嵌入式共固化阻尼复合材料T型加筋板的制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及嵌入式共固化阻尼复合材料T型加筋板的制作工艺，主要包括：首先制作阻尼胶浆，通过双面刷涂法将阻尼胶浆涂在复合材料预浸料上制成阻尼复合材料面板预成形体；同时设计长方体模具并在其上铺设阻尼复合材料预浸料，制成复合材料筋条预成形体；再将另一复合材料预浸料铺设在平面模具上，制成复合材料筋板下缘预成形体。将阻尼复合材料面板、筋条、筋板下缘的预成形体进行固化和共固化，最后将T型筋和筋板下缘粘接到阻尼复合材料面板上，得到嵌入式共固化阻尼复合材料T型加筋板。避免了直接铺设T型筋过程中产生的形变，影响T型筋的形状，降低制作过程的难度，提高了工件制作的可行性与工艺稳定性，保证了加工质量。

Fabrication Technology of Embedded Co-curing Damping Composite T-stiffened Plate

The invention relates to the manufacturing process of embedded co-curing damping composite T-type stiffened plate, which mainly includes: firstly, making damping mortar, coating damping mortar on composite preprepreg by double-sided brushing method to make a damping composite panel preform; at the same time, designing a cuboid die and laying a damping composite prepreg on it to make a composite rib preform; Then another composite prepreg was laid on the plane die to form the preform of the lower edge of the composite rib. Firstly, the preforms of damped composite panels, ribs and lower edges of ribs are cured and co-cured. Finally, T-shaped ribs and lower edges of ribs are bonded to the damped composite panels to obtain embedded co-cured damped composite T-shaped stiffened panels. It avoids the deformation in the process of directly laying T-shaped bars, affects the shape of T-shaped bars, reduces the difficulty of manufacturing process, improves the feasibility and process stability of workpiece manufacturing, and ensures the processing quality.

