結(jié)構(gòu)阻尼混雜復(fù)合材料研究進(jìn)展

馬緒強(qiáng) 蘇正濤

（中國(guó)航發(fā)北京航空材料研究院，減振降噪材料及應(yīng)用技術(shù)航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100095）

0 引言

纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料具有比強(qiáng)度比模量高、可設(shè)計(jì)性好、易于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能一體化等優(yōu)勢(shì)已經(jīng)在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用［1］。航空航天飛行器在服役過(guò)程中會(huì)經(jīng)受周期性疲勞載荷作用，振動(dòng)引起結(jié)構(gòu)錯(cuò)位、失穩(wěn)乃至破壞嚴(yán)重影響飛行器的安全性與可靠性。在航空航天領(lǐng)域，以碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基體為代表的先進(jìn)復(fù)合材料制件多為高剛度薄壁結(jié)構(gòu)，其力學(xué)承載能力較好但阻尼減振性能較弱。因此需要開(kāi)展復(fù)合材料結(jié)構(gòu)阻尼設(shè)計(jì)，提高減振吸能水平、增強(qiáng)服役穩(wěn)定性、延長(zhǎng)部件壽命。

目前常用阻尼減振方法包含主動(dòng)式與被動(dòng)式兩種［2］。主動(dòng)阻尼減振主要由感應(yīng)器振動(dòng)狀態(tài)采集、信號(hào)轉(zhuǎn)換處理及作動(dòng)器調(diào)節(jié)抑振等模塊組成，可根據(jù)振動(dòng)狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)并抑制振動(dòng)。但系統(tǒng)復(fù)雜、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)也制約了其大規(guī)模應(yīng)用。在結(jié)構(gòu)表面依次貼覆黏彈性阻尼材料和剛性約束材料，通過(guò)黏彈性阻尼層變形實(shí)現(xiàn)能量耗散是較為常用的被動(dòng)阻尼減振方法，然而大面積使用引起的結(jié)構(gòu)增重也會(huì)對(duì)飛行器整體性能產(chǎn)生負(fù)面影響。

通過(guò)組分及結(jié)構(gòu)混雜，發(fā)揮混雜復(fù)合材料不同組分之間的協(xié)同作用，輔以合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可規(guī)避各組分材料弱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)承載和阻尼減振性能的最優(yōu)化［3］。因此開(kāi)發(fā)新型結(jié)構(gòu)阻尼一體化混雜復(fù)合材料是現(xiàn)階段纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料發(fā)展的重要方向之一。本文基于微納顆?；祀s、層內(nèi)編織混雜、層間鋪層混雜和插層結(jié)構(gòu)混雜四個(gè)方面對(duì)結(jié)構(gòu)阻尼混雜復(fù)合材料的阻尼減振性能進(jìn)行詳細(xì)研究分析，以期對(duì)結(jié)構(gòu)阻尼混雜復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用有所啟示。

1 微納顆?；祀s復(fù)合材料

1.1 微納顆粒/基體混雜改性

微納顆粒具有比表面積大的特點(diǎn)，其均勻分散到樹(shù)脂基體所形成的界面可有效耗散振動(dòng)能量，提高復(fù)合材料阻尼減振特性。目前常用微納顆粒有碳納米管、石墨烯及納米黏土、納米二氧化硅等無(wú)機(jī)填料。

1.1.1 碳納米管及石墨烯

RASANA等［4］研究表明，混雜3%（w）多壁碳納米管的玻璃纖維聚丙烯復(fù)合材料儲(chǔ)能模量和損耗模量均有較明顯提高，這歸因于碳納米管與樹(shù)脂基體之間良好的粘結(jié)。由于樹(shù)脂分子鏈對(duì)纖維及碳納米管等宏微觀增強(qiáng)填料纏結(jié)密度升高，損耗因子下降。而當(dāng)含量高于3%（w）時(shí)，碳納米管發(fā)生團(tuán)聚損耗因子略有上升，如圖1所示。

