CN102146196B

CN102146196B - 一种高阻尼环氧树脂复合材料的制备方法

Info

Publication number: CN102146196B
Application number: CN2011100295790A
Authority: CN
Inventors: 田农; 柴红梅; 孙超明; 王凌君; 薛忠民; 陈淳; 吴芮
Original assignee: Beijing FRP Research and Design Institute Composite Co Ltd
Current assignee: Beijing FRP Research and Design Institute Composite Co Ltd
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2031-01-27
Also published as: CN102146196A

Abstract

本发明公开一种高阻尼环氧树脂复合材料的制备方法，包括阻尼涂料、纤维织物、环氧树脂和固化剂；其步骤如下：1）用阻尼涂料涂覆纤维织物构成阻尼铺层；2）将阻尼铺层穿插于若干层纤维织物中形成层叠状的阻尼增强材料层；3）取环氧树脂和固化剂以100∶28-32的质量比例混合搅拌均匀后成环氧树脂体系：4）将步骤2）的阻尼增强材料层平铺于模具中，采用VARI工艺将步骤3）的环氧树脂体系灌注至该阻尼增强材料层中使其复合，再经80℃-100℃温度下固化8h-15h冷却至室温后脱模即成型为所述高阻尼环氧树脂复合材料。其工艺简单、易操作、成型效率高、成本低、无污染；阻尼性能可设计性强。易于在交通运输、建筑、能源等民用领域的减震降噪工程中推广和应用。

Description

一种高阻尼环氧树脂复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高阻尼环氧树脂复合材料的制备方法，具体讲是一种具有可设计且共固化成型的高阻尼环氧树脂复合材料的制备方法。

背景技术

阻尼复合材料是一种能吸收振动机械能，并将其转化为其他形式能量(如热能、电能、磁能、声能等)的功能复合材料，已广泛应用于导弹、卫星、飞机、舰船、汽车工业等许多领域，是有效控制其振动和噪声的途径之一。

阻尼复合材料按其基体的不同主要分为树脂基阻尼复合材料、金属基阻尼复合材料和金属-树脂复合阻尼材料。其中，树脂基阻尼材料因其树脂基体的粘弹特性，能够有效吸收振动能，且又具有轻质高强、耐蚀性、施工简便等特点，已成为阻尼复合材料研究领域的一个热点。

在众多树脂基体中，环氧树脂以其优异的物理化学性能，在航空航天领域和诸多民用方面得到了广泛的应用。环氧树脂基复合材料具有粘弹性树脂基体的阻尼性能，且界面的存在也提高了复合材料的阻尼性能，此外其基体阻尼性能可调节性强，易加工、成本低，这些优点使得它在阻尼材料领域愈来愈受到重视。

目前，国内外对于高阻尼性能环氧树脂复合材料的研究较广泛，但大多加工工艺较为复杂，实施具有一定难度。如：公开号为CN101392090A的中国专利申请公布了一种压电导电环氧树脂复合阻尼材料及其制备方法，是将不同导电填料进行酸化和表面处理，并与其它填料混合后，加入到环氧树脂中加热搅拌混合而成。公开号为CN101323697A的中国专利申请提供了一种环氧树脂基压电复合阻尼材料及其制备方法，将填料经过混合、分散、然后加入固化剂、混合均匀、浇注固化成型；上述两种方法工艺烦琐，生产效率低，所用的填料在混料过程中，易产生粉尘污染。

此外，公开号为CN101786356A的中国专利申请公布了一种共固化高阻尼复合材料的制备方法，是将橡胶阻尼层材料与碳纤维/环氧树脂预浸料复合，然后采用热压罐工艺共固化制备而成。该方法成本高、成型效率低且成型尺寸易受热压罐尺寸等因素的影响，其使用范围受到限制，在民用领域难于推广应用。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种工艺简单、制造成本低、生产效率高且对环境无污染的高阻尼环氧树脂复合材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高阻尼环氧树脂复合材料的制备方法，包括阻尼涂料、纤维织物、环氧树脂和固化剂；其步骤如下：

1）用阻尼涂料涂覆所述纤维织物构成阻尼铺层后, 置于室温下24h干燥；其中，阻尼涂料的涂层厚度为0.1mm-0.3mm；

2）将步骤1）得到的阻尼铺层以对称形式穿插于若干层纤维织物中形成层叠状的阻尼增强材料层；其中，阻尼铺层的层数与纤维织物的层数比为1∶1-6；

3）取环氧树脂和固化剂以100∶28-32的质量比例混合，经高速搅拌均匀后，得到VARI用树脂体系备用；

4）将步骤2）的阻尼增强材料层平铺于预制的模具中，采用VARI工艺将步骤3）的VARI用树脂体系灌注于该阻尼增强材料层上与其复合成型；

5）经步骤4）成型的复合材料置于80℃-100℃温度下固化8h-15h，然后冷却至室温后，脱模即成型为所述高阻尼环氧树脂复合材料。

上述步骤1）所用的阻尼涂料为具有减振吸音效果的涂料，该阻尼涂料的比重为1.2-1.8，损耗因数大于0.15，耐温大于或等于80℃；所述的纤维织物为玻璃纤维织物或碳纤维织物；构成阻尼铺层的厚度为0.6mm-1.3mm。