【技术实现步骤摘要】
嵌入式共固化阻尼复合材料T型加筋板的制备工艺
本专利技术属于阻尼功能复合材料
，具体涉及嵌入式共固化阻尼复合材料T型加筋板的制作工艺。
技术介绍
随着科学技术的发展，人们对材料和结构的性能要求越来越高，不仅要求材料满足力学性能要求，而且还要求其具有特殊的功能。嵌入式共固化阻尼复合材料加筋板(EmbeddedCo-curedDampingCompositeStructurewithStiffenerPlates,ECDCSSP)是在嵌入式共固化阻尼复合材料结构基础上增添了T型加强筋，保留了原有结构高阻尼性能优点的同时能够大幅增强结构整体的弯曲刚度，在航空航天以及船舶工程等诸多领域有着极其广泛的应用，目前国内外对嵌入式共固化阻尼复合材料的研究，其针对的预浸料主要是环氧树脂和双马树脂的纤维预浸料。专利文献CN104004305B公开了一种粘弹性阻尼材料，按质量分数包括以下原材料组分：氟橡胶100份；炭黑30份；三烯丙基异氰脲酸酯14份；硫化剂双-253.8份；N，N’-间苯撑双马来酰亚胺1.5份。该专利技术同时还公开了利用粘弹性阻尼材料制备嵌入式共固化阻尼复合材料的工艺，包括：阻尼材料原胶的制作，粘弹性阻尼薄膜的制作，铺层和构件制作，该工艺制作的嵌入式共固化复合材料结构能够耐烧蚀而且常温情况能够保持高阻尼。另外，虽然郑长升在文章《低温共固化高阻尼复合材料》中公开了酚醛树脂低温共固化工艺，但是，本专利技术认为这种复合材料由于共固化温度比较低，在较高温度情况下长期使用(比如大于90度以上情况下)阻尼材料容易返原老化，而丧失承载能力，从而在一定程度上限制了该种复合材料的使用范围。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术旨在提供嵌入式共固化阻尼复合材料T型加筋板的制备工艺，首先提出了一种适用于制备氨酚醛树脂基的嵌入式共固化阻尼复合材料的粘弹性阻尼材料，这种材料能与复合材料基体直接发生化学反应，产生交联键，使T型加筋板的整体结构层间力学性能和阻尼功能得到加强，在此基础上，本专利技术开发了一套嵌入式共固化阻尼复合材料T型加筋板的制作工艺。本专利技术的工艺方法不仅操作简便易行，而且制作出的嵌入式共固化阻尼复合材料T型加筋板承载能力强、阻尼大、抗弯曲刚度高、能够耐烧蚀而且在较高温度情况下保持高阻尼。本专利技术第一目的，是提供一种氨酚醛树脂基中温共固化的粘弹性阻尼材料及其制备方法。本专利技术第二目的，是提供嵌入式共固化阻尼复合材料T型加筋板的制备工艺。本专利技术第三目的，是提供第二目的中工艺制备的嵌入式共固化阻尼复合材料T型加筋板。本专利技术第四目的，是提供上述氨酚醛树脂基中温共固化的粘弹性阻尼材料及其制备方法和嵌入式共固化阻尼复合材料T型加筋板及制备工艺的应用。为实现上述专利技术目的，具体的，本专利技术公开了下述技术方案：首先，本专利技术公开一种氨酚醛树脂基中温共固化的粘弹性阻尼材料，按质量份计，该粘弹性阻尼材料由以下原料制成：丁腈橡胶90～95份；氯丁橡胶5～10份；氧化锌4～6份；氧化镁3.5～4.5份；硬脂酸0.8～1.2份；炭黑38～42份；防老剂RD1～1.5份；抗氧剂10100.5～1份；SP1045树脂3～6份；硫磺0.8～1.2份。其次，本专利技术公开上述粘弹性阻尼材料的制备方法，该方法包括以下步骤：粘弹性阻尼材料，按质量份计：丁腈橡胶93份；氯丁橡胶7份；氧化锌4.5份；氧化镁4份；硬脂酸1.2份；炭黑40份；防老剂RD1.2份；抗氧剂10100.8份；SP1045树脂5份；硫磺1份。