不同丙烯腈含量丁腈橡胶低温共固化复合材料制备与性能表征

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20231228.001

复合材料科学与工程 ›› 2023, Vol. 0 ›› Issue (12): 5-11.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20231228.001

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不同丙烯腈含量丁腈橡胶低温共固化复合材料制备与性能表征

田程, 梁森^*, 吴召琦, 王风全

青岛理工大学机械与汽车工程学院,青岛 266525

收稿日期:2022-11-01 出版日期:2023-12-28 发布日期:2024-02-26
通讯作者: 梁森(1962—),男,博导,教授,主要从事复合材料动力学等方面的研究,liangsen888111@163.com。
作者简介:田程(1997—),男,硕士研究生,主要从事高低温阻尼复合材料的共固化与性能方面的研究。
基金资助:
国家自然科学基金(52075280);山东省自然科学基金资助项目(ZR2019MEE088)

Preparation and characterization of low temperature co-curing composites of nitrile rubber with different acrylonitrile contents

TIAN Cheng, LIANG Sen^*, WU Zhaoqi, WANG Fengquan

School of Mechanical & Automotive Engineering, Qingdao University of Technology, Qingdao 266525, China

Received:2022-11-01 Online:2023-12-28 Published:2024-02-26

摘要/Abstract

摘要： 为探索80 ℃低温环境下橡胶和树脂基体复合材料共固化的条件,模拟计算353.15 K(80 ℃)下的丁腈橡胶(NBR)和E51环氧树脂发生化学反应的自由能,并结合试验实现了NBR N41和NBR N220S阻尼复合材料的共固化。通过正交试验确定一种性能优良且能够与碳纤维/环氧树脂基体预浸料在80 ℃下进行共固化的黏弹性阻尼材料组分,利用四氢呋喃溶剂将黏弹性阻尼材料组分溶解,经刷涂、共固化工艺制备出N41、N220S阻尼复合材料试件。通过扫描电子显微镜对复合材料微观破坏形貌进行分析,通过测试阻尼DMA及层间剪切获得了不同胶种阻尼材料的阻尼性能及剪切性能随阻尼层厚度不同的变化规律曲线。数据表明:选用高丙烯腈含量的丁腈橡胶制作的复合材料阻尼及层间性能更好,NBR N220S更适合作为黏弹性阻尼材料。

关键词: 自由能, 复合材料, 低温共固化, 阻尼物理性能, 微观表征

Abstract: In order to explore the co-curing conditions of rubber and matrix resin composites at 80 ℃ in low temperature environment, the free energy of chemical reaction between nitrile butadiene rubber (NBR) and E51 epoxy resin at 353.15 K (80 ℃) is simulated and calculated, and the co-curing of NBR N41 and NBR N220S damping composites is realized through experiments. A viscoelastic damping material component with excellent performance and co-curing with carbon fiber/epoxy resin matrix prepreg at 80 ℃ is determined by orthogonal test. The viscoelastic damping material component is dissolved by tetrahydrofuran solvent, and N41 and N220S damping composite specimens are prepared by brush coating and co-curing process. The scanning electron microscope is used to analyze the micro damage morphology of the composite. The damping properties and shear properties of different adhesives are obtained by testing the damping DMA and interlaminar shear tests. The data shows that the damping interlaminar properties of the composite made of butadiene acrylic rubber with high acrylonitrile content are better, and NBR N220S is more suitable as a viscoelastic damping material.

Key words: free energy, composites, low temperature co-curing, damping physical performance, microscopic characterization

中图分类号:

TB332

田程, 梁森, 吴召琦, 王风全. 不同丙烯腈含量丁腈橡胶低温共固化复合材料制备与性能表征[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(12): 5-11.

TIAN Cheng, LIANG Sen, WU Zhaoqi, WANG Fengquan. Preparation and characterization of low temperature co-curing composites of nitrile rubber with different acrylonitrile contents[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2023, 0(12): 5-11.

