氨酚醛树脂基中温共固化的嵌入式大阻尼复合材料及其制备工艺制造技术

本公开涉及一种氨酚醛树脂基中温共固化的嵌入式大阻尼复合材料及其制备工艺，其最突出的特性是复合材料层合板中所嵌入的阻尼材料可以与氨酚醛树脂在加压、加温下发生化学交联形成互穿网络结构，实现与氨酚醛树脂玻璃纤维预浸料在165℃发生共固化反应。具体的制作工艺为：使用强极性的四氢呋喃为有机溶剂，将自制阻尼材料溶解成阻尼胶浆，使用刷涂法将阻尼胶浆均匀刷涂于预浸料表面形成阻尼薄膜；按照预定的铺层顺序将带有阻尼薄膜的预浸料作为一层铺入到复合材料层合板中，最终经过特定的工艺曲线制成嵌入式中温共固化阻尼复合材料试件，通过层间剪切实验及自由振动衰减实验验证了本发明专利技术粘弹性阻尼材料组分的有效性。

Embedded Large Damping Composite Material Based on Aminophenol-formaldehyde Resin and Its Preparation Technology at Medium Temperature

The present disclosure relates to an embedded high-damping composite material based on paracetamol-formaldehyde resin and its preparation process. The most prominent characteristic is that the damping material embedded in the composite laminate can be chemically crosslinked with paracetamol-formaldehyde resin under pressure and heating to form an interpenetrating network structure, and realize the co-curing reaction with paracetamol-formaldehyde resin glass fiber preprepreprepreg at 165 C. Specific manufacturing processes are as follows: using strong polar tetrahydrofuran as organic solvent, dissolving self-made damping material into damping mortar, using brushing method to uniformly brush the damping mortar onto the surface of the prepreg to form a damping film; according to the predetermined laying sequence, the preg with damping film is laid as a layer into the composite laminate, and finally made through a specific process curve. The validity of the viscoelastic damping material component of the invention is verified by the interlaminar shear test and the free vibration attenuation test of the embedded mid-temperature co-curing damping composite material specimen.