1)原胶的塑炼：先将丁腈橡胶和氯丁橡胶放入双辊开炼机中进行塑炼，然后减小辊距对丁腈橡胶和氯丁橡胶进行薄通，得到塑性胶；2)塑性胶的混炼：先对塑性胶进行薄通，使丁腈橡胶和氯丁橡胶混炼均匀，依次加入氧化锌、氧化镁、硬脂酸、防老剂RD、抗氧剂1010，炭黑分多次加入混炼；最后加硫磺、SP1045树脂进行混炼，即得粘弹性阻尼材料。所述步骤1)中，具体的步骤方法如下：首先将丁腈橡胶和氯丁橡胶放入双辊开炼机中进行塑炼，依靠两个辊筒的剪切力将原胶的长分子链扯开，使其获得一定的塑性，然后减小辊距将其薄通3-5次。所述步骤2)中，具体的步骤方法如下：先将塑性胶薄通数遍使丁腈橡胶和氯丁橡胶混炼均匀，再依据双辊开炼机辊筒间的胶量，调整加大辊距1-3mm，依次加入氧化锌、氧化镁、硬脂酸、防老剂RD、抗氧剂1010，炭黑分多次加入混炼；最后加硫磺、SP1045树脂进行混炼，每加一次配料左右来回各割数刀胶使其混炼均匀，炭黑分多次加入混炼；最后加硫磺、SP1045树脂，然后将辊距调至最小，把混炼胶打三角包数次，再将辊距调至1-2mm，将胶料打卷去除胶料表面的气泡，最后下片制得混炼均匀的粘弹性阻尼材料。本专利技术提出的粘弹性阻尼材料不仅能够顺利与氨酚醛树脂实现共固化，而且，共固化后得到的复合材料的动力学性能优异。其中，本专利技术中的粘弹性阻尼材料主要是高分子聚合物，它特有的粘弹性会使其在交变应力下形变落后于应力，发生滞后而形成阻尼。粘弹性阻尼材料作为嵌入式共固化复合材料结构中的一层，必须要与其相邻的上下复合材料层牢固地连接起来，在宏观角度上就是粘弹性阻尼材料在硫化时要与复合材料中的树脂发生物理溶合和化学反应，粘弹性阻尼材料的硫化条件要与复合材料的固化条件基本一致，在微观角度上让界面形成互穿网络结构(InterpenetratingPolymerNetwork，IPN)；只有这样，才能使粘弹性阻尼材料和复合材料预浸料共固化，使粘弹性阻尼材料的分子官能团与树脂分子的官能团发生交联反应，粘弹性阻尼材料通过分子化学键“长”在基体树脂上，从而起到提高整体结构动力学性能的作用，最终制成氨酚醛树脂基中温共固化的嵌入式大阻尼复合材料构件。丁腈橡胶(NBR)是由丁二烯与丙烯腈共聚而制得的一种合成橡胶，丁二烯决定了其含有双键，易发生加成反应，丙烯腈中含有氰基，含量越高极性越强，耐油性愈好，且拉伸性能越高，硫化速度加快；此外由于氰基位于丁腈橡胶的侧链上，这就决定了丁腈橡胶分子链的柔顺性差、链段不易运动，使橡胶高分子在运动时应变滞后于应力，从而具有比较优良的阻尼性能。氯丁橡胶也具有很强的极性，能大大提高层间力学结合性能。因此采用丁腈橡胶和氯丁橡胶作为粘弹性阻尼材料的基础组分。在试验过程中，本公开还采用了丁基橡胶、乙丙橡胶、天然橡胶等以及其中一种或多种的混合物，最终确定丁腈橡胶(NBR)和氯丁橡胶作为粘弹性阻尼材料的基础组分。由于NBR含有活性基团双键和氰基，氨酚醛树脂(PF)含有羟甲基，在共固化时氨酚醛树脂能与丁腈橡胶发生加成反应，同时在硬脂酸(SA)存在的条件下引入部分羧基，所以氨酚醛树脂还能与混炼后的羧基丁腈橡胶发生反应。这一系列的反应使树脂基体可以与粘弹性阻尼材料在165℃下发生化学交联，产生互穿网络结构，提高了复合材料的层间力学性能。优选地，本专利技术采用的氨酚醛树脂(PF)是由氨基苯酚和甲醛缩聚而成，具体分子结构见下列式(1)和(2)，其中R为氨基基团，聚合度(n)为4-12。