参考文献

[1] 熊健, 李志彬, 刘惠彬, 等. 航空航天轻质复合材料壳体结构研究进展[J]. 复合材料学报, 2021, 38(6): 1629-1650.
[2] 罗晰旻, 罗益锋. 国外高性能纤维及其复合材料在高速列车的应用[J]. 高科技纤维与应用, 2011, 36(5): 33-37, 41.
[3] 朱瑞, 黄辉秀, 于永峰, 等. 基于阻尼影响的风电叶片疲劳测试加载位置优化[J]. 复合材料科学与工程, 2020(8): 102-106.
[4] 梁森, 梁磊, 米鹏. 嵌入式共固化复合材料阻尼结构新进展[J]. 应用力学学报, 2010, 27(4): 767-771, 854.
[5] GIBSON R F. A review of recent research on mechanics of multifunctional composite materials and structures[J].Composite Structures, 2010, 92(12): 2793-2810.
[6] 王绍清, 梁森, 刘鹏. 共固化双层阻尼薄膜复合材料结构的阻尼性能[J]. 振动. 测试与诊断, 2021, 41(3): 547-551, 624.
[7] 王辉, 梁森, 王常松. 嵌入式共固化穿孔阻尼层复合材料结构动力学性能分析[J]. 复合材料学报, 2014, 31(1): 187-193.
[8] 王绍清, 郑长升, 梁森, 等. 嵌入式共固化复合材料阻尼结构的动力学性能[J]. 材料科学与工程学报, 2020, 38(2): 278-281.
[9] 翟彦春, 梁森, 付小静. 嵌入式共固化复合材料夹芯板结构的自由振动[J]. 振动与冲击, 2017, 36(16): 229-233.
[10] PAN L J, ZHANG B M. A new method for the determination of damping in co-cured composite laminates with embedded viscoelastic layer[J]. Journal of Sound and Vibration, 2008, 319(3): 822-831.
[11] MI P, LIANG S, SARAH Z. Numerical simulation of embedded and co-cured composite damping structure under low velocity IMP act[J]. Advanced Materials Research, 2011, 310-313: 1961-1966.
[12] NI N N,WEN Y F, HE D L, et al. Synchronous improvement of loss factors and storage modulus of structural damping composite with functional polyamide nonwovenfabrics[J]. Materials & Design, 2016, 94: 377-383.
[13] 郑长升, 梁森. 共固化阻尼复合材料的研究进展[J]. 高分子材料科学与工程, 2020, 36(3): 183-190.
[14] 曹俊, 王洋, 张博明. 有机黏土对碳纤维/聚醚砜-环氧复合材料层间断裂韧性的影响[J]. 复合材料学报, 2016, 33(10): 2141-2150.
[15] 康少付, 李进, 张博明. 玻璃纤维/环氧乙烯基酯树脂复合材料的层间增韧及其低温下低速冲击性能[J]. 复合材料学报, 2021, 38 (1): 145-154.
[16] 潘利剑, 张博明, 戴福洪. 简谐激励下共固化复合材料粘弹阻尼结构的损耗因子研究[J]. 振动与冲击, 2008(2): 57-60.
[17] 王东山, 梁森, 梁天锡. 嵌入式低温共固化高阻尼纤维/树脂基复合材料[J]. 复合材料学报, 2016, 33(9): 2030-2037.
[18] 段风海, 梁森, 梁天锡. 高温老化后嵌入式共固化阻尼复合材料结构的阻尼性能[J]. 噪声与振动控制, 2017, 37(1): 172-177.
[19] 黏弹性阻尼材料强迫非共振型动态测试方法: GJB 981—1990[S]. 北京: 中国标准出版社, 1990.
[20] 硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定: GB/T 528—2009[S]. 北京: 中国标准出版社, 2009.
[21] 硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定(裤形、直角形和新月形试样): GB/T 529—2008[S]. 北京: 中国标准出版社, 2008.

不同丙烯腈含量丁腈橡胶低温共固化复合材料制备与性能表征

Preparation and characterization of low temperature co-curing composites of nitrile rubber with different acrylonitrile contents

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[1]	王孟, 刘程, 张玉, 贾航, 乔越, 蹇锡高. 成型温度对CF/PPEK复合材料的缺陷和力学性能影响[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 5-12.
[2]	史洪源, 任文坚, 党杰, 周鹏. 玻璃纤维增强复合材料超声检测声场的CIVA仿真与试验研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 20-24.
[3]	杨思鑫, 曹忠亮, 顾付伟. 双三角点阵夹芯结构低速冲击下的动态响应与失效机制[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 25-34.
[4]	张斌, 赵晶, 王世杰. Kagome点阵结构参数对其压缩特性的影响及轻质化设计[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 35-42.
[5]	王宇轩, 曹东风, 胡海晓, 李书欣. 计及层内和层间的L形层合板失效的数值研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 43-53.
[6]	耿健, 董九志, 梅宝龙, 蒋秀明. 三维四向碳/碳复合材料力学性能预测与试验验证[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 54-60.
[7]	高坤, 张兆恒, 邢亚娟, 左小彪, 王博尧, 赵泽华. 含磷POSS阻燃乙烯基酯树脂性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 61-64.
[8]	郑子君, 乔英, 邵家儒. 基于机器视觉的短纤维复合材料的取向度提取方法[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 65-72.
[9]	许晓婷, 郝恩全, 邵慧奇, 邵光伟, 毕思伊, 陈南梁, 蒋金华. 三维大隔距机织间隔织物柔性复合材料的服役性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 73-78.
[10]	苏桐, 胡果馨, 刘振. 全碳纤维复合材料太阳能无人机机翼结构优化设计[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 79-83.
[11]	伍强, 赵凯, 刘鹏飞, 张涛涛, 朱德勇. Z形纤维增强复合材料层压板固化变形分析[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 84-90.
[12]	宋贵宾, 黄光启, 杨胜春. 复合材料层压板胶接挖补修理分析方法及影响因素研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 91-96.
[13]	王耀, 邵丹丹, 雷炳育. 共沉淀析出-热压技术制备高储能性能复合材料薄膜[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 97-102.
[14]	张仲香, 刘宝锋, 方晨鑫, 陈文光, 顾育慧, 李军向. 沙戈荒环境下风电叶片中复合材料耐高温性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 103-107.
[15]	邓忠, 支亚非, 程家林, 杨文. 太阳能无人机机翼复合材料主梁铺层优化[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 108-112.