上述的VARI用树脂体系的粘度在25℃下小于300mpas。

上述的阻尼增强材料层与VARI树脂体系的质量比为6-7.5∶2.5-4。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果如下：1）本发明采用将干燥后的阻尼铺层与未涂覆阻尼涂料的纤维织物按预先设计顺序铺放至模具当中形成阻尼增强材料层；按配方比例称取定量环氧树脂和固化剂混合均匀成树脂体系；采用VARI工艺将树脂体系与模具中铺放的阻尼增强材料层复合，使树脂体系完全浸透于该阻尼增强材料层中；再按照预先设定的温度、时间进行固化，即制成本发明所述的环氧树脂高阻尼复合材料。与传统的方法相比，其工艺简单、易操作、成型效率高、成本低、无污染。2）所制备的阻尼复合材料可以通过阻尼铺层与纤维织物夹设方式的变化调节该阻尼复合材料的阻尼性能，可设计性强。3）由于采用了共固化成型，该阻尼环氧树脂复合材料在使用过程中不易剥离，与传统的环氧树脂复合材料相比，其常温阻尼因子可提高近11倍。因而适于在交通运输、建筑、能源等民用领域的减震降噪工程中推广和应用。

具体实施方式

本发明提供了一种制备工艺简单、易于操作、阻尼性能优异的环氧树脂复合材料的制备方法，该方法是从微观角度，通过在界面的剪切应变区域内加入高阻尼材料层提高阻尼性能。具体措施是在纤维织物的表面涂覆一层阻尼涂层构成阻尼铺层，然后将其按预设的铺放方式穿插铺设在纤维织物层之间，采用VARI工艺将树脂体系与阻尼增强材料层复合共固化制备而成。该环氧树脂复合材料阻尼性能优异，且在使用过程中不易剥离，与不引入阻尼铺层的复合材料相比，阻尼性能可大幅提高。

本发明采用了真空辅助成型工艺（简称VARI工艺）来实现阻尼增强材料与树脂体系的复合；VARI工艺是指真空辅助成型工艺，是目前成熟的一种成型工艺，具体操作为：在预制的单面刚性模具上以柔性真空袋薄膜包覆、密封由纤维织物构成的纤维增强材料，然后通过真空泵等真空系统使模腔中形成真空负压，排除模腔中的气体，利用树脂的流动、渗透实现对纤维织物的浸溃，并在室温或加热条件下固化成型的一种工艺方法。该方法成本低、工艺稳定性好、制品孔隙率低并具有环保的特点，且性能与热压罐工艺接近，但成本远低于热压罐工艺。

本发明的高阻尼环氧树脂复合材料采用如下步骤的制备方法制成：

3）取环氧树脂和固化剂以质量比为100∶28-32的比例混合，经高速搅拌均匀后，得到VARI用树脂体系备用；

步骤1）所用的阻尼涂料为具有减振吸音效果的涂料，该阻尼涂料的比重为1.2-1.8，损耗因数大于0.15，耐温等于或大于80℃；所用的纤维织物为玻璃纤维织物或碳纤维织物，可选择单向、双向、三向的纤维织物；每层纤维织物的厚度为0.5mm-1.0mm；构成阻尼铺层的厚度为0.6mm-1.3mm。

步骤 3）得到的VARI用树脂体系的粘度满足25℃下小于300mpas。

步骤4）阻尼增强材料层和与其复合的VARI树脂体系的质量比为6-7.5∶2.5-4。

上述方法中所用的高速搅拌机为德国IKA厂家生产，型号为RW20DZM搅拌机，该搅拌机的转速为800转/分，搅拌时间为20分钟。

所用的阻尼涂料可选用北京通得立科贸有限公司销售的ZERONY系列型号的减振吸音涂料，均为市售产品，如：ZERONY-SOFT阻尼涂料或ZERONY-HARD阻尼涂料。

以下通过具体实例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。

以下实施例所用的各种原料均可以通过商业途径获得。

实例1：

阻尼铺层的制备：取减振吸音ZERONY-SOFT阻尼涂料涂覆在玻璃纤维单向布表面，涂层厚度为0.1mm构成阻尼铺层，置于室温下24h干燥后备用；构成阻尼铺层的厚度为0.6mm。

将阻尼铺层设为C，未涂覆阻尼涂料的玻璃纤维单向布设为D；以对称方式将阻尼铺层穿插于多层玻璃纤维单向布中铺放，此实例按D/D/D/C/D/D/D的方式进行铺设得到阻尼增强材料层，通过称量其质量为192g；

