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1、(10)申请公布号 CN 102990990 A (43)申请公布日 2013.03.27 CN 102990990 A *CN102990990A* (21)申请号 201210500633.X (22)申请日 2012.11.29 B32B 3/14(2006.01) B32B 18/00(2006.01) B32B 27/04(2006.01) (71)申请人 中国航空工业集团公司北京航空材 料研究院 地址 100095 北京市海淀区 81 信箱 (72)发明人 张代军 安学锋 包建文 钟翔屿 刘刚 (74)专利代理机构 中国航空专利中心 11008 代理人 陈宏林 (54) 发明名称 。
2、一种复合材料低速冲击示踪层 (57) 摘要 本发明是一种复合材料低速冲击示踪层， 所 述低速冲击示踪层是指在复合材料表面 (1) 贴 覆的陶瓷薄层， 功能是通过该陶瓷薄层受到低速 冲击后的状态变化， 来辨别复合材料相应冲击受 损区域、 冲击能量的大小及冲击后剩余压缩强度 ； 该陶瓷薄层是非连续状的， 陶瓷薄层是用单片陶 瓷基片 (2) 拼贴而成， 陶瓷基片 (2) 的厚度为 0.1 0.5mm， 面积为 100 2500mm2， 相邻陶瓷基 片 (2) 之间的间隙应小于 0.2mm。本发明技术方 案是在复合材料表面涂覆陶瓷薄层， 通过该陶瓷 薄层受到低速冲击后的状态变化， 来辨别复合材 料相应。
3、冲击受损区域、 冲击能量的大小及冲击后 剩余压缩强度。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 1/1 页 2 1. 一种复合材料低速冲击示踪层， 其特征在于 ： 所述低速冲击示踪层是 指在复合材料表面 (1) 贴覆的陶瓷薄层， 功能是通过该陶瓷薄层受到低速冲击后的状 态变化， 来辨别复合材料相应冲击受损区域、 冲击能量的大小及冲击后剩余压缩强度 ； 该陶瓷薄层是非连续状的， 陶瓷薄层是用单片陶瓷基片(2)拼贴而成， 陶瓷基片(2)的 厚度为 0.1 。
4、0.5mm， 面积为 100 2500mm2， 相邻陶瓷基片 (2) 之间的间隙应小于 0.2mm。 2. 根据权利要求 1 所述的复合材料低速冲击示踪层， 其特征在于 ： 陶瓷基片 (2) 的形 状是正方形、 长方形、 三角形、 梯形或六角形。 权 利 要 求 书 CN 102990990 A 2 1/4 页 3 一种复合材料低速冲击示踪层 技术领域 0001 本发明是一种复合材料低速冲击示踪层， 属于复合材料制造技术领域。 背景技术 0002 由于复合材料制件质量轻、 强度高， 因此在航空航天领域得到了广泛的应用。 其中 在航空器方面， 复合材料大量应用于战斗机与民机的机翼蒙皮、 机身、 。
5、垂尾、 副翼等结构件。 飞机结构通常要满足结构完整性的要求， 其中包括静强度、 刚度、 耐久性和损伤容限要求。 但是复合材料对低速冲击具有敏感性， 即复合材料制件受到低速冲击时， 内部容易发生层 间开裂， 复合材料内部已经存在大范围分层， 且压缩强度急剧下降时， 但外表面可能仍然是 目视不可检的， 正是由于复合材料在此种情况下的不可检性， 使材料在应用过程中存在很 大的危险性。因此， 如何使材料在低速冲击后以表面损伤状态来评价材料的内部损伤状况 成为了复合材料应用研究的重点之一。 0003 传统的复合材料冲击损伤目视可检技术是采用具有14in的半球形冲击头的落 锤在试样表面进行冲击试验， 通过。
