CN109776893B - 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 - Google Patents

Abstract

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粘弹性阻尼材料组分的有效性。

Description

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

技术领域

本发明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。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明有关的背景信息，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。

发明内容

本发明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。

本发明具体采用以下技术方案：

在本发明的第一个方面，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1010 0.5～1份；SP1045树脂3～6份；硫磺0.8～1.2份。

在本发明的第二个方面，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。

在本发明的第三个方面，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。

在本发明的第四个方面，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。

与本发明人知晓的相关技术相比，本发明其中的一个技术方案具有如下有益效果：

本发明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。

本发明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

构成本发明一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

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，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域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发明的示例性实施方式。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，本发明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，具体的研制过程发明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，而且还需要摸索共固化的工艺条件，这种工艺条件并不是人为可控的，会随着材料的改变而改变，如何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是非常困难的。

鉴于此，在本发明的第一个典型的实施方式中，提供一种氨酚醛树脂基中温共固化可嵌入的粘弹性阻尼材料，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1010 0.5～1份；SP1045树脂3～6份；硫磺0.8～1.2份。

本发明选择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较为优异。其中，本发明中的粘弹性阻尼材料主要是高分子的聚合物，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(Interpenetrating Polymer Network，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，与丁腈橡胶复配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，本发明还采用了丁腈橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶、天然橡胶、氯丁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。

本发明中优选采用的氨酚醛树脂(PF)是由苯酚和甲醛缩聚而成，具体分子结构见图1，其中R为氨基基团，聚合度(n)为4-12。

加入氧化锌(ZnO)与硬脂酸(SA)可以活化硫化体系，ZnO与SA作用生成锌皂，可以提高氧化锌在丁腈橡胶(NBR)和氯丁橡胶中的溶解度，并与SP1045树脂作用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SP1045树脂和硫磺，提高了硫化效率；同时可以提高丁腈橡胶(NBR)和氯丁橡胶的硫化密度，ZnO与SA反应生成硬脂酸锌，硬脂酸锌交联先驱体螯合，保护了弱键，使其硫化生成较短的新交联键，从而提高了交联密度；此外，ZnO与SA的加入还提高了硫化胶的耐老化性能，硫化胶在使用中，多硫键会断裂，生成的硫化氢会加速橡胶的老化，但ZnO与硫化氢作用生成硫化锌，消耗了硫化氢，减少了硫化氢对交联网络的催化分解，从而使交联键的数量趋于稳定，提高了硫化胶的耐老化性能。

另外使用刷涂法将粘弹性阻尼材料溶解在有机溶剂中(本发明使用四氢呋喃有机溶剂)，得到一定浓度的阻尼胶浆，然后将阻尼胶浆均匀刷涂在复合材料预浸料上，制成带粘弹性阻尼薄膜的复合材料预浸料。同时阻尼胶浆和氨酚醛树脂在共固化之前得到一定程度的浸润，使得橡胶大分子和树脂分子间可以实现机械缠绕和物理溶合，有助于在共固化过程中形成互穿网络结构。

丁腈橡胶(NBR)和氯丁橡胶的硫化体系一般有硫磺硫化体系和过氧化物硫化体系。硫磺硫化体系一般生成多硫键，硫化胶强度高、弹性大、耐疲劳性好；过氧化物硫化体系交联剂分解温度过高、耗能大且硫化速度过快。通过对比，硫磺硫化体系硫化速度较过氧化物硫化体系更加平缓，有利于在固化成型时氨酚醛树脂基体与丁腈橡胶和氯丁橡胶更好的相互浸润，有助于在两相结合面间形成IPN结构，提高氨酚醛树脂基中温共固化的嵌入式大阻尼复合材料的层间结合强度。所以，硫磺硫化体系可以满足阻尼材料165℃硫化，且满足硫化后力学性能优良的要求。

为了使阻尼材料的硫化温度和硫化时间与氨酚醛树脂的固化温度和时间同步一致，本发明选择特定的SP1045树脂调整硫化温度与硫化时间。在试验过程中，本发明摸索了大量的硫化剂对最终得到的阻尼复合材料的力学性能以及硫化温度和硫化时间的影响，此外，氧化锌4～6份；氧化镁3.5～4.5份；硬脂酸0.8～1.2份可以用来调整本复合材料的硫化温度与硫化时间，使其与氨酚醛树脂的固化温度和时间同步一致，这样阻尼材料才能与基体树脂发生反应，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，这是其他试剂所不能达到的技术效果。

