayer and its preparation

【技术实现步骤摘要】
填充MRE夹层的纤维金属混杂复合材料及其制备方法
：本专利技术属于纤维金属混杂复合材料设计制备
，具体涉及一种填充MRE夹层的纤维金属混杂复合材料及其制备方法。
技术介绍
：纤维金属混杂复合材料是一种新型的非匀质复合材料，其结合了金属材料良好的延展性、耐腐蚀等优点和纤维增强复合材料的轻质、高强度等特征，近年来逐步在军机、民机的机身蒙皮、垂直和水平尾翼前缘、整流板、整流罩、上机身壁板及上壁板长桁得到广泛使用。随着上述复合材料的结构构型越来越复杂，工作环境越来越恶劣，如何降低由于振动、外物碰撞冲击等引发的疲劳失效等问题越来越受到科学工作者的关注。若能够有效运用磁流变材料在外加磁场后阻尼性能可调节的性质，并对填充该类型材料后，带有夹层(或芯层)的纤维金属混杂复合材料结构的刚度与阻尼性能等动态特性进行主动控制，则可极大地提升其抗振性、耐冲击性、疲劳耐久性和工作稳定性。目前，人们对带有弹性体夹层的层合结构，进行了深入研究和设计，但依旧存在一些问题。现有技术包括涉及带有粘弹性芯层的多功能复合材料，该材料在抗冲击、降噪方面有独到的优势，然而，由于所选用粘弹性芯层材料及结构的限制，无法实现对其材料特性进行主动控制。另有泡沫铝夹芯复合结构，经过多次的热处理极易对其芯层性能造成影响，且由于泡沫铝芯层材料的局限性，其与面板结合性能、结合强度存在不足，易导致密度分布不均等问题。还包括有层状结构的泡沫蜂窝夹芯板，主要应用于高速动车组、城轨、地铁车辆。然而，泡沫蜂窝芯结构制备时易破损、塌陷，制备过程较为复杂，填充一致性难以得到保证。上述技术主要涉及具有粘弹性夹层材料的制备方法，并不能对其材料特性(刚度、阻尼等参数)进行主动控制。
技术实现思路
：本专利技术的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种填充MRE夹层的纤维金属混杂复合材料及其制备方法，将一种新型材料——磁流变材料引入纤维金属混杂复合材料的设计制备中，并采用通电施加磁场的方式，实现吸能和控制阻尼性能等多种优势于一身的填充磁流变弹性体夹层的多层纤维金属混杂复合材料制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：填充MRE夹层的纤维金属混杂复合材料包括层合板，以层合板为中间层，上下相应对称依次设置有纤维布层和合金板层；其中，所述的层合板表面紧密缠绕有铜线，所述的层合板由合金板包裹原料而成，所述原料及质量百分含量为，铁粉60～80％，润滑剂10～20％，基体10～20％。所述的铁粉为羰基铁粉。所述的润滑剂为硅油，硅油型号为PMX200。所述的基体为硅橡胶，硅橡胶为704硅橡胶。所述的层合板所包裹的原料厚度为0.8～1.5mm，纤维布层总层数为12～16层，合金板层为铝合金板或钛合金板，单层厚度为0.3mm，层合板中合金板为铝合金板或钛合金板，单层厚度为0.3mm。填充MRE夹层的纤维金属混杂复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，预混材料制备：按质量百分含量，分别称取铁粉60～80％，润滑剂10～20％，基体10～20％，将三者混合，搅拌均匀，获得具有流动性的预混材料；步骤2，层合板制备：(1)取两张合金板，将其中一张放置在矩形模具中，将上述预混材料均匀铺设在合金板表面，铺设厚度为1～2mm，在其上层对齐放置另一张合金板，碾压至预混材料厚度为0.8～1.5mm；(2)将碾压后预混材料静置48～72h，完成固化成型，形成层合板；步骤3，铜线缠绕：取出层合板，将铜线沿层合板宽度方向进行缠绕，保证铜丝紧密排列无缝隙，缠绕层数为一层；步骤4，填充MRE夹层的纤维金属混杂复合材料制备：(1)另取两张合金板，在预涂脱模剂的玻璃模具上布置其中一张合金板，将单向碳纤维布铺设在合金板上，铺设层数为6～8层，各层之间涂刷胶结剂进行胶结；(2)将铜线缠绕后的层合板对齐放置在玻璃模具中的碳纤维布上，继续铺设单向碳纤维布6～8层，各层之间用胶结剂进行胶结，原理与过程同步骤4(1)，最后，在其上方布置另一张合金板，使用压辊反复碾压至去除气泡后，将另一块预涂脱模剂的玻璃模具从上至下压紧，并在压紧状态下完成固化成型，制得填充MRE夹层的纤维金属混杂复合材料。所述的步骤1中，预混材料粘度为60,000～120,000cps，所述粘度为室温下测量。所述的步骤1中，铁粉为羰基铁粉。所述的步骤1中，润滑剂为硅油，硅油型号为PMX200。所述的步骤1中，基体为硅橡胶，硅橡胶为704硅橡胶。所述的步骤2(1)中，两张合金板经去除油污和锈迹等表面预处理后，放置在矩形模具中。所述的步骤2(2)中，固化在磁场下进行，固化具体过程为：在模具宽度方向两侧对称布置两块磁性相异的永磁铁，形成磁场，磁场强度为0.5～1T，在室温下等待48～72h，使预混材料在磁场环境下固化，完全成型，形成层合板；所述的步骤2(2)中，永磁铁尺寸以形成磁场完全覆盖矩形模具为主。所述的步骤2(2)中，合金板对齐布置，磁流变弹性体芯层与其上下两侧合金板依靠预混材料自身粘性粘接，并保证充足的固化时间。所述的步骤3中，铜线缠绕方向平行于永磁铁放置方向。所述的步骤3中，铜线为漆包铜线，漆包铜线为型号QSR高强度漆包铜线，直径0.2mm，纯度99.8％，且缠绕紧密无缝隙、无重叠，两端预留充足的长度以备后续使用。所述的步骤4(1)中，两张合金板经去除油污和锈迹等表面预处理后，放置在玻璃模具中。所述的步骤4(2)中，压紧压力为200N，保持压紧状态48h，完成固化成型，制得填充MRE夹层的纤维金属混杂复合材料。所述的步骤4中，单向纤维布型号为T300、T600或T700，弹性模量为119MPa、136MPa或210MPa，厚度为0.15～0.25mm。所述的步骤4中，合金板与单向纤维布之间、单向纤维布与铜线缠绕后的层合板之间通过涂刷胶结剂，实现胶结连接。所述的步骤4中，胶结剂为环氧树脂，环氧树脂型号为EP-HTL。采用环氧树脂胶连接强度高，固化时间短，易于加工，同时环氧树脂固化收缩率一般为1％～2％。是热固性树脂中固化收缩率最小的品种之一。线胀系数也很小，一般为6×10-5/℃。所述的步骤4中，获得的填充磁流变弹性体夹层的多层纤维金属混杂复合板厚度为4.2～7.1mm。所述的步骤1和步骤4中，所述合金板为铝合金板或钛合金板，所述的铝合金板为6061航空用铝，厚度为0.3mm。所述的钛合金板型号为TA2，厚度为0.3mm。所述的步骤4中，玻璃模具压紧时内部各层无位移。所述的步骤4中，对填充MRE夹层的纤维金属混杂复合材料进行通电，电流密度为1～3A/mm2，通电时间为30s，经测试，复合材料阻尼比为2-8％，刚度为1～3×106(N/m)。本专利技术涉及的磁流变弹性体材料是一种在外加磁场后阻尼性能可调节的粘弹性材料。其在固化前具有很高的粘性，设计在芯层，与上下面板的纤维金属混杂复合材料通过自身的粘性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.填充MRE夹层的纤维金属混杂复合材料包括层合板，其特征在于，以层合板为中间层，上下相应对称依次设置有纤维布层和合金板层；其中，所述的层合板表面紧密缠绕有铜线，所述层合板由合金板包裹原料而成，所述原料及质量百分含量为，铁粉60～80％，润滑剂10～20％，基体10～20％。/n

