一种结构阻尼导电多功能一体化复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于复合材料领域，特别涉及一种制造成本低、良率高的阻尼导电性能好的多功能一体化复合材料及其制备方法；一种结构阻尼导电多功能复合材料，其特征在于：包括多个结构层以及在相邻结构层之间设置的阻尼导电层，所述的阻尼导电层包括一个以热塑性无纺布为基材的承载基体，承载基体上浸润有羧基化碳纳米管，所述羧基化碳纳米管上负载过聚多巴胺，结构层和阻尼导电层通过改性热固性树脂共固化一体成型；本发明专利技术所述的结构阻尼导电复合材料具有良好抗振动、良好导电性能且轻量化的多功能一体化的特点。能一体化的特点。能一体化的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种结构阻尼导电多功能一体化复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于复合材料领域，特别涉及一种制造成本低、良率高的阻尼导电性能好的多功能一体化复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，纤维增强复合材料因其优异的力学性能和物理性能，已广泛应用于航空航天、建筑、运动装备、汽车和船舶工业。然而，纤维的高刚度通常相对有较低的阻尼性能，这主要是由于纤维材料的粘弹性较差。这一特性严重限制了它们在振动、周期性载荷和外部冲击等工作条件下的应用。例如，碳纤维增强复合材料结构中若存在微裂纹会在振动疲劳荷载作用下会迅速扩展，导致过早破坏。目前在航空航天领域中，随着飞行器的速度要求越来越快，精度要求越来越高，其飞行过程中的振动是我们要解决的难题之一，因此开发兼具高力学性能和高阻尼性的纤维增强复合材料成为热点。
[0003]目前向材料结构中添加吸收振动能和声能并转化为热能或其他形式能量而消耗掉的阻尼材料，是抑制振动和噪声最有效的技术手段之一，称为结构阻尼。至此根据阻尼材料在结构材料中的添加位置不同可以将阻尼处理技术分为两大类，一是将阻尼材料分布在结构表面，但这种方法对结构的模态频率和振型影响较小，主要用于薄壳结构和梁的弯曲振动减振。也会受到构件尺寸、安装空间以及增加重量等因素的限制，而且在振动环境下容易发生剥落。另一种是将阻尼材料加入结构材料内形成结构阻尼一体化的复合材料，造成结构固有阻尼和共振频率的改变。其优点包括高阻尼效果、灵活多样和成本低等，影响因素主要包括阻尼材料的损耗因子、弹性模量、阻尼层的厚度、分布位置、数量、基体的弹性模量和损耗因子等。如今，在应用中结构阻尼复合材料中添加的阻尼材料往往都是是黏弹性橡胶材料，其减振耗能明显具有温度和频率的依赖性，而且与树脂的界面结合性较差，还会破坏其复合材料良好的力学性能，极大限制了结构阻尼复合材料的应用环境。因此开发一种新型阻尼材料是一各全新的热点。
[0004]纤维增强导电复合材料，由于具有高强度和导电传热等特性和优异的抗腐蚀、耐辐射等性能，在航空航天领域有广泛的应用前景。利用树脂基体可以制备导电性能良好的复合材料，可以大幅度优化复合材料导电性能。通常多功能的纤维增强复合材料分为结构功能区与非结构功能区，结构功能区是通过高性能纤维增强体来完成的。非结构功能区，包括导电或导热性、传感和驱动或阻燃性，可以通过纳米或微米颗粒实现。纤维增强复合材料往往表现出较低的电导率，而多种航空航天应用需要提高复合结构的导电性，为此，经常采用各种技术来提高纤维增强复合材料的导电性，例如绝缘树脂基体被导电基体替代，或添加导电颗粒提高其导电性能。
[0005]现有技术中直接将碳纳米管制成布层，然后连续纤维编织物进行铺层固化，基于碳纳米管的布层与连续纤维编织物的两个物理层之间仅通过树脂进行固化，界面结合性较差，容易出现分层的现象，且以此基础制成的复合材料的导电性能不足，无法满足使用的需求。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术对结构阻尼导电多功能一体化复合材料的结构和制备方法均作出了改进。
[0007]本专利技术的技术方案如下：一种结构阻尼导电多功能一体化复合材料，其特征在于：包括多个结构层以及在相邻结构层之间设置的阻尼导电层， 所述的阻尼导电层包括一个以热塑性无纺布为基材的承载基体，承载基体上浸润有羧基化碳纳米管，所述羧基化碳纳米管上负载过聚多巴胺，结构层和阻尼导电层通过改性热固性树脂共固化一体成型。
[0008]进一步的说，所述的无纺布为尼龙、芳纶、聚醚酰亚胺、聚芳醚酮、聚苯硫醚中的任意一种，所述的无纺布的厚度为7.5
‑
9μｍ，面密度为5g/ｍ2‑
14 g/ｍ2。
[0009]进一步的说，所述的结构层为连续纤维编织物，所述的纤维为玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维或碳纤维中的一种，编织方式为单向、平纹或斜纹的一种或者任意组合。
