納米蒙脫土對環(huán)氧樹脂阻尼性能的影響講解

1、納米蒙脫土對環(huán)氧樹脂阻尼性能的影響1于英華，徐平，陳棕楨遼寧工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧阜新（123000E-mail:摘要：通過實(shí)驗(yàn)方法研究了納米蒙脫土對環(huán)氧樹脂阻尼性能的影響，并對影響結(jié)果進(jìn)行了定性地分析。結(jié)果表明，以納米蒙脫土為填料加入環(huán)氧樹脂中，可在提 高環(huán)氧樹脂的力學(xué)性 能的同時進(jìn)一步提高其阻尼性能。該研究成果既為進(jìn)一步提高環(huán)氧樹脂的阻尼性能提供了一 種新的途徑，又為進(jìn)一步提高開孔泡沫鋁的力學(xué)性 能和阻尼性能，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域,提供了 一種合適的填充材料。關(guān)鍵詞:納米蒙脫土 ；環(huán)氧樹脂;阻尼性能中圖分類號：33文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A1.引言為既提高泡沫鋁力學(xué)性能，又提高其阻尼性能，從而拓展泡

2、沫鋁的應(yīng)用，需要尋 求一種阻尼高、強(qiáng)度較大且易于填充入泡沫鋁孔洞中的材料1。環(huán)氧樹脂屬于高分子材料，具有較高的阻尼性能，且環(huán)氧樹脂（EP具有靈活的結(jié) 構(gòu)設(shè)計性,通過其本身結(jié)構(gòu)的設(shè)計、固化劑的選用，其固化工藝和固化性能可以在很大范圍內(nèi)進(jìn)行 調(diào)整。納米技術(shù)及納米材料的發(fā)展又為環(huán)氧樹脂的改性提供了新 的思路。特別是將具有天然納米層狀結(jié)構(gòu)的蒙脫土（MMT引入到環(huán)氧樹脂，所得到 環(huán)氧樹脂基納米復(fù)合材料與基體樹 脂相比具有更加優(yōu)異的性能2-4。為此我們考 慮，在選用合適的固化劑和固化工藝情況下，向環(huán)氧樹脂中引入適量的納米蒙脫土 ， 也應(yīng)該會提高環(huán)氧樹脂的阻尼性能，從而制備出我們所需要的泡沫鋁孔洞填充材 料

3、。目前對于環(huán)氧樹脂/納米蒙脫土復(fù)合材料的性能研究主要集中在力學(xué)性能和熱 性能上。而對其阻尼性能的研究鮮見報道2-4。本文根據(jù)課題組前期對相關(guān)材料 的研究經(jīng)驗(yàn)5和我們對環(huán)氧樹脂/納米蒙脫土復(fù)合材料應(yīng)用的性能要求，制備了環(huán) 氧樹脂/納米蒙脫土復(fù)合材料，然后用實(shí)驗(yàn)方法研究了納米蒙脫土對環(huán)氧樹脂阻尼 性能的影響，并對影響結(jié)果進(jìn)行了定性的 分析。2環(huán)氧樹脂/納米蒙脫土復(fù)合材料的制備2.1材料組分及配比本研究采用的環(huán)氧樹脂為兩種熱固性樹脂:E-44和E-51,它們均為雙酚A型環(huán) 氧樹脂,在常溫下為液態(tài)線性結(jié)構(gòu)，這時的環(huán)氧樹脂是沒有強(qiáng)度的，必須固化后才能 發(fā)揮作用。本實(shí)驗(yàn)采用T31作為固化劑。環(huán)氧樹脂是很粘

4、稠的物質(zhì)，要在其中加入 稀釋劑來降低粘度6。另外，該類樹脂的固化韌性并不高，要加入增韌劑來提高固 化的韌性。本實(shí)驗(yàn)選稀釋劑為丙酮，增韌劑為鄰苯二甲酸二丁酯（DBP。選有機(jī)化 納米蒙脫土（MMT為填料。如上各組分材 料的配比如下:E-44為30%、E-51為 70%、DBP為14%、T31為25%,納米蒙脫土為環(huán)氧 樹脂總量的10%。1本課題得到遼寧工程技術(shù)大學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)資助項目（0446的資助。2.2試件的制作為比較起見，我們以相同結(jié)構(gòu)尺寸的試樣和試驗(yàn)方法，分別測試環(huán)氧樹脂和環(huán)氧 樹脂/納米蒙脫土復(fù)合材料的阻尼性能。環(huán)氧樹脂和環(huán)氧樹脂/ 納米蒙脫土復(fù)合材料可看作非支撐材料，其阻尼性能可通 過測