加入氧化锌(ZnO)与SA可以活化硫化体系，ZnO与SA作用生成锌皂，可以提高氧化锌在NBR中的溶解度，并与SP1045树脂生成在丁腈橡胶和氯丁橡胶中溶解性良好的络合物，活化了硫磺，提高了硫化效率；同时可以提高NBR的硫化密度，Zn本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.嵌入式共固化阻尼复合材料T型加筋板的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，制备粘弹性阻尼材料：1)原料：按质量份计，所述粘弹性阻尼材料由以下原料制成：丁腈橡胶90～95份；氯丁橡胶5～10份；氧化锌4～6份；氧化镁3.5～4.5份；硬脂酸0.8～1.2份；炭黑38～42份；防老剂RD1～1.5份；抗氧剂1010 0.5～1份；SP1045树脂3～6份；硫磺0.8～1.2份；2)将步骤1)中的粘弹性阻尼材料经过塑炼、混炼后得到粘弹性阻尼材料，备用；步骤2，制备T型加筋板：(1)制备阻尼胶浆：将开炼机的辊距调至最小，将前述混炼均匀的粘弹性阻尼材料薄通后出薄片，然后将薄片裁成设定尺寸的碎片；再将混炼胶碎片与有机溶剂按照设定比例混合，搅拌均匀后放在阴凉处密封静置，再搅拌直至混炼胶碎片完全溶解在有机溶剂中，即得阻尼胶浆，备用；(2)制备阻尼复合材料预浸料：刷涂阻尼胶浆前，先将氨酚醛树脂制成的预浸料在室温下停放设定时间，然后将预浸料铺平整，将步骤(1)制备的阻尼胶浆均匀刷涂在预浸料的表面，每次涂刷完成后进行晾干，重复上述过程，阻尼胶浆层总厚度达到要求时停止刷涂，然后将两片预浸料上的涂刷有阻尼胶浆的面相互贴合在一起，制成阻尼复合材料预浸料，备用；(3)制造加强筋模具：将长方体硬质木材切割成设计尺寸，沿两端面处倾斜切开，使之成为两个大小相等梯形楔块模具，然后打磨楔块模具表面，完成后将两个楔块模具沿切面对齐形成长方体形状后，在楔块模具的两端开设穿过两个楔块模具的通孔，完成后通过通孔将两个楔块模具固定，组成一个长方体模具，即得长方体形加强筋模具，备用；(4)制备复合材料预成形体：在步骤(3)的加强筋模具表面刷涂脱模剂，然后缠绕脱模布，完成后，将步骤(2)制备的阻尼复合材料预浸料缠绕到所述脱模布表面，即得复合材料管状预成形体，备用；(5)在平面模具表面上涂脱模剂，然后铺脱模布，完成后将步骤(2)制备的阻尼复合材料预浸料铺设到脱模布上，制成嵌入有阻尼薄膜的复合材料面板预成形体，备用；(6)在平面模具表面上涂脱模剂，然后铺脱模布，完成后将氨酚醛树脂制成的预浸料铺设到脱模布上，制成复合材料筋条下缘预成形体，备用；(7)固化和共固化：将步骤(4)制备的复合材料管状预成形体、步骤(5)制备的嵌入有阻尼薄膜的复合材料面板预成形体以及步骤(6)制备的复合材料筋条下缘预成形体进行热固化和共固化处理，得到相应的半成品；(8)制备L型筋：将步骤(7)最终的复合材料管状半成品脱模，得到管状复合材料结构，再将管状复合材料结构沿对角线切割，即得两个L型筋，备用；(9)制备阻尼复合材料半成品板：将步骤(7)最终的平面模具和嵌入有阻尼薄膜的复合材料面板半成品分离，得到阻尼复合材料半成品板，备用；(10)制备筋条下缘：将步骤(7)最终的平面模具和复合材料筋条下缘半成品分离，得到筋条下缘板，切割后得到筋条下缘，备用；(11)制备T型加筋板：将步骤(8)得到的L型筋和步骤(10)得到的筋条下缘的表面打磨平整，将两个所述的L型筋与筋条下缘共同粘接成T型筋，然后将T型筋粘接到阻尼复合材料半成品的面板上，得到嵌入式共固化阻尼复合材料T型加筋板。...