[0010]进一步的说，所述的改性热固性树脂的树脂基体为环氧树脂、不饱和聚酯、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂的一种，所述的树脂基体中也均匀分散有包覆了聚多巴胺的羧基化碳纳米管。
[0011]进一步的说，固化工艺为热压成型、RTM、模压或真空袋成型中的任意一种。
[0012]结构阻尼导电多功能一体化复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1:预制结构层；步骤2：预制阻尼导电层， 其包括以下步骤：将羧基化多壁碳纳米管通过超声搅拌均匀分散在无水乙醇中，后将无纺布浸渍48小时，取出浸渍后的无纺布用去离子水冲洗多余乙醇，放入烘箱内将多余水分蒸干，得到WMCNTs结构阻尼导向无纺布材料，将盐酸多巴胺单体加入 到100ml的Tris缓冲溶液中，超声搅拌均匀后，将A中获得的WMCNTs结构阻尼导向无纺布材料浸入，在室温下使多巴胺聚合48小时，聚合完成后用去离子水冲洗去除未聚多巴胺单体，最后放入烘箱干燥多余水分，得到WMCNTs@PDA结构阻尼导电无纺布材料；步骤3：将结构层和阻尼导电层交替铺层， 且以结构层为表面层，最后利用改性的热固性树脂进行共固化成型。
[0013]进一步的说，所述的步骤3中的改性的热固性树脂中均匀分散了包覆了聚多巴胺的羧基化碳纳米管。
[0014]进一步的说，所述的聚多巴胺的碳纳米管的制备包括以下步骤：将羧基化多壁碳纳米管和盐酸多巴胺单体加入到100ml的Tris缓冲溶液中，超声搅拌均匀后在室温下使多巴胺聚合48小时，后抽滤得包覆过聚多巴胺的羧基化碳纳米管，用去离子水冲洗去除未聚合盐酸多巴胺单体和Tris缓冲溶液，再烘箱烘干水分，得包覆了聚多巴胺的碳纳米管。
[0015]综上所述，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术对复合材料进行了改进，利用热塑性无纺布作为阻尼导电层的基体，其能够附着更多的羧基化碳纳米管，且碳纳米管负载过了聚多巴胺能够，有效避免了碳纳米管出现团聚而影响导电效果的问题，且热塑性无纺布为多孔材料，在阻尼导电层与结构层的共固化过程中，树脂能够更好的结构层和阻尼导电层，提升阻尼导电层与结构层之间的连
接可靠性，避免出现界面分离的问题，同时，利用无纺布来附着羧基化碳纳米管，相比与现有技术中利用碳纳米管制作无纺布的方式，有效降低了阻尼导电层的制造难度和制作成本。
[0016]进一步的，本专利技术利用热塑性无纺布作为阻尼导电层的承载基体，其与结构层共固化成型得到的复合材料，相比于传统的碳纤维制品在储能模量、弯曲强度、弯曲模量、层间剪切强度上均有一定的提升，热塑性无纺布与热固性树脂有良好的结合性能， 在提高复合材料力学性能的同时也改善了复合材料的阻尼减震性能和导电性能。
[0017]更进一步的，本专利技术对树脂为改性的热固性树脂，利用羧基化多壁碳纳米管和盐酸多巴胺单体制备包覆了聚多巴胺的碳纳米管，在碳纳米管上添加聚多巴胺，大大降低碳纳米管的团聚现象，在其对热固性树脂进行改性的过程中，也避免了碳纳米管在热固性树脂中的团聚，且改性后的热固性树脂也具有导电能力，能够与阻尼结构层形成通路，从而更好的降低了本专利技术的复合材料的电阻率。
附图说明...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结构阻尼导电多功能一体化复合材料，其特征在于：包括多个结构层以及在相邻结构层之间设置的阻尼导电层， 所述的阻尼导电层包括一个以热塑性无纺布为基材的承载基体，承载基体上浸润有羧基化碳纳米管，所述羧基化碳纳米管上负载过聚多巴胺，结构层和阻尼导电层通过改性热固性树脂共固化一体成型。2.根据权利要求1所述的一种结构阻尼导电多功能一体化复合材料，其特征在于：所述的热塑性无纺布为低面密度且多孔的无纺布。3.根据权利要求2所述的一种结构阻尼导电多功能一体化复合材料，其特征在于：所述的无纺布为尼龙、芳纶、聚醚酰亚胺、聚芳醚酮、聚苯硫醚中的任意一种，所述的无纺布的厚度为7.5
‑
9μｍ，面密度为5g/ｍ2‑
14 g/ｍ2。4.根据权利要求3所述的一种结构阻尼导电多功能一体化复合材料，其特征在于：所述的结构层为连续纤维编织物，所述的纤维为玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维或碳纤维中的一种，编织方式为单向、平纹或斜纹的一种或者任意组合。5.根据权利要求4所述的一种结构阻尼导电多功能一体化复合材料，其特征在于：所述的改性热固性树脂的树脂基体为环氧树脂、不饱和聚酯、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂的一种，所述的树脂基体中也均匀分散有包覆了聚多巴胺的羧基化碳纳米管。6.根据权利要求5所述的是一种结构阻尼导电多功能一体化复合材料，其特征在于：固化工艺为热压成型、RTM、模压或真空袋成型中的任意一...

【专利技术属性】
技术研发人员：许亚洪，倪楠楠，周世豪，王召娣，杨鑫，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：