[發明專利]一種制備NiTi彈簧與碳納米管和聚氨酯復合材料的方法

有效

• 申請號: 201410085447.3
• 申請日: 2014-03-11
• 公開（公告）號: CN103937224A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 李莉;田兵;鄭玉峰;王楊輝;陳楓;佟運祥;劉二寶
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: C08L75/04
• 分類號: C08L75/04;C08K13/04;C08K7/00;C08K3/04;C08K3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種復合功能材料的制備方法，具體地說是一種改進的制備NiTi彈簧/碳納米管/聚氨酯復合材料的方法。

背景技術

振動與噪音的危害是巨大的，其不僅破壞機械設備運行的可靠性和穩定性，而且會污染環境，危害人類的健康。事實證明，采用阻尼材料是控制結構共振和噪音的最有效方法。對材料的阻尼行為進行研究，開發出具有較高阻尼性能的阻尼材料，對降低和解決由振動造成的危害與問題有著十分重要的現實意義。單一的阻尼材料往往不能完全滿足工程應用上的使用要求。例如，高聚物雖然具有很高的阻尼損耗因子，但是由于剛度和比強度低、抗蠕變性差，不能作為結構件來使用。因此，考慮在聚合物基體中添加無機填料以及金屬纖維，發揮添加材料的力學性能特點，實現不同材料的優勢互補，制備出高強度的減振復合材料。

聚氨酯材料是一類以異氰酸酯與多元醇反應制得的嵌段共聚物，主鏈是由玻璃化溫度低于室溫的柔性鏈段和玻璃化溫度高于室溫的剛性鏈段嵌段而成的，其獨特的結構賦予了其優良的綜合性能，最大的特點是富有彈性，耐磨性卓越，良好的耐油性和耐臭氧性，有一定的形狀記憶性能，并能產生較大的阻尼，但是比較明顯的缺點就是力學強度較低。碳納米管作為一維納米材料，其超強的力學性能可以極大地改善聚合物材料的強度和韌性，因此在理論上是復合材料理想的增強材料。另外，碳納米管填料具有非常大的長徑比、表面積，與樹脂基體界面接觸面積非常大。當碳納米管與樹脂基體產生相對滑移時，可以通過界面摩擦耗散能量，從而使復合材料的阻尼性能得到提高。此外，聚合物材料往往在玻璃化轉變溫度附近表現出高的阻尼性能，這在一定程度上限制了其阻尼應用范圍。加入碳納米管后，由于界面摩擦損耗能量，使材料的阻尼性能對溫度的依賴性有所降低。因此，利用碳納米管摻雜聚氨酯基體是改善復合材料力學性能和阻尼性能的有效辦法。

隨著航天航空、精密儀器等領域的迅猛發展，高阻尼材料在具備高強度、優良耐腐蝕性的同時，還應具備適應外界環境變化并適當調整自身力學性能和動態力學行為的智能屬性。因此，開發出智能屬性的阻尼材料是未來的重點發展趨勢。選擇NiTi形狀記憶合金與聚氨酯阻尼材料復合，利用NiTi形狀記憶合金在溫度或應力驅動下發生熱彈性馬氏體轉變所表現出的良好超彈性、形狀記憶效應和阻尼特性，可以對外界環境變化做出響應，調整自身的力學性能和動態力學行為。因此，利用NiTi合金與聚氨酯基體復合，在保證材料具有高阻尼的同時，還可以實現力學屬性與阻尼性能的智能控制。

綜上，碳納米管與NiTi形狀記憶合金可以有效提高聚合物材料的力學性能、阻尼性能和功能特性。目前公開報道的文獻中主要涉及的是在粘彈性樹脂材料中單一添加碳納米管或NiTi合金絲等，都未能將碳納米管、NiTi合金和粘彈性材料的優點進行有效結合。鑒于此，申請人將碳納米管和NiTi合金復合摻雜到聚氨酯樹脂基體中，利用熱熔成型法制備了具有溫度響應特性的阻尼復合材料（專利申請號：201310099996.1）。熱熔成型法具有成型效率高、成本低等特點。但是，在研究中發現，采用熱熔法制備復合材料時，由于樹脂基體的整體流動性不好，所以碳納米管只能在局部有效分散，整體分散效果不好。另外，由于在制備不同形狀的材料時需要預先準備不同的模具，從而增加了生產成本。

發明內容

本發明的目的在于提供一種工藝簡單、成型性好、成本低的制備NiTi彈簧與碳納米管和聚氨酯復合材料的方法。

本發明的目的是這樣實現的：

（1）將碳納米管與聚氨酯彈性體顆粒分別溶于有機溶劑中，將碳納米管溶液逐滴加入聚氨酯彈性體溶液中，碳納米管的含量為0.1～1wt%；

（2）將步驟（1）得到的混合溶液置于真空干燥箱中排氣，溫度保持在70～100℃，時間為0.5h～1.5h；

（3）將NiTi合金彈簧放入丙酮中超聲清洗；

（4）將NiTi合金彈簧緩慢嵌入步驟（2）的得到的混合體系中；

（5）在鼓風恒溫箱中去除溶劑，進行復合材料成型，溫度保持在70～100℃，成型時間為24～48h，待溶劑完全去除后即得NiTi彈簧與碳納米管和聚氨酯復合材料。

所述將碳納米管與聚氨酯彈性體顆粒分別溶于有機溶劑中是指：并將碳納米管溶液超聲分散1h～3h；將聚氨酯彈性體溶液置于磁力攪拌器中攪拌。