【技术实现步骤摘要】
氨酚醛树脂基中温共固化的嵌入式大阻尼复合材料及其制备工艺
本公开涉及阻尼复合材料技术，尤其是涉及一种嵌入式中温共固化阻尼复合材料及其制备工艺，属于复合材料动力学改性研究领域。
技术介绍
这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然构成现有技术。复合材料结构本身的阻尼特性要比常见金属的高10-100倍，但是这在应用中仍然偏低，然而复合材料力学性能的可设计性又为其阻尼性能的进一步提高创造了广阔空间。传统的被动阻尼处理方法主要有自由阻尼和约束阻尼，它们均属于事后阻尼处理方式，在使用的过程中阻尼层易脱落、老化，而且层间结合力差。树脂基共固化的嵌入式大阻尼复合材料采用一种全新的事前阻尼处理方法，即在构件的设计阶段就考虑了阻尼特性，它将三种不同性质的材料(如玻璃纤维、粘弹性阻尼材料和树脂)，经过化学或物理的方法通过人工或现代加工工艺制作成一种多相复合固体。从它的结构组成上分析，其中有一相在层内是基本上连续的，称为基体相(如环氧树脂、双马树脂)；另有一相是分散在层内并且被基体所包容，称为增强相(如玻璃纤维)；还有一相是在事前就嵌入在结构内部的粘弹性阻尼材料(如未硫化的橡胶)，该结构的基体相、增强相和粘弹性阻尼材料在性能上相互协调，从而能达到大幅度地提高复合材料构件阻尼的目的，得到单一材料难以比拟的综合力学性能。由于这种事前阻尼处理结构是嵌入在结构内部的，具有不脱落、抗老化等优点，因而在大飞机、高速列车、太空运载器等高科技领域有着广泛的应用前景。目前嵌入式共固化复合材料阻尼结构主要采用的预浸料是环氧树脂和双马树脂纤维预浸料，阻尼材料组分是依靠其与环氧树脂或双马树脂产生物理溶合和化学交联以及交联固化的条件来设计的，目的是要提升整体结构的阻尼性能及层间力学性能。但对于氨酚醛树脂基的嵌入式共固化复合材料阻尼结构研究的较少，氨酚醛树脂基复合材料因具有优异的阻燃、防火、低发烟、低毒雾性能，以及耐腐蚀性能在飞机和空间技术、军事装备、运输、采矿、建筑及微电子工业中发挥着重要作用。虽然文献《低温共固化高阻尼复合材料》公开了酚醛树脂低温共固化工艺，但是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℃以上情况下)阻尼材料容易返原老化，而丧失承载能力，从而限制了该种阻尼复合材料的使用范围。
技术实现思路
本公开的目的是为克服上述现有技术的不足，提出了一种能和氨酚醛树脂发生共固化的阻尼材料，开发了一种氨酚醛树脂基中温共固化的嵌入式大阻尼复合材料及其制备工艺。本公开具体采用以下技术方案：在本公开的第一个方面，提供一种氨酚醛树脂基中温共固化的粘弹性阻尼材料，该粘弹性阻尼材料是由以下质量份的原料制成：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。在本公开的第二个方面，提供一种上述粘弹性阻尼材料的制备方法，该方法包括以下步骤：(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，然后适当减小辊距将其薄通数次，得到塑性胶；(2)塑性胶的混炼：先将塑性胶薄通数遍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，制得混炼均匀的粘弹性阻尼材料。在本公开的第三个方面，提供一种氨酚醛树脂基中温共固化的嵌入式大阻尼复合材料构件的制备工艺，该工艺包括以下步骤：(1)阻尼胶浆的调制；(2)氨酚醛树脂基中温共固化的嵌入式大阻尼复合材料构件的制备：采用双面刷涂工艺将阻尼胶浆均匀地刷涂到氨酚醛树脂玻璃纤维预浸料表面制备出带有阻尼薄膜的预浸料；将带有阻尼薄膜的预浸料作为一层嵌入到复合材料预成形体中，并按照预定的铺层顺序完成整体复合材料的铺设，再将其放入铺有脱模布、螺旋管的模具上，然后将真空袋密封好抽真空，再一同放入到热压罐中按照共固化工艺完成整体结构的共固化，最终得到嵌入式中温共固化阻尼复合材料构件；其中，所述共固化工艺条件为：先按20～30min升温至120～140℃保持20～40min，然后20～30min升至165℃同时加压至2MPa保温保压120min；最后30～50min后降至常温常压出罐。在本公开的第四个方面，提供采用上述方法制备得到的氨酚醛树脂基中温共固化的嵌入式大阻尼复合材料构件。与本专利技术人知晓的相关技术相比，本公开其中的一个技术方案具有如下有益效果：本专利技术公开了一种氨酚醛树脂基中温共固化的嵌入式大阻尼复合材料，其最突出的特性是复合材料层合板中所嵌入的阻尼材料可以与氨酚醛树脂在加压、加温下发生化学交联形成互穿网络结构，实现与氨酚醛树脂玻璃纤维复合材料预浸料在165℃发生共固化反应。本公开制备得到的氨酚醛树脂基中温共固化的嵌入式大阻尼复合材料构件不仅具有较优异的耐烧蚀和抗腐蚀性能，而且还具有较高的层间剪切强度和较优异的阻尼性能，使用环境温度比较度高，氨酚醛树脂基中温共固化的嵌入式大阻尼复合材料在纤维氨酚醛树脂基复合材料整体改性方面是一种突破，填补了嵌入式共固化的大阻尼复合材料这方面的空白。附图说明构成本公开一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。图1为氨酚醛树脂的分子结构；图2为丁腈橡胶分子结构；图3为氨酚醛树脂与丁腈橡胶发生的化学反应；图4为硫化特性曲线；图5为混炼现场；图6为橡胶拉伸试件；图7为阻尼胶浆溶液；图8为带阻尼薄膜的预浸料；图9为共固化工艺曲线；图10为剪切实验测试；图11层间剪切力及剪切应力随阻尼层厚度变化曲线；图12相对阻尼系数随阻尼层厚度变化曲线。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。目前关于耐烧蚀和抗腐蚀的复合材料基本都使用的是氨酚醛树脂预浸料，但其制备出复合材料动力学性能较差，为此，本专利技术人采用事前阻尼处理方法制备得到了耐烧蚀、抗腐蚀、使用环境温度高和动力学性能较好的嵌入式氨酚醛树脂基中温共固化的大阻尼复合材料。而制备这种复合材料的技术难度之一在于阻尼材料的组分调配，这不仅需要大量的高分子理论知识，而且还需要使阻尼材料的硫化温度与硫化时间与氨酚醛树脂的固化温度和时间基本同步一致，同时让阻尼材料分子官能团要与基体树脂分子官能团发生反应，在层间形成分子链，让阻尼材料长在基体树脂上，提高层间结合性能和整体结构阻尼性能。由于各种树脂的分子官能团不同，对应阻尼材料的组分也是不同的，具体的研制过程专利技术人通过正交试验法将各个组分材料性能实验对比选出效果突出的组分。不同原料复合在一起实现共固化很难，这不仅需要合适组分的阻尼材料，而且还需本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氨酚醛树脂基中温共固化嵌入式的粘弹性阻尼材料，其特征是，该粘弹性阻尼材料是由以下质量份的原料制成：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。

【技术特征摘要】
1.一种氨酚醛树脂基中温共固化嵌入式的粘弹性阻尼材料，其特征是，该粘弹性阻尼材料是由以下质量份的原料制成：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.如权利要求1所述的粘弹性阻尼材料，其特征是，该粘弹性阻尼材料是由以下质量份的原料制成：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；进一步的，所述氨酚醛树脂的分子结构如下所示：其中n为4～12。3.权利要求1或2所述的氨酚醛树脂基中温共固化嵌入式的粘弹性阻尼材料的制备方法，其特征是，该方法包括以下步骤：(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，然后适当减小辊距将其薄通数次，得到塑性胶；(2)塑性胶的混炼：先将塑性胶薄通数遍使丁腈橡胶和氯丁橡胶混炼均匀，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，制得混炼均匀的粘弹性阻尼材料。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征是，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，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。5.一种氨酚醛树脂基中温共固化的嵌入式大阻尼复合材料构件的制备工艺，其特征是，该工艺包括以下步骤...

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