化工进展 ›› 2025, Vol. 44 ›› Issue (10): 5848-5858.DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2024-1506
• 材料科学与技术 • 上一篇
收稿日期:2024-09-14
修回日期:2024-12-02
出版日期:2025-10-25
发布日期:2025-11-10
通讯作者:
梁森
作者简介:陈兆胜(2001—),男,硕士研究生,研究方向为结构与多功能复合材料。E-mail:2190313420@qq.com。
基金资助:
CHEN Zhaosheng1(
), LIANG Sen1,2(
), WANG Fengquan1, WU Long2
Received:2024-09-14
Revised:2024-12-02
Online:2025-10-25
Published:2025-11-10
Contact:
LIANG Sen
摘要:
利用六亚甲基二异氰酸酯(hexamethylene diisocyanate,HDI)作为中间介质对经酸性高锰酸钾溶液氧化后的碳纤维(carbon fiber,CF)、盐酸溶液水解后的聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)以及羧基氢化丁腈橡胶(carboxylated hydrogenated nitrile rubber,HXNBR)三相表面接枝处理,通过傅里叶红外光谱(FTIR)以及扫描电镜(SEM)对改性前后以及接枝前后三相复合材料微观表征,FTIR结果表明:HDI与树脂、阻尼材料及纤维均发生了化学反应,生成了新的化学键——酰胺键;SEM观测结果表明:经过改性以及HDI接枝后的CF与PMMA表面均变得粗糙,二者之间有了更多的结合位点;通过共接枝工艺制作了热塑性阻尼复合材料层合板,并对其进行宏观表征:通过H抽出实验测得纤维从阻尼材料中的抽出力提高了90.7%,层间剪切实验测得热塑性阻尼复合材料层间剪切应力提高了63.6%,自由振动衰减实验测得嵌入较薄阻尼层(0.1mm)试件的损耗因子是未嵌入阻尼层试件的2.9倍左右,验证了接枝改性的有效性。
中图分类号:
陈兆胜, 梁森, 王风全, 吴龙. 嵌入式羧基化聚甲基丙烯酸甲酯阻尼复合材料界面性能[J]. 化工进展, 2025, 44(10): 5848-5858.
CHEN Zhaosheng, LIANG Sen, WANG Fengquan, WU Long. Interfacial properties of embedded damping film carbon fiber reinforced polymethyl methacrylate composites[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2025, 44(10): 5848-5858.
| 仪器名称 | 生产公司 |
|---|---|
| 超声波清洗器(SCQG1020B型) | 上海松研超声仪器有限公司 |
| 高低温交变湿热实验箱 | 上海林品仪器有限公司 |
| 傅里叶变换红外光谱仪(FTIR,INVENIO-R) | 德国Bruker公司 |
| 压力成型机(XLB-D 400X400X2H) | 中国浙江湖州东方机械有限公司 |
| 电子万能拉力实验机(GT-TCS-2000) | 上海松墩仪器制造有限公司 |
| 电涡流传感器(OD9000) | 上海欧丹仪器 |
表1 实验仪器
| 仪器名称 | 生产公司 |
|---|---|
| 超声波清洗器(SCQG1020B型) | 上海松研超声仪器有限公司 |
| 高低温交变湿热实验箱 | 上海林品仪器有限公司 |
| 傅里叶变换红外光谱仪(FTIR,INVENIO-R) | 德国Bruker公司 |
| 压力成型机(XLB-D 400X400X2H) | 中国浙江湖州东方机械有限公司 |
| 电子万能拉力实验机(GT-TCS-2000) | 上海松墩仪器制造有限公司 |
| 电涡流传感器(OD9000) | 上海欧丹仪器 |
| 材料名称 | 生产公司 |
|---|---|
| 碳纤维编织布(CF,T300型) | 威海光威复合材料有限公司 |
| 聚甲基丙烯酸甲酯树脂薄片(PMMA,片厚0.2mm) | 万虹塑胶实业有限公司 |
| 羧基氢化丁腈橡胶(HXNBR,牌号TherbanXTVPKA8889) | 德国Lanxess公司 |
| 高锰酸钾溶液(KMnO4,质量分数10%) | 上海商玺伟康医药用品有限公司 |
| 盐酸溶液(HCl,1mol/L) | 国药集团化学试剂有限公司 |
| 六亚甲基二异氰酸酯(C8H12N2O2,HDI,100%) | 科斯创聚合物有限公司 |
| 四氢呋喃溶液(THF) | 上海德诺公司 |
表2 实验材料
| 材料名称 | 生产公司 |
|---|---|
| 碳纤维编织布(CF,T300型) | 威海光威复合材料有限公司 |
| 聚甲基丙烯酸甲酯树脂薄片(PMMA,片厚0.2mm) | 万虹塑胶实业有限公司 |
| 羧基氢化丁腈橡胶(HXNBR,牌号TherbanXTVPKA8889) | 德国Lanxess公司 |
| 高锰酸钾溶液(KMnO4,质量分数10%) | 上海商玺伟康医药用品有限公司 |
| 盐酸溶液(HCl,1mol/L) | 国药集团化学试剂有限公司 |
| 六亚甲基二异氰酸酯(C8H12N2O2,HDI,100%) | 科斯创聚合物有限公司 |
| 四氢呋喃溶液(THF) | 上海德诺公司 |
| 组分 | 1# | 2# | 3# | 4# | 5# |
|---|---|---|---|---|---|