5、試金屬板與該材料復(fù)合試樣的損耗因子，然后根據(jù)相應(yīng)公式計算得出7。試樣 的結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示。其制作方法如下：圖1環(huán)氧樹脂及環(huán)氧樹脂蒙脫土試件圖Fig.1 Specime n diagram f of epoxy res in and epoxy res in nano motmorillo nite 在4mm厚的鋼板上剪切下416280 nm的底板； 制造內(nèi)腔為816280 mm的木模； 在木模中鋪設(shè)塑料薄膜，將鋼板插入木模中，參見圖2; 根據(jù)前述的材料配方，用托盤天平先分別稱環(huán)氧樹脂各組分材料，將稱取后的 各物質(zhì)放入器皿中攪拌均勻，將器皿放入溫度調(diào)在5070Q左右的數(shù)顯恒溫水浴鍋 中加熱數(shù)分

6、鐘后,加入適量稀釋劑丙酮，攪拌加熱至流動性能最好時，盛入到木模中， 待到其具有一定的成型性時,用平面度較高的鋼板將其與木模壓平抹齊。圖2環(huán)氧樹脂及環(huán)氧樹脂蒙脫土試件制做圖3環(huán)氧樹脂及環(huán)氧樹脂蒙脫土試件Fig.2 Manu facturi ng process of specime n of Fig.3 Specime n of epoxy res inepoxy resin and epoxy resi n nano motmorill on ite and epoxy resi n nano motmorill on ite 將盛有環(huán)氧樹脂的木模放入托盤中，再將托盤連同試件一起放入溫度調(diào)定在

7、 700C左右的烘干爐中烘干，40分鐘后再取出，室溫下固化1天,然后脫模即制作出環(huán) 氧樹脂材料 性能參數(shù)測試試件見圖3。環(huán)氧樹脂/納米蒙脫土復(fù)合材料試件的制作,除在將E-44、E-51、DBP、T31 和稀釋劑丙酮,攪拌加熱至流動性能最好時，再將納米蒙脫土均勻撒入其中，并繼續(xù) 攪拌12分鐘成環(huán)氧樹脂/納米蒙脫土復(fù)合材料外，其他的制作步驟同環(huán)氧樹脂試 件的制作過程。2材料阻尼性能的測試2.1測試原理測試原理示意圖如圖4。采用自由振動衰減法，分別測試金屬板和金屬板與環(huán)氧樹脂或環(huán)氧樹脂/納米蒙脫土復(fù)合材料形成的復(fù)合試樣的第一階振型的共振頻率和阻尼比，具體做法是：將試件固定在激振 實(shí)驗(yàn)臺上，用信號發(fā)生

8、器激勵電磁換能器，對試件進(jìn)行非接觸式簡 諧激振，將用加速度傳感 器拾取的振動信號，經(jīng)放大器放大后，送入二次處理計算機(jī) 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，測出試樣的彎曲 共振第一階振型的共振頻率和阻尼比，然后根據(jù)如下 公式(1 (3可計算出環(huán)氧樹脂和環(huán) 氧樹脂/納米蒙脫土復(fù)合材料材料的阻尼和彈性 模量7。En 2=?=i iff (1式中，為復(fù)合試樣損耗因子；i f ?為復(fù)合試樣各級模態(tài)的半功率點(diǎn)帶寬，Hz ; if 為復(fù)合試樣各級模態(tài)的共振頻率，Hz。?_?=1/211i i f f m mnB (2 (12211463/1E f f m m E i i ?+?-?=EEE 式（3, 為所測材料的損耗因子;21m

9、 m m += 復(fù)合結(jié)構(gòu)質(zhì)量,g ; 1m為基板質(zhì)量（扣除夾持部分質(zhì)量,g ;2m為所測材料的質(zhì)量，g ; i f 1為基板各階共振頻率，Hz ; E為所測材料的彈性模量，Pa ; 1E為鋼板（基板的彈性模量，Pa ,對鋼板取2X 1011 Pa ; E 為12/d d ,厚度比:2d為所測材料的厚度，mm ; 1d為鋼板（基板的厚度，mm 。圖4阻尼性能測試示意圖Fig.5 Sketch and equipme nts for testi ng damp ing2.2儀器設(shè)備實(shí)驗(yàn)硬件有：WS-ZHT2型綜合實(shí)驗(yàn)臺、JZF-1非接觸激振器、1NV306DM智 能信號采 集處理分析儀、BZ111

10、0-111型加速度傳感器、 WS-5923波譜功率放大 器和1NV多功能抗混 濾波放大器。軟件有：北京波譜公司“Vib , SYS振動信號采 集處理和分析系統(tǒng)”和北京東方振動與噪聲研究所的“ DASF智能信號采集和信號 分析系統(tǒng)”。除上述測試儀器和設(shè)備以外，還有需測量試件長度的游標(biāo)卡尺、測量試件寬度 和厚度的螺旋測微器和測量質(zhì)量的天平等。2.3測試結(jié)果按上述測試步驟直接測得的參數(shù)列于表1。將表1中的數(shù)據(jù)代入公式（1（3,計算出的環(huán)氧樹脂和環(huán)氧樹脂/納米蒙脫土阻尼參數(shù)及彈性模量如表2。由表2可見,向環(huán)氧樹脂中添加如納米蒙脫土后可使其損耗因子提高1.3倍，彈性模量提高1.7倍.表1測試結(jié)果Tab.