圖1 多壁碳納米管在聚丙烯基體中分布及其分別與纖維、樹(shù)脂基體相互作用示意圖［4］Fig.1 Schematic of MWCNTs dispersion and the interaction with polypropylene（PP）matrix and glass fiber，respectively［4］

KIM 等［5］發(fā)現(xiàn)在碳纖維編織環(huán)氧復(fù)合材料中加入碳納米管后第一、二階模態(tài)固有頻率基本未發(fā)生變化，阻尼比有不同程度提高。當(dāng)碳納米管在7wt%時(shí)，第一、二階模態(tài)阻尼比分別提高了12.3%和16.1%。這與文獻(xiàn)［6］中加入碳納米管復(fù)合材料在高階模態(tài)時(shí)阻尼比提高較多的結(jié)論一致。TEHRANI等［7］將2%（w）多壁碳納米管加入碳纖維織物環(huán)氧復(fù)合材料樹(shù)脂基體中。在1～52 Hz 頻率范圍內(nèi)復(fù)合材料平均損耗因子提高了25.8%，儲(chǔ)能模量未發(fā)生明顯變化。KHAN 等［8］發(fā)現(xiàn)隨碳納米管含量增加，碳納米管/碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂混雜復(fù)合材料第一、二階模態(tài)阻尼比上升。DEVALVE 等［9］探討了不同質(zhì)量質(zhì)量分?jǐn)?shù)和種類碳納米管對(duì)碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料阻尼性能的影響。動(dòng)態(tài)力學(xué)結(jié)果可見(jiàn)混雜2%（w）單壁碳納米管時(shí)復(fù)合材料損耗因子提高了133%。針對(duì)不同鋪層順序的復(fù)合材料層板，ALNEFAIE 等［10］在單向及準(zhǔn)各向玻璃纖維復(fù)合材料中加入碳納米管后其固有頻率分別提高了9%和8.8%。KIM 等［11］發(fā)現(xiàn)由于吸濕后環(huán)氧樹(shù)脂基體膨脹，導(dǎo)致其與玄武巖纖維、碳納米管之間界面弱化，碳納米管/玄武巖纖維/環(huán)氧樹(shù)脂混雜復(fù)合材料阻尼比提高了50%。ADAK等［12］證實(shí)聚乙烯亞胺官能化氧化石墨烯加入碳纖維/環(huán)氧混雜復(fù)合材料后儲(chǔ)能模量、損耗模量和損耗因子均呈提高趨勢(shì)，其中官能化氧化石墨烯在0.3wt%時(shí)有最優(yōu)值。

1.1.2 無(wú)機(jī)填料

RAJINI等［13］證實(shí)椰子殼纖維聚酯復(fù)合材料加入有機(jī)改性蒙脫土納米填料后儲(chǔ)能模量和損耗模量均有所提高，但損耗因子下降。在填料2%（w）時(shí)儲(chǔ)能模量和損耗模量提高最為明顯。KHAN 等［14］分別把有機(jī)改性蒙脫土、蒙脫土和纖維素納米纖維加入洋麻纖維環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料中。其中有機(jī)改性蒙脫土混雜復(fù)合材料儲(chǔ)能和損耗模量最高、損耗因子最低。UTHAYAKUMAR 等［15］考查了紅泥粒徑和含量對(duì)香蕉纖維聚酯復(fù)合材料自由振動(dòng)性能的影響。添加8%（w）、6 μm 粒徑紅泥顆粒時(shí)固有頻率和阻尼因子均取得最大值。KHASHABA 等［16］研究表明混雜氧化鋁納米顆粒后，準(zhǔn)各向和單向玻璃纖維環(huán)氧混雜復(fù)合材料阻尼比分別提高了62%和60%。

