[發(fā)明專利]一種高分子基寬溫域阻尼復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310248927.2
• 申請日: 2013-06-21
• 公開（公告）號: CN103342034A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭少云;張風(fēng)順;吳宏;楊金;王文志;姜其斌
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué);株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司
• 主分類號: B32B33/00
• 分類號: B32B33/00;B29C47/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高分子基寬溫域阻尼復(fù)合材料，更具體的說，是以模量較高的塑料為約束層，以模量較低的橡膠為阻尼層，具有交替層合結(jié)構(gòu)的寬溫域約束阻尼結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，屬于高分子材料的加工制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備趨于高速化和自動化，振動和噪聲污染日益嚴(yán)重。振動不僅對機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行和壽命產(chǎn)生影響，同時(shí)也影響了人身健康，因此減振降噪已引起社會各界的廣泛關(guān)注，成為一個(gè)亟待解決的重要問題。阻尼材料可以將機(jī)械振動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芑蚱渌问降哪芰亢纳⒌簦瑥亩_(dá)到減振降噪的目的。

高分子材料在受交變應(yīng)力(?如振動)?作用時(shí)應(yīng)變滯后于應(yīng)力的變化,?特別是處于玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)域的高分子材料,?表現(xiàn)出明顯的力學(xué)阻尼特性，此時(shí)聚合物具有足夠高的損耗因子，能夠大量吸收振動能量，從而具有減振降噪的作用。因此高分子基阻尼材料廣泛的應(yīng)用于宇航、火車、汽車、機(jī)械設(shè)備和日常用品領(lǐng)域。然而，一般高分子材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度范圍較窄，產(chǎn)生有效阻尼的溫度范圍大致為玻璃化溫度附近的±10℃～12℃，材料的使用溫度范圍有限，因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中，往往需要阻尼減振材料在寬的溫度范圍內(nèi)保持良好的阻尼性能，如一般交通工具要求阻尼材料在-50℃～50℃的溫度范圍內(nèi)具有有效的阻尼功能。

目前高分子基阻尼材料存在以下問題：

（1）橡膠類高分子材料的玻璃化轉(zhuǎn)變大多在室溫以下，而塑料類高分子材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度一般高于室溫。如果將橡膠和塑料簡單地進(jìn)行共混，由于橡膠和塑料互容性通常較差，其共混物內(nèi)存在相分離的問題，所以在橡膠和塑料玻璃化轉(zhuǎn)變的中間區(qū)域存在阻尼低谷，即在室溫附近的阻尼減振效果較差。

（2）互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)（IPN）技術(shù)可以將兩種或多種聚合物各自交聯(lián)和互相貫穿并纏結(jié)組成高分子共混物，互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)迫互容作用，可以形成微相分離的雙連續(xù)結(jié)構(gòu)，可以有效改善高分子共混物的阻尼性能。但是，由于互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)技術(shù)存在工藝復(fù)雜、成本較高、溶劑難完全排除等問題，因而被限制于制備阻尼涂料。

（3）隨著技術(shù)的發(fā)展，粘彈性高分子基阻尼復(fù)合結(jié)構(gòu)的類型在不斷豐富,?從最初的自由阻尼層結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)展到約束阻尼層結(jié)構(gòu)、插入阻尼結(jié)構(gòu)等。阻尼敷設(shè)形式也從單層阻尼發(fā)展到多層,?從單層阻尼單層約束到多層間隔處理。自由阻尼是直接將阻尼材料粘附到需要減振的構(gòu)件表面，當(dāng)構(gòu)件受到振動時(shí)，阻尼層發(fā)生拉伸形變來消耗能量，約束阻尼結(jié)構(gòu)是在阻尼層上粘附高模量的約束層材料，當(dāng)構(gòu)件受到振動時(shí)，阻尼層發(fā)生剪切形變，由于剪切損耗而具有更大的結(jié)構(gòu)損耗。但是目前研究和應(yīng)用的層狀約束阻尼存在層數(shù)較低（一般2至3層），且多是通過人工或機(jī)器敷設(shè)，工藝復(fù)雜使用不方便。

發(fā)明內(nèi)容

針對目前高分子基阻尼材料存在的以上缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種橡膠塑料交替層合結(jié)構(gòu)的高分子基寬溫域阻尼復(fù)合材料及其制備方法，其復(fù)合材料在較寬的阻尼溫域具有良好的阻尼性能，其層數(shù)和層厚可控，方法簡單可連續(xù)批量生產(chǎn)。

本專利通過以下技術(shù)原理實(shí)現(xiàn)聚合物基復(fù)合材料的高阻尼和寬阻尼溫域性能：（1）橡膠層在低于室溫具有良好的阻尼性，塑料在高于室溫具有良好的阻尼性，兩者的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)在低于室溫和高于室溫的溫域可兼具良好的阻尼性能；（2）由于塑料約束層的模量比橡膠阻尼層的模量高1～3個(gè)數(shù)量級，在振動場中可使橡膠阻尼發(fā)生對減振更有效的剪切形變，增大將振動能的吸收，從而提高阻尼性能；（3）在形成的橡膠層和塑料層的新型軟硬交替層合的雙連續(xù)結(jié)構(gòu)中，大量連續(xù)的層界面可以增加界面摩擦和滑移，在室溫附近溫度出現(xiàn)新的中間損耗峰，從而有效拓寬了阻尼溫域，并提高了損耗因子，進(jìn)一步提高了阻尼性能。

具體講，本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，本發(fā)明的高分子基寬溫域阻尼復(fù)合材料由以下高分子基橡膠阻尼層物料和塑料約束層物料經(jīng)熔融塑化、n次層狀疊合而形成的2^（n+1）層軟硬交替的層狀約束阻尼結(jié)構(gòu)：

（1）所述高分子基橡膠阻尼層的基體選用玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在-60℃～10℃之間的高分子材料或高分子基復(fù)合材料，該橡膠阻尼層的最大損耗因子≥0.75，有效阻尼溫域（Tanδ>0.5）寬度≥40℃；以保證橡膠層具備有效的阻尼性；

（2）所述高分子基塑料約束層的基體選用玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在40℃～110℃之間的高分子材料或高分子基復(fù)合材料，該塑料約束層的最大損耗因子≥0.75，有效阻尼溫域（Tanδ>0.5）寬度≥30℃；這樣，高分子基塑料約束層不僅具有約束層的作用而且可提供一定的阻尼性；