環(huán)氧樹脂基結(jié)構(gòu)阻尼復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)阻尼復(fù)合材料不僅具有高的剛度，而且具有較高的阻尼容量。它是近年來發(fā)展起來的先進(jìn)復(fù)合材料，其應(yīng)用范圍廣泛，涉及到航天航空、機(jī)械動(dòng)力、交通運(yùn)輸、電力電子、軍工以及儀器儀表工業(yè)等領(lǐng)域，對于國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和減少振動(dòng)噪音，提高人們的生活質(zhì)量起到重要的作用。通過材料的復(fù)合化，制備強(qiáng)度、剛度和阻尼性能俱佳的結(jié)構(gòu)阻尼復(fù)合材料成為阻尼材料的發(fā)展方向。 為實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能的一體化，需要對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。本文從阻尼材料研究出發(fā)，對通用型環(huán)

2、氧樹脂進(jìn)行改性，制得高阻尼寬溫域的環(huán)氧樹脂粘彈性材料。并以此為基體，制備環(huán)氧樹脂基阻尼復(fù)合材料。通過鋪層設(shè)計(jì)，將其與環(huán)氧樹脂基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料進(jìn)行復(fù)合，制備高強(qiáng)度高模量及高阻尼性的環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料。 這種將阻尼復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)復(fù)合材料“復(fù)合化”的思路，由阻尼復(fù)合材料提供阻尼性能，結(jié)構(gòu)復(fù)合材料保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以達(dá)到靜態(tài)力學(xué)性能與動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的平衡，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度與高阻尼的有機(jī)結(jié)合。 遵循這種思路，本文就相關(guān)材料的制備及性能開展了研究

3、。在阻尼層用高阻尼環(huán)氧樹脂基體制備方面，通過選用各類柔性固化劑固化環(huán)氧樹脂，并采用環(huán)氧樹脂體系共混的方法，制得了室溫高阻尼寬溫域環(huán)氧類粘彈性阻尼材料。研究了其阻尼性能的各項(xiàng)影響因素。 研究表明，當(dāng)環(huán)氧樹脂固化物結(jié)構(gòu)中含有苯環(huán)等剛性基團(tuán)時(shí)，其力學(xué)損耗因子較低。而只含有柔性鏈段的固化物體系的損耗因子較高；交聯(lián)密度對阻尼性能也有明顯的影響。采用相同的樹脂體系，若固化物交聯(lián)密度高，則其損耗因子溫度譜中阻尼峰面積小，表明其耗散能量的能力低

4、。而隨著交聯(lián)密度降低，在一定范圍內(nèi)，其溫度譜中阻尼峰面積增大，阻尼峰高度、寬度均增加；體系中柔性鏈段的含量對固化物的阻尼性能也有影響。表現(xiàn)為在相同的樹脂體系中，當(dāng)柔性鏈段含量增加時(shí)，其溫度譜中阻尼峰的寬度增加，使材料的有效阻尼溫度范圍增大。 在分析各種因素對固化物阻尼性能影響的規(guī)律后，本文采用聚合物共混的方法，使用聚醚胺D400/D2000混合固化劑固化CYD-128與XY678環(huán)氧樹脂混合體系，其固化物最大損耗因子達(dá)到了1.8

5、9，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為14.3℃，且有效阻尼溫度范圍提高到了47.7℃，在3.87℃—51.6℃范圍內(nèi)均有較高的損耗因子，是常溫下高阻尼寬溫域的環(huán)氧類粘彈性阻尼材料。 為得到阻尼性能及力學(xué)性能較好的阻尼復(fù)合材料作為阻尼層，對阻尼復(fù)合材料進(jìn)行了設(shè)計(jì)，采用不同種類及形式的增強(qiáng)材料及將一系列具有不同玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和阻尼溫度范圍的阻尼樹脂作為基體得到的梯度阻尼復(fù)合材料作為阻尼層；比較各種因素對阻尼復(fù)合材料阻尼性能及力學(xué)性能的影響。

6、 研究表明，采用環(huán)氧樹脂粘彈性阻尼材料作為基體，以玻璃纖維布為增強(qiáng)材料，在常溫下(25℃)的損耗因子可達(dá)到0.450，是普通環(huán)氧樹脂復(fù)合材料損耗因子的12.8倍。 增強(qiáng)纖維的種類對復(fù)合材料的損耗因子有影響，采用單向碳纖維布作為增強(qiáng)材料，其復(fù)合材料的損耗因子高于玻璃纖維布增強(qiáng)復(fù)合材料的損耗因子。增強(qiáng)材料的形式對復(fù)合材料的損耗因子也有影響，短切纖維氈比纖維布更有利于提高復(fù)合材料的損耗因子。混合鋪層方式由于增加了界面，對復(fù)合材料的阻尼

7、性能提高有一定幫助。采用單向碳纖維布/短切玻璃纖維氈/單向碳纖維布的鋪層方式，得到的阻尼復(fù)合材料的損耗因子達(dá)到1.03，對應(yīng)峰值溫度為27.8℃；有效阻尼范圍為16.7℃。 將具有不同玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和阻尼溫度范圍的阻尼樹脂作為基體制備的梯度阻尼復(fù)合材料，可有效擴(kuò)展阻尼溫度范圍。使用預(yù)浸漬工藝，在纖維表面由柔性到剛性的方式形成梯度阻尼，可有效擴(kuò)展體系的阻尼溫度范圍，其有效阻尼溫度范圍從26.4-90.8℃，達(dá)到了64.4℃，損耗因

8、子最大值為0.707。 將制備的阻尼及力學(xué)性能均較好的環(huán)氧樹脂阻尼復(fù)合材料作為阻尼層，還需要將其與結(jié)構(gòu)層有效的結(jié)合。在結(jié)構(gòu)阻尼復(fù)合材料的成型方式研究上，本文比較了兩種工藝，一種是將阻尼層復(fù)合材料制備成預(yù)浸料，然后采用疊層共固化的方式成型。另一種是將其與結(jié)構(gòu)層的增強(qiáng)材料一起通過真空灌注成型工藝成型。這兩種成型工藝均能制備出整體性能好的環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)阻尼材料。相比普通環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料，疊層共固化環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)阻尼復(fù)合材料的阻尼比為3.