ALSAADI 等［17］研究表明在碳纖/凱夫拉纖維環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料中混雜納米二氧化硅可使固有頻率有不同程度升高，其中0.5%（w）時(shí)固有頻率最高，阻尼比最小，但阻尼比隨著納米二氧化硅含量升高而升高。動(dòng)態(tài)力學(xué)測(cè)試顯示儲(chǔ)能模量和損耗模量在0.5%（w）時(shí)最高。此外受二氧化硅納米顆粒團(tuán)聚的影響，儲(chǔ)能模量隨二氧化硅含量增高而下降。文獻(xiàn)［18］探討了納米二氧化硅含量、尺寸等因素對(duì)碳纖維樹(shù)脂基復(fù)合材料儲(chǔ)能模量和損耗模量的影響。HUANG 等［19］發(fā)現(xiàn)在二氧化硅納米顆粒與橡膠顆粒的協(xié)同作用下，玻璃纖維環(huán)氧混雜復(fù)合材料的阻尼性能提高，同時(shí)納米二氧化硅補(bǔ)償了柔性橡膠顆粒加入引起的層板彎曲剛度等力學(xué)性能的下降。

由于不同納米顆粒對(duì)復(fù)合材料阻尼及力學(xué)承載性能影響存在差異，采用剛度增強(qiáng)效果較好和阻尼性能提升較大的填料混配使用可同時(shí)提高混雜復(fù)合材料的阻尼和力學(xué)承載性能。例如文獻(xiàn)［2］將埃洛石納米管與納米粘土混配后分散于碳纖維鋪層間，不僅彎曲強(qiáng)度和模量略有上升，而且損耗模量提高了96%。

總之，當(dāng)納米顆粒添加到樹(shù)脂基體中后，在小應(yīng)變情況下納米顆粒間的摩擦作用是體系能量耗散的主要方式，此時(shí)阻尼性能隨著納米顆粒含量增加而提高。當(dāng)應(yīng)變量足夠大超過(guò)納米顆粒與樹(shù)脂基體間滑移應(yīng)變閾值時(shí)，納米顆粒與樹(shù)脂基體間、納米顆粒之間的滑移摩擦作用均會(huì)對(duì)阻尼性能起重要影響。此外在載荷方向上納米顆粒引起的基體局部應(yīng)力集中乃至基體撕裂也是納米復(fù)合材料能量阻尼耗散的重要方式［20］。

1.2 微納顆粒纖維改性

盡管在樹(shù)脂基體中混雜微納顆粒較為簡(jiǎn)單易行，但隨著微納顆粒含量增加，樹(shù)脂黏度迅速升高加劇了樹(shù)脂對(duì)纖維浸滲的難度，易產(chǎn)生孔隙、分層等缺陷。高含量納米顆粒造成團(tuán)聚是復(fù)合材料體系潛在的應(yīng)力集中點(diǎn)。這些都會(huì)影響復(fù)合材料的力學(xué)承載能力。因此通過(guò)合理控制和優(yōu)化，在影響復(fù)合材料阻尼特性的關(guān)鍵位置（如纖維/樹(shù)脂界面）有針對(duì)性的施加高含量非團(tuán)聚微納顆粒顯得尤為重要。

現(xiàn)階段在纖維表面“生長(zhǎng)”或涂覆微納結(jié)構(gòu)的方法得到了眾多學(xué)者的關(guān)注。MOHAMMAD 等［21］在碳纖維織物表面“生長(zhǎng)”氧化鋅納米線陣列，通過(guò)控制氧化鋅納米線長(zhǎng)徑比調(diào)節(jié)碳纖維復(fù)合材料阻尼性能（圖2）。研究結(jié)果表明隨著氧化鋅納米線長(zhǎng)徑比減小阻尼性能呈上升趨勢(shì)。在低長(zhǎng)徑比時(shí)復(fù)合材料損耗因子提高了209.5%。