【技术特征摘要】
1.填充MRE夹层的纤维金属混杂复合材料包括层合板，其特征在于，以层合板为中间层，上下相应对称依次设置有纤维布层和合金板层；其中，所述的层合板表面紧密缠绕有铜线，所述层合板由合金板包裹原料而成，所述原料及质量百分含量为，铁粉60～80％，润滑剂10～20％，基体10～20％。


2.根据权利要求1所述的填充MRE夹层的纤维金属混杂复合材料包括层合板，其特征在于，所述的铁粉为羰基铁粉，所述的润滑剂为硅油，所述的基体为硅橡胶。


3.根据权利要求1所述的填充MRE夹层的纤维金属混杂复合材料包括层合板，其特征在于，所述的层合板所包裹的原料厚度为0.8～1.5mm，纤维布层总层数为12～16层，合金板层为铝合金板或钛合金板，单层厚度为0.3mm，层合板中合金板为铝合金板或钛合金板，单层厚度为0.3mm。


4.根据权利要求1所述的填充MRE夹层的纤维金属混杂复合材料包括层合板，其特征在于，对所述填充MRE夹层的纤维金属混杂复合材料进行通电，电流密度为1～3A/mm2，通电时间为30s，经测试，复合材料阻尼比为2-8％，刚度为1～3×106(N/m)。


5.权利要求1所述的填充MRE夹层的纤维金属混杂复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，预混材料制备：
按质量百分含量，分别称取铁粉60～80％，润滑剂10～20％，基体10～20％，将三者混合，搅拌均匀，获得具有流动性的预混材料；
步骤2，层合板制备：
(1)取两张合金板，将其中一张放置在矩形模具中，将上述预混材料均匀铺设在合金板表面，铺设厚度为1～2mm，在其上层对齐放置另一张合金板，碾压至预混材料厚度为0.8～1.5mm；
(2)将碾压后预混材料静置48～72h，完成固化成型，形成层合板；
步骤3，铜线缠绕：
取出层合板，将铜线沿层合板宽度方向进行缠绕，保证铜丝紧密排列无缝隙，缠绕层数为一层；
步骤4...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晖，王文煜，任旭辉，王子恒，刘洋，赵思齐，胡晓岳，闻邦椿，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21