在本发明的一个或一些实施方式中，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1010 0.8份；SP1045树脂5份；硫磺1份。

MgO的作用：在氯丁橡胶中氧化镁用作硫化剂，降低氧化锌活性起到减缓硫化速率的作用，可防止早期交联；同时，氧化镁起酸接受体的作用，能防止焦烧和环化，通常在混炼初期加入；能改善胶料的焦烧性能，有助于混炼胶的存放；能提高硫化胶的拉伸强度、定伸应力的硬度。

防老剂RD、抗氧剂1010作用：可以吸收聚合物在老化过程中产生的自由基、防止胶料老化失效。

SP1045树脂作用：它是一种热反应性辛基酚醛树脂，作为氯丁橡胶的硫化剂。

本申请经过试验验证，上述各原料制成的粘弹性阻尼材料，耐老化性能好、扭矩较大，且硫化曲线焦烧时间较长，硫化速度较快，较为平坦，基本趋于理想的硫化曲线，满足嵌入式共固化阻尼复合材料中温共固化的要求。且与氨酚醛树脂共固化形成的嵌入式共固化阻尼复合材料的力学性能优异，尤其是在提高耐烧蚀和耐腐蚀复合材料的阻尼性能方面取得了意想不到的技术效果，这是之前研究的环氧树脂基或双马树脂基低/中/高温共固化嵌入式阻尼复合材料所不能达到的。

在本发明的第二个典型实施方式中，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。

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次。

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，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。

在本发明的第三个典型的实施方式中，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：

用双面刷涂工艺将阻尼胶浆均匀地刷涂到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。

步骤1)中，所述的阻尼胶浆的调制，具体的步骤方法如下：

(1)将开炼机的辊距调至最小，将混炼均匀的丁腈橡胶和氯丁橡胶薄通5-6遍出薄片，然后将薄片裁成设定尺寸的碎片；

(2)将混炼胶碎片与有机溶剂按照设定比例配制阻尼胶浆；

(3)搅拌均匀后放在阴凉处密封静置，开启密封袋再用玻璃棒不断搅拌，直至混炼胶均匀溶解在有机溶剂中获取阻尼胶浆；

优选的，所述有机溶剂为四氢呋喃，混炼胶碎片与有机溶剂按照1g：4ml的比例配制阻尼胶浆。

步骤2)中，所述的双面刷涂工艺，具体方法步骤如下：

分别在两片预浸料表面上刷涂阻尼胶浆，然后把两片预浸料的涂有阻尼材料面贴合并按纤维铺设方向对齐，使阻尼材料位于中性层附近。

步骤2)中，优选的，共固化工艺条件为：先按25min升温至130℃保持30min，然后25min升至165℃同时加压至2MPa保温保压120min；最后40min后降至常温常压出罐。

文中所述常温常压是指温度为10～37℃，压强为一个大气压。

在本发明的第四个典型的实施方式中，提供采用上述工艺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。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

实施例1

粘弹性阻尼材料组分的确定：本发明中氨酚醛树脂主要成分的分子结构如图1所示，其苯环侧基上含有羟基和羟甲基，丁腈橡胶主要成分的分子结构如图2所示，主要由丁二烯与丙烯腈共聚而制得的一种合成橡胶，含有大量的C＝C双键及氰基，可以与氨酚醛树脂中的羟甲基发生如图3所示的化学反应。同时丙烯腈中含有氰基，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主要成分。

本发明使用的165℃固化的氨酚醛树脂玻璃纤维预浸料，具有固化周期短、比强度高、耐冲击等优点，因此适合本发明氨酚醛树脂基中温共固化的大阻尼复合材料试件的基本性能要求。

为满足阻尼复合材料165℃硫化，且硫化后力学性能优良的要求，鉴于硫磺硫化体系的硫化速度较过氧化物硫化体系更加平缓，有利于在固化成型时氨酚醛树脂基体与丁腈橡胶和氯丁橡胶更好地相互浸润，有助于在两相结合面间形成互穿网络结构，提高嵌入式中温共固化阻尼复合材料的层间结合强度。所以这里确定用硫磺硫化体系硫化阻尼材料，图4所示的硫化仪测试结果表明本发明采用的阻尼材料组分满足共固化工艺要求，验证了粘弹性阻尼材料组分的有效性。

实施例2

一种氨酚醛树脂基中温共固化嵌入式的粘弹性阻尼材料，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份；氯丁橡胶5份；氧化锌4份；氧化镁3.5份；硬脂酸0.8份；炭黑38份；防老剂RD1份；抗氧剂1010 0.5份；SP1045树脂3份；硫磺0.8份。