圖2 碳纖維表面“生長(zhǎng)”氧化鋅納米線陣列示意圖及低、中、高長(zhǎng)徑比氧化鋅納米線實(shí)物圖［21］Fig.2 Schematic of aligned ZnO nanowires in carbon fibers and micrographs of ZnO nanowires with low，intermediate and high aspect ratios［21］

為避免氣相沉積生長(zhǎng)碳納米管過(guò)程中高溫對(duì)碳纖維性能損傷，TEHRANI 等［22］采用處理溫度較低的合成技術(shù)在碳纖維表面生長(zhǎng)碳納米管。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)碳纖維表面生長(zhǎng)0.05%（w）的碳納米管時(shí)，混雜復(fù)合材料損耗因子提高了56%。與直接在基體中混雜1.0%（w）碳納米管僅有15%的阻尼性能提升相比，性能改善效果更為明顯［8］。此外文獻(xiàn)［23］中在碳纖維表面依次鍍層聚偏二氟乙烯和聚多巴胺后，碳纖維編織環(huán)氧復(fù)合材料在較低溫度和小應(yīng)變條件下?lián)p耗因子提高了約160%。

2 層內(nèi)編織混雜復(fù)合材料

纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異、織物編織形式不同、經(jīng)緯向紗線線密度、加捻與否等都會(huì)影響復(fù)合材料阻尼特性。織物內(nèi)部經(jīng)緯向分別采用不同種類纖維紗混雜編織發(fā)揮不同纖維吸能減振優(yōu)勢(shì)是實(shí)現(xiàn)混雜復(fù)合材料阻尼性能提高的重要手段。由于植物纖維具有多層級(jí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、吸能減振性能較好的特點(diǎn)，眾多學(xué)者對(duì)傳統(tǒng)無(wú)機(jī)或有機(jī)纖維與綠色環(huán)保植物纖維之間混編織物復(fù)合材料阻尼性能展開(kāi)了研究。

2.1 無(wú)機(jī)纖維/有機(jī)纖維層內(nèi)混編

ALLEN［24］發(fā)現(xiàn)比例50/50 混編碳纖維/芳綸纖維織物復(fù)合材料阻尼性能為純碳纖維層板的2.5倍，且高于其他混編比例的碳纖維/玻璃纖維混雜復(fù)合材料。OUARHIM 等［25］研究表明黃麻/玻璃纖維混編平紋布聚酯復(fù)合材料損耗因子與復(fù)數(shù)模量均居于黃麻纖維、玻璃纖維復(fù)合材料之間，且更靠近玻璃纖維聚酯復(fù)合材料。RAJESH 等［26］證實(shí)相比單一玻璃纖維或黃麻纖維席紋織物，當(dāng)經(jīng)向?yàn)椴ＡЮw維、緯向?yàn)辄S麻纖維與香蕉纖維混雜時(shí)聚酯復(fù)合材料有較好的阻尼特性。這與文獻(xiàn)［27］中亞麻纖維/玄武巖纖維混編織物增強(qiáng)生物質(zhì)復(fù)合材料動(dòng)態(tài)力學(xué)結(jié)果一致。

2.2 植物纖維層內(nèi)混編

在植物纖維混雜編織體系中，模態(tài)分析表明經(jīng)緯向均為黃麻纖維和香蕉纖維混編紗的席紋織物聚酯復(fù)合材料固有頻率較高，而經(jīng)向?yàn)橄憬独w維緯向?yàn)辄S麻纖維的浮松織物聚酯復(fù)合材料損耗因子較大［28］。文獻(xiàn)［29］還探討了軸向壓縮載荷條件下不同編織方式黃麻纖維/香蕉纖維混編復(fù)合材料的自由振動(dòng)行為。結(jié)果表明在試樣屈曲前后，混編復(fù)合材料固有頻率隨壓縮載荷增加先降低、后上升，而模態(tài)阻尼因子變化趨勢(shì)與固有頻率相反。由于香蕉纖維力學(xué)承載能力較弱，黃麻纖維和香蕉纖維混編織席紋織物復(fù)合材料固有頻率最低。