6、落锤的质量和高度来调节冲击能量。复合材料受到冲击 后， 测量冲击后复合材料表面凹坑深度， 如果冲击后凹坑深度大于 1.3mm 时， 能够做到目视 勉强可检冲击损伤。但多数复合材料层合板冲击后凹坑深度没有达到这一数值时， 冲击能 量已经达到很高， 复合材料内部已经出现严重分层， 剩余压缩强度大幅降低， 复合材料已经 不能达到制件要求的力学性能要求。在复合材料受冲击损伤失效前， 目视勉强可检技术就 不能有效地检测出复合材料的受损状态。 发明内容 0004 本发明正是针对上述现有技术存在的不足而设计提供了一种复合材料低速冲击 示踪层， 其目的是在复合材料表面涂覆陶瓷薄层， 通过该陶瓷薄层受到低速冲击。
7、后的状态 变化， 来辨别复合材料相应冲击受损区域、 冲击能量的大小及冲击后剩余压缩强度。 0005 本发明的目的是通过以下技术措施来实现的 ： 0006 该复合材料低速冲击示踪层， 其特征在于 ： 所述低速冲击示踪层是 0007 指在复合材料表面 (1) 贴覆的陶瓷薄层， 功能是通过该陶瓷薄层受到低速冲击 后的状态变化， 来辨别复合材料相应冲击受损区域、 冲击能量的大小及冲击后剩余压缩强 度 ； 0008 该陶瓷薄层是非连续状的， 陶瓷薄层是用单片陶瓷基片 (2) 拼贴而成， 陶瓷基片 (2) 的厚度为 0.1 0.5mm， 面积为 100 2500mm2， 相邻陶瓷基片 (2) 之间的间隙应。
8、小于 0.2mm。 0009 陶瓷基片 (2) 的形状是正方形、 长方形、 三角形、 梯形或六角形。 0010 当复合材料受到低速冲击时， 表层的陶瓷基片会发生脱落、 单个陶瓷基片破损、 单 个陶瓷基片内产生裂纹等现象， 这些现象容易被观察到， 通过这些现象就可以判定相应的 复合材料表面受冲击的部位， 并根据陶瓷基片的损伤程度来判断复合材料相应表面经受的 说 明 书 CN 102990990 A 3 2/4 页 4 冲击能量、 冲击面积、 冲击后剩余压缩强度， 达到目视可检技术判断的要求。 所以， 所述低速 冲击示踪层起到了低速冲击示踪的作用。 0011 所述复合材料的增强纤维可以是玻璃纤维、。
9、 碳纤维、 芳纶纤维、 玄武岩纤维、 天然 植物纤维或上述纤维的混编体， 纤维织物结构可以是单向织物、 平纹织物、 缎纹织物、 斜纹 织物、 无纬布、 无纺布或非屈曲织物， 复合材料的树脂体系可以为环氧树脂、 双马树脂、 酚醛 树脂、 苯并噁嗪树脂， 复合材料的成型工艺可以是热压罐工艺、 RTM 工艺、 VARI 工艺、 RFI 工 艺、 预浸料真空袋成型工艺。 陶瓷基片采用以下材料制备 ： 氧化铝、 氧化锆、 碳化硅、 钛酸钡。 附图说明 0012 图 1 为陶瓷基片贴覆在复合材料表面上的形状结构示意 具体实施方式 0013 以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述 ： 0014。
10、 参见附图 1 所示， 0015 实施例 1 0016 本发明技术方案按以下步骤进行 ： 0017 制备陶瓷基片 0018 采用氧化铝材料制备陶瓷基片 2， 陶瓷基片 2 的厚度为 0.2mm， 尺寸为 400mm2； 0019 复合材料预浸料铺层 0020 将 T300/AG80 环氧基碳纤维预浸料按照 45/0/-45/904s 铺层铺贴层合板， 铺贴 完毕后， 将陶瓷基片 2 铺贴于复合材料表面 1， 陶瓷基片 2 间隙控制在 0.2mm 内， 铺贴完毕 后， 封装 ； 0021 复合材料成型 0022 在热压罐中按照 130， 30min-180， 2h-200， 2h 工艺固化后得到。