实施例3

一种氨酚醛树脂基中温共固化嵌入式的粘弹性阻尼材料，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1010 0.8份；SP1045树脂5份；硫磺1份。

所述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，包括以下步骤：

(1)原胶的塑炼，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，然后适当减小辊距将其薄通3次；

(2)塑性胶的混炼，先将塑性胶薄通3遍使丁腈橡胶和氯丁橡胶混炼均匀，再依据开炼机辊筒间的胶量，适当调整加大辊距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，由于混炼过程中炭黑不易分散，将其分多次加入混炼；最后加硫磺和SP1045树脂可防止胶料过早焦烧，以免影响胶料的性能，然后将辊距调至最小，把混炼胶打三角包6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；混炼现场如图5所示。

实施例4

一种氨酚醛树脂基中温共固化嵌入式的粘弹性阻尼材料，该粘弹性阻尼材料是由以下质量份的原料制成：

丁腈橡胶95份；氯丁橡胶5份；氧化锌6份；氧化镁4.5份；硬脂酸1.2份；炭黑42份；防老剂RD1.5份；抗氧剂1010 1份；SP1045树脂6份；硫磺1.2份。

粘弹性阻尼材料性能测试：硫化曲线测试结果说明该质量份数原料的粘弹性阻尼材料满足氨酚醛树脂基中温共固化工艺要求。图4为所测试粘弹性阻尼材料165℃时的硫化曲线，硫化胶的焦烧时间为4min，对于共固化比较合适；达到50％扭矩的硫化时间为15min，90％硫化的时间为60min，硫化120min后胶料未出现返原现象，表明该粘弹性阻尼材料的耐老化性能较好；最大扭距为42N.m；且硫化曲线焦烧时间较长，硫化速度较快，较为平坦，基本趋于理想的硫化曲线，满足嵌入式共固化阻尼复合材料中温共固化的要求。然后将混炼胶用平板硫化机在165℃条件下硫化2小时获取2mm厚的强力试片，再用专用裁刀将试片裁成如图6所示的标准拉伸试样。本发明所用设备为高铁万能材料试验机，可以进行拉伸、压缩、弯曲、剪切、剥离和撕裂等力学性能试验，橡胶的阻尼性能是在美国TA公司的动态热力学性能测试仪Q800上进行。

经过相关试验设计材料组分及相关的力学性能和阻尼性能测试，确定了本发明粘弹性阻尼材料组分为丁腈橡胶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1010 0.8份；SP1045树脂5份；硫磺1份。如实施例3。

实施例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，该工艺包括以下步骤：

1)实施例3的粘弹性阻尼材料的制备：

(1)原胶的塑炼，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，然后适当减小辊距将其薄通3次；

(2)塑性胶的混炼，先将塑性胶薄通3遍使丁腈橡胶和氯丁橡胶混炼均匀，再依据开炼机辊筒间的胶量，适当调整加大辊距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，由于混炼过程中炭黑不易分散，将其分多次加入混炼；最后加硫磺、SP1045树脂可防止胶料过早焦烧，以免影响胶料的性能，然后将辊距调至最小，把混炼胶打三角包6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；

2)阻尼胶浆的调制：

(1)将开炼机的辊距调至最小，将混炼均匀的丁腈橡胶和氯丁橡胶薄通5-6遍出薄片，然后将薄片裁成3mm×3mm的碎片；

(2)将混炼胶碎片与四氢呋喃有机溶剂按照1g：4ml的比例配制阻尼胶浆溶液；

(3)将称好的混炼胶碎片溶于有机溶剂中，搅拌均匀后放在室温阴凉处密封静置24小时，开启密封袋再用玻璃棒不断搅拌，直至混炼胶均匀溶解在有机溶剂中获取如图7所示的阻尼胶浆溶液；

3)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：

(1)先将氨酚醛树脂玻璃纤维预浸料提前从冷库中取出放室温下12-24小时，使预浸料处于最佳状态；

(2)采用双面刷涂工艺将阻尼材料均匀地刷涂到预浸料表面制备出如图8所示的带有阻尼薄膜的预浸料，由于阻尼胶浆的浓度是确定的，试验结果显示每刷一次的阻尼层厚度为0.025mm，每刷完一层在通风阴凉处将其晾干再继续刷涂第二层，所以一般通过刷涂次数即可确定阻尼层总厚度，为了准确当然还要加上测量。双面刷涂工艺指的是分别在两片预浸料表面上刷涂阻尼胶浆，然后把两片预浸料的涂有阻尼材料面贴合并按纤维铺设方向对齐，使阻尼材料位于中性层附近；