3 層間鋪層混雜復(fù)合材料

3.1 鋪層占比、角度、順序影響

在芳綸纖維/玻璃纖維［30］、玄武巖纖維/碳纖維［31］、亞麻纖維/玻璃纖維及黃麻纖維/玻璃纖［32］等不同鋪層混雜體系中，隨著阻尼性能較好的纖維鋪層占比增加，混雜鋪層復(fù)合材料的阻尼比呈上升趨勢(shì)，而力學(xué)承載性能往往發(fā)生下降。例如隨著芳綸纖維鋪層占比由20%提高到80%，芳綸纖維/玻璃纖維混雜鋪層復(fù)合材料阻尼比由0.043提升至0.076［30］。

在鋪層角度方面，BEN 等研究表明［F2/C］S和［F/C2］S（F：亞麻纖維，C：碳纖維）鋪層混雜復(fù)合材料在鋪層角度為75°時(shí)有最大損耗因子，而［C2/F］S和［C/F2］S鋪層在45°時(shí)有最大損耗因子［33］。

從鋪層順序看，當(dāng)亞麻纖維置于碳纖維/亞麻纖維混雜鋪層表面時(shí)，阻尼性能有最大值，但力學(xué)承載性能有較大幅度降低［34-35］。玻璃纖維層（G）置于鋪層表面，碳纖維芳綸纖維混編纖維層（CA）居于中間的［G3CA1］S混雜鋪層復(fù)合材料有最高阻尼比［36］。由上可見(jiàn)當(dāng)阻尼性能較好纖維鋪層置于混雜鋪層表面時(shí)混雜復(fù)合材料阻尼性能較高，但力學(xué)性能下降也較為嚴(yán)重。研究表明通過(guò)合理鋪層設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)兩者的平衡。如經(jīng)鋪層優(yōu)化后，［C/F/C］S（C：碳纖維，F(xiàn)：亞麻纖維）混雜鋪層復(fù)合材料阻尼性能相比純碳纖維層板提高了15%，但是彎曲模量等力學(xué)性能并未降低［34］。而［KKCK］（K：凱夫拉纖維，C：椰子鞘纖維）混雜鋪層復(fù)合材料儲(chǔ)能模量和損耗模量均高于［K4］鋪層凱夫拉纖維復(fù)合材料。作者認(rèn)為［KKCK］混雜鋪層復(fù)合材料有望在一些結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)對(duì)凱夫拉纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的低成本替代［37］。

3.2 工藝及環(huán)境因素影響

成型工藝參數(shù)及材料老化處理也是決定鋪層混雜復(fù)合材料動(dòng)態(tài)力學(xué)特性的關(guān)鍵因素。ASHWORTH 等［38］考察了樹(shù)脂傳遞模塑工藝中不同注射壓力對(duì)［C/J/J/J/C］（J：黃麻纖維，C：碳纖維）混雜鋪層環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料阻尼行為的影響。結(jié)果表明在較小應(yīng)變（10-4）條件下，上述鋪層混雜復(fù)合材料損耗因子隨注射壓力升高而下降。在400和800 kPa注射壓力下，混雜復(fù)合材料損耗因子分別為0.012 3 和0.011 2，均高于純碳纖維復(fù)合材料0.002 4的損耗因子。FIORE 等［39］探討了［BF4］S（F：亞麻纖維，B：玄武巖纖維）混雜鋪層環(huán)氧復(fù)合材料在干態(tài)及不同時(shí)長(zhǎng)鹽霧老化處理后的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為。經(jīng)鹽霧老化后混雜鋪層復(fù)合材料儲(chǔ)能模量有所下降，但受不同鹽霧老化時(shí)間影響較小。損耗因子呈現(xiàn)明顯的三特征峰曲線。