选用天津上纬企业股份有限公司生产的SWANCOR2511-1A环氧树脂100g， BF固化剂28g，投入高速搅拌机内，以800转/分钟的速度搅拌20分钟后得到VARI用树脂体系备用；高速搅拌机采用德国IKA厂家生产，型号为RW20DZM高速搅拌机。

采用VARI工艺将VARI用树脂体系灌注于铺设好的阻尼增强材料层中，VARI用树脂体系的灌注量为128g，将两者复合，加温模具至80℃，然后固化15h后，自然冷却至室温后脱模；即得到本发明的高阻尼环氧树脂复合材料。

该高阻尼环氧树脂复合材料经采用美国TA仪器公司生产，型号为DMA2980的测试仪测试后，得到的阻尼性能如下：常温损耗因子为0.08400。比未加阻尼铺层环氧树脂复合材料的常温损耗因子提高了5.4倍。

实例2：

阻尼铺层的制备：将减振吸音ZERONY-HARD阻尼涂料涂覆在玻璃纤维三向布的表面，涂层厚度为0.3mm，置于室温下24h干燥后备用。得到的阻尼铺层厚度为1.3mm。

将阻尼铺层设为C，未涂覆阻尼涂料的玻璃纤维三向布设为D；以对称方式将阻尼铺层穿插于多层玻璃纤维三向布中铺设，此实例按D/D/C/D/D/C/D方式进行铺设得到阻尼增强材料层，通过称量其质量为241g；

选用美国亨斯迈公司生产的Araldite® LY 1564环氧树脂100g， Aradur® 3486 固化剂30g，经高速搅拌机以800转/分钟的速度搅拌20分钟后得到VARI用树脂体系备用，所用的高速搅拌机厂家及型号同实例1。

采用VARI工艺将VARI用树脂体系灌注于铺设好的阻尼增强材料层中，VARI用树脂体系的灌注量为130g，将两者复合，加温模具至90℃，然后固化10h后，自然冷却至室温后脱模；即得到本发明的高阻尼环氧树脂复合材料。

其测试设备同实例1，测试得到的阻尼性能如下：常温损耗因子0.1411。比未加阻尼铺层环氧树脂复合材料的常温损耗因子提高了10.7倍。

实例3：

阻尼铺层的制备：将减振吸音ZERONY-SOFT阻尼涂料涂覆在玻璃纤维双向布表面，涂层厚度为0.2mm，置于室温下24h干燥后备用。得到的阻尼铺层厚度为0.9mm。

将阻尼铺层设为C，未涂覆阻尼涂料的玻璃纤维双向布设为D；以对称方式将阻尼铺层穿插于多层玻璃纤维双向布中铺放，此实例按C/D/D/C/D/D/C方式进行铺设得到阻尼增强材料层，通过称量其质量为396g；

选用美国翰森特种化学公司EPIKOTE™ MGS® RIMR 135环氧树脂100g， EPIKURE™ MGS® RIMH 137固化剂32g，经高速搅拌机以800转/分钟的速度搅拌20分钟后得到VARI用树脂体系备用，所用的高速搅拌机厂家及型号同实例1。

采用VARI工艺将VARI用树脂体系与铺设好的阻尼增强材料层复合，VARI用树脂体系的灌注量为132g，在100℃下固化8h后，自然冷却到室温后脱模。

其测试设备同实例1，测试得到的阻尼性能如下：常温损耗因子0.1590。比未加阻尼铺层环氧树脂复合材料的常温损耗因子提高了11.0倍。

上述三个实例中的玻璃纤维单向布、双向布，三向布均可用碳纤维织物进行替代制备高阻尼环氧树脂复合材料，添加阻尼铺层环氧树脂复合材料比未加阻尼铺层环氧树脂复合材料的阻尼性能均有大幅度提高，其测试得到的阻尼效果与上述实例中的测试效果基本相同。

Claims

1.一种高阻尼环氧树脂复合材料的制备方法，包括阻尼涂料、纤维织物、环氧树脂和固化剂；其步骤如下：

5）经步骤4）成型的复合材料置于80℃-100℃温度下固化8h-15h，然后冷却至室温后，脱模即成型为所述高阻尼环氧树脂复合材料；

上述步骤1）所用的阻尼涂料为具有减振吸音效果的涂料，该阻尼涂料的比重为1.2-1.8，损耗因数大于0.15，耐温大于或等于80℃；所述的纤维织物为玻璃纤维织物或碳纤维织物；步骤3）所述VARI用树脂体系的粘度在25℃下小于300mPa·s；步骤4）所述的阻尼增强材料层与所述VARI树脂体系的质量比为6-7.5∶2.5-4。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2）所述阻尼铺层的厚度为0.6mm-1.3mm。