11、具有鳞状 表面示踪层的复合材料层合板。 0023 上述陶瓷基片 2 的形状是正方形、 长方形、 三角形、 梯形或六角形。 0024 然后， 按 SACMASRM 2-88 标准对复合材料进行冲击后压缩强度 （CAI） 测试， 冲击能 量为 6.67J/mm， 冲击后， 层合板表面受冲击的陶瓷基片 2 发生脱落， 周边陶瓷基片 2 未发生 破坏。受冲击区域与陶瓷基片 2 的损伤区域相符， 且受损区域容易被观察到， 达到目视可检 技术判断的要求。 0025 实施例 2 0026 本发明技术方案按以下步骤进行 ： 0027 制备陶瓷基片 0028 采用氧化锆材料制备陶瓷基片 2， 陶瓷基片 2 的厚。
12、度为 0.3mm， 尺寸为 800mm2 ； 0029 复合材料预浸料铺层 0030 T700 单向碳纤维织物按照 45/0/-45/903s铺层铺贴层合板， 铺贴完毕后， 打真空 袋加热定型。 定型后， 将陶瓷基片2铺贴于复合材料表面1， 基片间隙控制在0.2mm内， 铺贴 完毕后， 再次打真空袋定型 ； 0031 复合材料成型 说 明 书 CN 102990990 A 4 3/4 页 5 0032 将预定型铺放在 RTM 模具中， 注射双马来酰亚胺树脂。注射完毕后， 按照 130， 2h-150， 2h-180， 2h-200， 10h 工艺固化后得到具有鳞状表面示踪层的复合材料层 合板。。
13、 0033 上述陶瓷基片 2 的形状是正方形、 长方形、 三角形、 梯形或六角形。 0034 然后， 按 SACMA SRM 2-88 标准对复合材料进行冲击后压缩强度 （CAI） 测试， 冲击 能量为 6.67J/mm， 冲击后， 层合板表面受冲击的陶瓷基片 2 破损后残缺， 周边陶瓷基片 2 未 发生破坏。受冲击区域与陶瓷基片 2 的损伤区域相符， 且受损区域容易被观察到， 达到目视 可检技术判断的要求。 0035 实施例 3 0036 本发明技术方案按以下步骤进行 ： 0037 制备陶瓷基片 0038 采用钛酸钡材料制备陶瓷基片 2， 陶瓷基片 2 的厚度为 0.25mm， 尺寸为 70。
14、0mm2； 0039 复合材料预浸料铺层 0040 将玻璃纤维织物 /AG80 环氧基预浸料按照 45/0/-45/904s 铺层铺贴层合板， 铺 贴完毕后， 将陶瓷基片2铺贴于复合材料表面1， 陶瓷基片2间隙控制在0.2mm内， 铺贴完毕 后， 封装 ； 0041 复合材料成型 0042 在热压罐中按照 130， 30min-180， 2h-200， 2h 工艺固化后得到具有鳞状 表面示踪层的复合材料层合板。 0043 上述陶瓷基片 2 的形状是正方形、 长方形、 三角形、 梯形或六角形。 0044 然后， 按 SACMA SRM 2-88 标准对复合材料进行冲击后压缩强度 （CAI） 测试。
15、， 冲击 能量为 6.67J/mm， 冲击后， 层合板表面受冲击的陶瓷基片 2 内部产生裂纹并与周边的陶瓷 基片 2 间隙扩大， 周边陶瓷基片 2 未发生破坏。受冲击区域与陶瓷基片 2 的损伤区域相符， 且受损区域容易被观察到， 达到目视可检技术判断的要求。 0045 实施例 4 0046 本发明技术方案按以下步骤进行 ： 0047 制备陶瓷基片 0048 采用碳化硅材料制备陶瓷基片 2， 陶瓷基片 2 的厚度为 0.4mm， 尺寸为 2000mm2； 0049 复合材料预浸料铺层 0050 T800 单向碳纤维织物按照 45/0/-45/903s铺层铺贴层合板， 铺贴完毕后， 打真空 袋加热。
16、定型。 定型后， 将陶瓷基片2铺贴于复合材料表面1， 基片间隙控制在0.2mm内， 铺贴 完毕后， 再次打真空袋定型 ； 0051 复合材料成型 0052 将预定型铺放在 VARI 模具中， 注射双马来酰亚胺树脂。注射苯并噁嗪树脂。注射 完毕后， 按照 180， 2h-200， 2h 工艺固化后得到具有鳞状表面示踪层的复合材料层合 板。 0053 上述陶瓷基片 2 的形状是正方形、 长方形、 三角形、 梯形或六角形。 0054 然后， 按 SACMA SRM 2-88 标准对复合材料进行冲击后压缩强度 （CAI） 测试， 冲击 能量为 6.67J/mm， 冲击后， 层合板表面受冲击的陶瓷基片 。