4 插層結(jié)構(gòu)混雜復(fù)合材料

區(qū)別于傳統(tǒng)約束阻尼在剛性結(jié)構(gòu)表面貼覆黏彈性約束層，在復(fù)合材料鋪層中插入橡膠等黏彈性材料、納米織物和碳納米管薄層等高阻尼插層是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)阻尼一體化的重要方式。

4.1 黏彈阻尼層

ASSARAR 等［40］在碳纖維（C）、亞麻纖維（F）層板中插入乙烯-醋酸乙烯共聚物黏彈層（V）。［F/V/C］和［F/V/C/V/F］兩種插層混雜復(fù)合材料固有頻率變化不大，但各模態(tài)阻尼系數(shù)有28%～117%的提高。ZHENG 等［41］將黏彈阻尼層置于預(yù)浸料鋪層中性面處，發(fā)現(xiàn)當(dāng)阻尼層厚度為0.4 mm 時(shí)，共固化復(fù)合材料層板的損耗因子最高。而隨著黏彈阻尼層厚度增加損耗因子下降。LIEBIG 等［42］在碳纖維/鋁板混雜復(fù)合材料界面間引入橡膠黏彈層。隨黏彈層厚度增加及模量提高，插層結(jié)構(gòu)混雜復(fù)合材料阻尼性能提高，基頻未發(fā)生變化，但第二模態(tài)固有頻率在厚度增加時(shí)向高頻移動(dòng)，模量降低時(shí)發(fā)生低頻頻移。YANG等［43］發(fā)現(xiàn)在夾層結(jié)構(gòu)面板中引入阻尼層或芯層中填充聚氨酯泡沫均能提高碳纖維面板/金字塔形柵格夾芯結(jié)構(gòu)阻尼性能，其中采用芯層填充聚氨酯泡沫可在較少的結(jié)構(gòu)增重下獲得較高的阻尼性能。

4.2 納米無(wú)紡布

GARCIA［44］和BEYLERGIL［45］分別在玻璃纖維和碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料中插入納米尼龍無(wú)紡布，結(jié)果顯示插層復(fù)合材料阻尼性能均有不同程度提高，試樣剛度基本保持不變。NI 等［46］在碳纖維復(fù)合材料中插入芳綸纖維無(wú)紡布，結(jié)果發(fā)現(xiàn)插入無(wú)紡布后，混雜復(fù)合材料損耗因子相比碳纖維復(fù)合材料均有不同程度提高。當(dāng)插入七層芳綸纖維無(wú)紡布時(shí)，其損耗因子是碳纖維復(fù)合材料的1.56倍。此后該作者在碳纖維/雙馬來(lái)酰亞胺體系中插入負(fù)載半結(jié)晶聚偏二氟乙烯的芳綸無(wú)紡布，其損耗因子和彎曲模量分別有108%和2.72%的提高，均優(yōu)于單獨(dú)使用芳綸纖維無(wú)紡布或聚偏二氟乙烯薄膜插層時(shí)。這歸因于在芳綸纖維無(wú)紡布和聚偏二氟乙烯協(xié)同作用下碳纖維鋪層間形成連續(xù)互穿的多相結(jié)構(gòu)有關(guān)［47］。此外在尼龍無(wú)紡布上分別負(fù)載聚偏二氟乙烯和納米碳纖維也能顯著提高碳纖維環(huán)氧復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量和損耗因子［48］。