| 原胶HXNBR | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 防老剂N445 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
| 偶联剂KH550 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 黏合剂RS | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| 炭黑N330 | 55 | 60 | 65 | 70 | 75 |
| 气相法白炭黑WCB | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 二丙烯酸锌ZDA | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| 过氧化锌ZnO2 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 |
| 交联剂BIBP | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 黏合剂A | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 抗氧化剂1010 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
表3 HXNBR组分
| 组分 | 1# | 2# | 3# | 4# | 5# |
|---|---|---|---|---|---|
| 原胶HXNBR | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 防老剂N445 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
| 偶联剂KH550 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 黏合剂RS | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| 炭黑N330 | 55 | 60 | 65 | 70 | 75 |
| 气相法白炭黑WCB | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 二丙烯酸锌ZDA | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| 过氧化锌ZnO2 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 |
| 交联剂BIBP | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 黏合剂A | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 抗氧化剂1010 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 项目 | 1# | 2# | 3# | 4# | 5# |
|---|---|---|---|---|---|
| 最大邵氏硬度 | 82 | 85 | 90 | 93 | 95 |
| 最小邵氏硬度 | 78 | 81 | 85 | 88 | 89 |
表4 不同炭黑含量的HXNBR最大邵氏硬度与最小邵氏硬度
| 项目 | 1# | 2# | 3# | 4# | 5# |
|---|---|---|---|---|---|
| 最大邵氏硬度 | 82 | 85 | 90 | 93 | 95 |
| 最小邵氏硬度 | 78 | 81 | 85 | 88 | 89 |
| 试件编号 | Fmax/N | τj/MPa |
|---|---|---|
| 1# | 2587 | 4.13 |
| 2# | 2613 | 4.21 |
| 3# | 2563 | 3.96 |
| 4# | 2531 | 3.84 |
| 5# | 2579 | 4.05 |
| 6# | 4136 | 6.58 |
| 7# | 4125 | 6.47 |
| 8# | 4232 | 6.84 |
| 9# | 4115 | 6.42 |
| 10# | 4227 | 6.75 |
表6 阻尼复合材料的层间剪切性能
| 试件编号 | Fmax/N | τj/MPa |
|---|---|---|
| 1# | 2587 | 4.13 |
| 2# | 2613 | 4.21 |
| 3# | 2563 | 3.96 |
| 4# | 2531 | 3.84 |
| 5# | 2579 | 4.05 |
| 6# | 4136 | 6.58 |
| 7# | 4125 | 6.47 |
| 8# | 4232 | 6.84 |
| 9# | 4115 | 6.42 |
| 10# | 4227 | 6.75 |
| 项目 | 1# | 2# | 3# | 4# |
|---|---|---|---|---|
| 阻尼层厚度/mm | 0 | 0.1 | 0.3 | 0.4 |
| 损耗因子ζ/% | 0.46 | 1.35 | 2.43 | 3.46 |
表7 试件损耗因子
| 项目 | 1# | 2# | 3# | 4# |
|---|---|---|---|---|
| 阻尼层厚度/mm | 0 | 0.1 | 0.3 | 0.4 |
| 损耗因子ζ/% | 0.46 | 1.35 | 2.43 | 3.46 |
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