(3)将带有阻尼薄膜的预浸料作为一层铺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特定的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。

具体共固化曲线如图9所示，首先按25min升温至130℃保持30min，然后25min升至165℃同时加压至2MPa保温保压120min；最后40min后降至常温常压出罐。

层间剪切强度测试：如图10所示，通过在高铁拉力试验机上进行拉伸剪切剥离试验，获取阻尼复合材料的最大剪切力，经数据处理后即可获取阻尼复合材料的最大层间剪切应力，具体如图11，最大层间剪切应力均在5MPa以上，同时其断裂面发生在的阻尼材料层内部，说明阻尼材料与复合材料树脂完成了共固化，且具有比较优良的力学性能。

阻尼性能测试：利用自由振动衰减实验测试大阻尼复合材料试件的相对阻尼系数，进而求出材料的损耗因子。图12为相对阻尼系数随阻尼层厚度的变化曲线，可以明显地看出随着阻尼层厚度的增加，相对阻尼系数不断提高，表明阻尼材料的嵌入大幅度地提升了复合材料的阻尼性能。

实验例1

与实施例5的区别在于：所述粘弹性阻尼材料是由以下质量份的原料制成：

丁基橡胶100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1010 0.8份；SP1045树脂5份；硫磺1份。

产生的效果：由实验得出丁基橡胶与氨酚醛树脂不能发生共固化，层间力学性能很低。

实验例2

与实施例5的区别在于：所述粘弹性阻尼材料是由以下质量份的原料制成：

乙丙橡胶100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1010 0.8份；SP1045树脂5份；硫磺1份。

产生的效果：由实验得出乙丙橡胶与氨酚醛树脂不能发生共固化，层间力学性能很低。

实验例3

与实施例5的区别在于：所述粘弹性阻尼材料是由以下质量份的原料制成：

天然橡胶100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1010 0.8份；SP1045树脂5份；硫磺1份。

产生的效果：由实验得出天然橡胶与氨酚醛树脂不能发生共固化，层间力学性能很低。

实验例4

与实施例5的区别在于：所述粘弹性阻尼材料是由以下质量份的原料制成：

丁腈橡胶100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1010 0.8份；SP1045树脂5份；硫磺1份。

产生的效果：由实验得出只采用丁腈橡胶与氨酚醛树脂发生共固化后层间力学性能较低。

从以上实施例和实验例可知，实验例1、2、3中的丁基、乙丙及天然橡胶与实施例中的丁腈橡胶和氯丁橡胶相比不属于极性橡胶，由于氨酚醛树脂为极性，两者不相容或相容性较差，同时由实验得出丁基、乙丙及天然橡胶与氨酚醛树脂不能发生共固化，而只采用丁腈橡胶与氨酚醛树脂共固化效果并不理想。丁腈橡胶和氯丁橡胶属于极性橡胶可以与氨酚醛树脂发生共固化，并且两者配合得到的中温共固化的嵌入式大阻尼复合材料的层间力学性能十分优异。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一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方法，其特征是，该工艺包括以下步骤：

1）阻尼胶浆的调制：采用粘弹性阻尼材料；

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，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；

所述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；

所述氨酚醛树脂的分子结构如下所示：

，

其中n为4~12。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤1）中，所述的阻尼胶浆的调制，具体的步骤方法如下：

（1）将开炼机的辊距调至最小，将混炼均匀的丁腈橡胶和氯丁橡胶薄通5-6遍出薄片，然后将薄片裁成设定尺寸的碎片；

（2）将混炼胶碎片与有机溶剂按照设定比例配制阻尼胶浆；

（3）搅拌均匀后放在阴凉处密封静置，开启密封袋再用玻璃棒不断搅拌，直至混炼胶均匀溶解在有机溶剂中获取阻尼胶浆。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征是，所述有机溶剂为四氢呋喃，混炼胶碎片与有机溶剂按照1g：4ml的比例配制阻尼胶浆。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤2）中，所述的双面刷涂工艺，具体方法步骤如下：

分别在两片预浸料表面上刷涂阻尼胶浆，然后把两片预浸料的涂有阻尼材料面贴合并按纤维铺设方向对齐，使阻尼材料位于中性层附近。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤2）中，共固化工艺条件为：先按25min升温至130℃保持30min，然后25min升至165℃同时加压至2MPa保温保压120min；最后40min后降至常温常压出罐。

6.采用权利要求1~5中任一项所述的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。

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