4.3 碳納米管薄層

LI 等［49］將2 和25 μm 厚的碳納米管薄膜置于碳纖維環(huán)氧預(yù)浸料之間（圖3）。結(jié)果表明插入2 μm 和25 μm 碳納米管膜后復(fù)合材料的阻尼比相比未添加時(shí)分別高出兩個(gè)和一個(gè)數(shù)量級(jí)。作者認(rèn)為這是由于碳納米管具有大的比表面積，有利于在碳納米管與環(huán)氧樹(shù)脂基體間形成界面實(shí)現(xiàn)能量彌散。而具有超薄結(jié)構(gòu)的2 μm 厚碳納米管膜能更有效實(shí)現(xiàn)載荷在宏微觀增強(qiáng)材料界面之間傳遞，阻尼性能更為優(yōu)異。SHARMA 等［50］將碳納米管紙引入凱夫拉纖維鋪層間。巴基紙強(qiáng)化了凱夫拉纖維層間結(jié)構(gòu)連接和應(yīng)力傳遞，提高了復(fù)合材料的彈性模量。同時(shí)巴基紙不僅限制了樹(shù)脂分子鏈的運(yùn)動(dòng)，其高比表面積也增加了凱夫拉纖維層間的粘結(jié)作用，因此損耗因子有所下降。

圖3 碳納米管膜掃描電鏡表面形貌圖及2和25 μm厚碳納米管膜/碳纖維混雜復(fù)合材料示意圖［49］Fig.3 Scanning electron microscope image of CNT film and schematic of hybrid carbon fiber composites with 2 μm ultrathin and 25 μm thick CNT film［49］

5 結(jié)束語(yǔ)

為提高微納混雜復(fù)合材料體系阻尼特性，在樹(shù)脂基體中添加高含量微納顆粒時(shí)易造成樹(shù)脂黏度升高，工藝適用性下降，導(dǎo)致纖維樹(shù)脂界面浸漬不良，局部產(chǎn)生孔隙或脫粘分層等缺陷。而微納顆粒高比表面積引起的團(tuán)聚效應(yīng)也是誘發(fā)材料失效破壞的薄弱環(huán)節(jié)。這都不利于提高微納混雜復(fù)合材料體系的整體性能。纖維表面“生長(zhǎng)”微納結(jié)構(gòu)所存在的設(shè)備投資大、微觀結(jié)構(gòu)控制技術(shù)要求高、效率較低等問(wèn)題也是阻礙大批量應(yīng)用的難點(diǎn)。因此實(shí)現(xiàn)低成本高效率高含量微納顆粒在基體樹(shù)脂中的分散、提高局部微納結(jié)構(gòu)的可設(shè)計(jì)性和制造的可達(dá)性是微納顆?；祀s復(fù)合材料工程化應(yīng)用需要解決的重要問(wèn)題。

在結(jié)構(gòu)阻尼混雜復(fù)合材料體系中，受各組分材料表面特性差異的影響，與同一樹(shù)脂體系的粘結(jié)強(qiáng)度存在不同。例如芳綸纖維表面惰性較大與樹(shù)脂親和力較弱，植物纖維親水性表面與傳統(tǒng)樹(shù)脂體系疏水性的矛盾，黏彈性插層與樹(shù)脂的粘結(jié)較弱的問(wèn)題。這就要求在樹(shù)脂開(kāi)發(fā)選用時(shí)需充分考慮其與混雜體系中不同組分的相容性。避免不良界面對(duì)混雜復(fù)合材料綜合性能的負(fù)面影響。

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在實(shí)際服役過(guò)程中往往要經(jīng)歷高低溫極端溫度、潮濕環(huán)境循環(huán)變化等濕熱沖擊及周期性疲勞載荷作用等復(fù)雜工況條件。目前結(jié)構(gòu)阻尼一體化混雜復(fù)合材料的研究還處在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證階段，缺乏真實(shí)服役狀態(tài)下性能數(shù)據(jù)的積累和性能考核驗(yàn)證。因此有必要開(kāi)展從材料、元件到構(gòu)件的多級(jí)評(píng)價(jià)驗(yàn)證工作，確保混雜復(fù)合材料體系使用的可靠性。

相信隨著設(shè)計(jì)水平的提高、材料綜合性能的進(jìn)步、可靠性評(píng)價(jià)驗(yàn)證體系的完善，結(jié)構(gòu)阻尼一體化混雜復(fù)合材料必將得到更多的應(yīng)用。