【技术特征摘要】
1.嵌入式共固化阻尼复合材料T型加筋板的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，制备粘弹性阻尼材料：1)原料：按质量份计，所述粘弹性阻尼材料由以下原料制成：丁腈橡胶90～95份；氯丁橡胶5～10份；氧化锌4～6份；氧化镁3.5～4.5份；硬脂酸0.8～1.2份；炭黑38～42份；防老剂RD1～1.5份；抗氧剂10100.5～1份；SP1045树脂3～6份；硫磺0.8～1.2份；2)将步骤1)中的粘弹性阻尼材料经过塑炼、混炼后得到粘弹性阻尼材料，备用；步骤2，制备T型加筋板：(1)制备阻尼胶浆：将开炼机的辊距调至最小，将前述混炼均匀的粘弹性阻尼材料薄通后出薄片，然后将薄片裁成设定尺寸的碎片；再将混炼胶碎片与有机溶剂按照设定比例混合，搅拌均匀后放在阴凉处密封静置，再搅拌直至混炼胶碎片完全溶解在有机溶剂中，即得阻尼胶浆，备用；(2)制备阻尼复合材料预浸料：刷涂阻尼胶浆前，先将氨酚醛树脂制成的预浸料在室温下停放设定时间，然后将预浸料铺平整，将步骤(1)制备的阻尼胶浆均匀刷涂在预浸料的表面，每次涂刷完成后进行晾干，重复上述过程，阻尼胶浆层总厚度达到要求时停止刷涂，然后将两片预浸料上的涂刷有阻尼胶浆的面相互贴合在一起，制成阻尼复合材料预浸料，备用；(3)制造加强筋模具：将长方体硬质木材切割成设计尺寸，沿两端面处倾斜切开，使之成为两个大小相等梯形楔块模具，然后打磨楔块模具表面，完成后将两个楔块模具沿切面对齐形成长方体形状后，在楔块模具的两端开设穿过两个楔块模具的通孔，完成后通过通孔将两个楔块模具固定，组成一个长方体模具，即得长方体形加强筋模具，备用；(4)制备复合材料预成形体：在步骤(3)的加强筋模具表面刷涂脱模剂，然后缠绕脱模布，完成后，将步骤(2)制备的阻尼复合材料预浸料缠绕到所述脱模布表面，即得复合材料管状预成形体，备用；(5)在平面模具表面上涂脱模剂，然后铺脱模布，完成后将步骤(2)制备的阻尼复合材料预浸料铺设到脱模布上，制成嵌入有阻尼薄膜的复合材料面板预成形体，备用；(6)在平面模具表面上涂脱模剂，然后铺脱模布，完成后将氨酚醛树脂制成的预浸料铺设到脱模布上，制成复合材料筋条下缘预成形体，备用；(7)固化和共固化：将步骤(4)制备的复合材料管状预成形体、步骤(5)制备的嵌入有阻尼薄膜的复合材料面板预成形体以及步骤(6)制备的复合材料筋条下缘预成形体进行热固化和共固化处理，得到相应的半成品；(8)制备L型筋：将步骤(7)最终的复合材料管状半成品脱模，得到管状复合材料结构，再将管状复合材料结构沿对角线切割，即得两个L型筋，备用；(9)制备阻尼复合材料半成品板：将步骤(7)最终的平面模具和嵌入有阻尼薄膜的复合材料面板半成品分离，得到阻尼复合材料半成品板，备用；(10)制备筋条下缘：将步骤(7)最终的平面模具和复合材料筋条下缘半成品分离，得到筋条下缘板，切割后得到筋条下缘，备用；(11)制备T型加筋板：将步骤(8)得到的L型筋和步骤(10)得到的筋条下缘的表面打磨平整，将两个所述的L型筋与筋条下缘共同粘接成T型筋，然后将T型筋粘接到阻尼复合材料半成品的面板上，得到嵌入式共固化阻尼复合材料T型加筋板。2.如权利要求1所述的嵌入式共固化阻尼复合材料T型加筋板的制备工艺，其特征在于：所述粘弹性阻尼材料的制备方法为：1)原胶的塑炼：先将丁腈橡胶和氯丁橡胶放入双辊开炼机中进行塑炼，然后减小辊距对丁腈橡胶和氯丁橡胶进行薄通，得到塑性胶；2)塑性胶的混炼：先对塑性胶进行薄通，使丁腈橡胶和氯丁橡胶混炼均匀，然后按比例依次加入氧化锌、氧化镁、硬脂酸、防老剂RD、抗氧剂1010，混炼过程中炭黑分多次加入，每加一次配料左右来回各割数刀胶使其混炼均匀，最后加硫磺、SP1045树脂进行混炼均匀，即得粘弹性阻尼材料。3.如权利要求2所述的嵌入式共固化...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁森，闫云鹏，梁克垚，郑长升，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37