11、1 Testi ng result基板JO(mjz)業(yè)含試樣礪lit（揪丿業(yè)舍試樣第1階英擔(dān)卯率：托/HeQ晉試樣審也比斯樹聘M t環(huán)氧轉(zhuǎn)脂尿試樣止卜眥糾眾 加抽米敦壞啊14加納軟理 艙十utff1079191419141439314S934901490153510.D1S0 039表2環(huán)氧樹脂和環(huán)氧樹脂納米蒙脫土性能參數(shù)Tab.2 Property parameters of epoxy res in and epoxy res in nano motmorill on ite參數(shù)損耗因子1-Q或B彈性模量E /Pa密度3 / /cm gp環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂/納米蒙脫土 0.260.332.1

12、53.691.15 1.153結(jié)果分析為了改善粘彈性材料的動態(tài)力學(xué)性能，增加粘彈性材料的損耗因子，調(diào)整其玻璃 態(tài)轉(zhuǎn)變區(qū)溫度,擴(kuò)展粘彈性材料的溫度使用范圍等，通常采用的方法是在高分子材 料中加入填加劑或薄片填料、顆粒填料、低密度顆粒等。填加劑或填料的主要作 用是： 填加劑或填料增加材料應(yīng)變及損耗能量的能力； 填加劑或填料限制分子運(yùn)動，增加應(yīng)力和應(yīng)變之間的相位滯后； 可擴(kuò)大阻尼溫度范圍和所需的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變區(qū)溫度； 片狀和顆粒狀填料具有增強(qiáng)內(nèi)摩擦以損耗能量的作用，顆粒狀填料具有增強(qiáng) 效應(yīng)，限制分子長鏈相互轉(zhuǎn)換過程中的運(yùn)動，從而增強(qiáng)能量的轉(zhuǎn)化，增加了阻尼。我們向環(huán)氧樹脂中加入的納米蒙脫土屬片狀填料，因此

13、它起到了增加環(huán)氧樹脂 阻尼的作用；既環(huán)氧樹脂/納米蒙脫土復(fù)合材料的阻尼優(yōu)于環(huán)氧樹脂的阻尼。4結(jié)論(1以納米蒙脫土為填料加入環(huán)氧樹脂中可在提高提高環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能的 同時進(jìn)一步提高其環(huán)氧樹脂的阻尼性能，為進(jìn)一步提高開孔泡沫鋁的性能，拓展其 應(yīng)用領(lǐng)域,提供了一種合適的填充材料。(2環(huán)氧樹脂的阻尼性能的提高程度應(yīng)與向其中加入納米蒙脫土量的多少有關(guān)，具體關(guān)系如何有待于進(jìn)一步探討，而且該問題的探討對于優(yōu)化環(huán)氧樹脂 /納米蒙脫 土復(fù)合材料的阻尼性能，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。.c n 參考文獻(xiàn)1 于英華，梁冰，張建華泡沫鋁基高分子復(fù)合材料制備及其性能J

14、.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報,2005,24(6:903-9052 顧軍渭，張廣成，劉鐵民等.環(huán)氧樹脂基納米復(fù)合材料制備的研究進(jìn)展J.粘接,2005,26(4:43-453 Beckern O, Varleyb R, Sim on G. Morphology, thermal relaxati ons and mecha ni cal properties of layered silicate nano composites based upon high-f un cti on ality expoxy resins J.Polymer,2002,43:4365-43734 Osman M A,

15、 Mittal V, Morbidelli M, et al. Epoxy- layered silicatenano composites and their gas permeati on propertiesJ.Macromolecules,2004,37:7250- 72575 周曉謙.環(huán)氧樹脂/納米蒙脫土耐磨防腐涂層力學(xué)性能研究D.阜新:遼寧工程技術(shù)大學(xué),2003, 11陳平.環(huán)氧樹脂與環(huán)氧樹脂涂料M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.37國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.阻尼材料阻尼性能測試方法S.中華人民共和國 國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T18258-2000 ,2001,7Effect of nano

16、motmorill on ite on epoxy res in damp ing YU Yin ghua, XU Ping, CHEN Zon gzhe nMecha ni cal Engin eeri ng College, Lia oning Tech ni cal Uni versity, Fux in, Lia oning (123000 AbstractThe effect of nano motmorill on ite on epoxy res in damp ing is studied by experime nt, and the result of experiment is analyzed qualitatively. It is shown that adding nanomotmorillonite as a kind of filler can enhance the damping as well as mechanical properties of epoxy res in .It provides not only a new kind of method to improve epoxy resin damping but also a suitable material f