17、2 破损后残缺， 周边陶瓷基片 2 未 说 明 书 CN 102990990 A 5 4/4 页 6 发生破坏。受冲击区域与陶瓷基片 2 的损伤区域相符， 且受损区域容易被观察到， 达到目视 可检技术判断的要求。 0055 实施例 5 0056 本发明技术方案按以下步骤进行 ： 0057 制备陶瓷基片 0058 采用氧化铝材料制备陶瓷基片 2， 陶瓷基片 2 的厚度为 0.3mm， 尺寸为 1000mm2； 0059 复合材料预浸料铺层 0060 T300 碳纤维平纹织物按照 （45/-45） /（0/90） 4s铺层铺贴层合板， 铺贴完毕后， 打真空袋加热定型。定型后， 将陶瓷基片 2 铺贴。
18、于复合材料表面 1， 基片间隙控制在 0.2mm 内， 铺贴完毕后， 再次打真空袋定型 ； 0061 复合材料成型 0062 将预定型封装在 RFI 模具中， 树脂体系为环氧树脂。在热压罐中按照 180， 2h-200， 2h 艺固化后得到具有鳞状表面示踪层的复合材料层合板。 0063 上述陶瓷基片 2 的形状是正方形、 长方形、 三角形、 梯形或六角形。 0064 然后， 按 SACMA SRM 2-88 标准对复合材料进行冲击后压缩强度 （CAI） 测试， 冲击 能量为 6.67J/mm， 冲击后， 层合板表面受冲击的陶瓷基片 2 产生裂纹， 周边陶瓷基片 2 未发 生破坏。受冲击区域与陶。
19、瓷基片 2 的损伤区域相符， 且受损区域容易被观察到， 达到目视可 检技术判断的要求。 0065 实施例 6 0066 本发明技术方案按以下步骤进行 ： 0067 制备陶瓷基片 0068 采用氧化锆材料制备陶瓷基片 2， 陶瓷基片 2 的厚度为 0.25mm， 尺寸为 500mm2； 0069 复合材料预浸料铺层 0070 将 IM7/AG80 环氧基碳纤维预浸料按照 45/0/-45/904s铺层铺贴层合板， 铺贴完 毕后， 将陶瓷基片 2 铺贴于复合材料表面 1， 陶瓷基片 2 间隙控制在 0.2mm 内， 铺贴完毕后， 封装 ； 0071 复合材料成型 0072 将 封 装 好 的 预 。
20、浸 料 放 模 压 工 装 内， 在 压 机 上 加 压 1.0MPa， 按 照 130 ， 30min-180， 2h-200， 2h 工艺固化， 脱模得到具有鳞状表面示踪层的复合材料层合板。 0073 上述陶瓷基片 2 的形状是正方形、 长方形、 三角形、 梯形或六角形。 0074 然后， 按 SACMA SRM 2-88 标准对复合材料进行冲击后压缩强度 （CAI） 测试， 冲击 能量为 6.67J/mm， 冲击后， 层合板表面受冲击的陶瓷基片 2 产生裂纹， 周边陶瓷基片 2 未发 生破坏。受冲击区域与陶瓷基片 2 的损伤区域相符， 且受损区域容易被观察到， 达到目视可 检技术判断的要求。 0075 与现有技术相比， 本发明将目视可检对象从不易观察的复合材料表面凹坑转变为 容易观察到的复合材料表层陶瓷基片的状态变化， 这些状态变化主要表现为陶瓷基片发生 脱落、 单个陶瓷基片破损、 单个陶瓷基片内产生裂纹等现象， 这些现象容易被观察到， 达到 了复合材料受到冲击后目视可检技术判断的要求。 说 明 书 CN 102990990 A 6 1/1 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 102990990 A 7 。