[發(fā)明專利]一種聚氨酯/泡沫鋁復(fù)合材料及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410816664.5
• 申請(qǐng)日: 2014-12-24
• 公開（公告）號(hào): CN104439166A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李愛群;劉少波;軒鵬;何思淵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): B22D18/06
• 分類號(hào): B22D18/06;C22C1/08;B29C39/10;C08G18/66;C08G18/48;C08G18/32;C08G18/10
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務(wù)所 32250
• 代理人: 王斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高阻尼粘彈性材料與高性能泡沫金屬形成的復(fù)合材料，具體地說是聚氨酯與開孔連通泡沫鋁形成的復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

振動(dòng)和噪聲問題已經(jīng)成為當(dāng)今世界環(huán)境惡化的三大污染源之一，屬于國際上公認(rèn)的七大公害。振動(dòng)和噪聲不僅影響機(jī)器的精度和壽命，而且會(huì)惡化工作環(huán)境，影響人的健康，使人心煩、耳鳴，嚴(yán)重者甚至喪失工作能力。采用高阻尼材料是解決振動(dòng)和噪聲問題十分有效的手段。地震災(zāi)害給人類帶來巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失，減震、隔震技術(shù)的出現(xiàn)為人類應(yīng)對(duì)地震災(zāi)害提供了新的途徑，而高阻尼材料可以在很大程度上提高減震、隔震技術(shù)的效果。因此，研究制備高阻尼材料具有非常積極的意義。

泡沫鋁是近年來發(fā)展迅速的一種新型輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，它是以鋁或鋁合金等為原料，經(jīng)發(fā)泡處理后在其內(nèi)部形成大量氣泡或孔洞的一種多孔材料，兼有連續(xù)金屬相和分散空氣相的特點(diǎn)，表現(xiàn)出集結(jié)構(gòu)和功能于一身的優(yōu)良特性。相對(duì)于傳統(tǒng)的致密金屬，泡沫鋁具有許多結(jié)構(gòu)上的優(yōu)異特性，如輕質(zhì)、高比強(qiáng)度、高比剛度、比表面積大等；作為功能材料，它又具有吸聲、隔音、滲透性強(qiáng)、電磁波吸收性能好、阻燃性能好等優(yōu)點(diǎn)。

由于泡沫鋁特殊的胞孔結(jié)構(gòu)，使其具有較低的屈服強(qiáng)度和比較大的壓縮應(yīng)變，因而是一種具有高能量吸收特性的輕質(zhì)高阻尼材料。研究表明，泡沫鋁的阻尼值可達(dá)其基體金屬的10倍以上。但是，其阻尼值還不足以使其應(yīng)用在高阻尼場合；另外，由于泡沫鋁中含有大量的孔洞，因此存在強(qiáng)度、模量不高的缺點(diǎn)，不宜單獨(dú)作為結(jié)構(gòu)材料使用。泡沫鋁的孔隙率對(duì)其結(jié)構(gòu)性能和功能特性起控制作用，而其功能特性與結(jié)構(gòu)特性又相互制約：孔隙率大，內(nèi)耗大、阻尼性能好，而強(qiáng)度低、力學(xué)性能差；孔隙率低，情況則相反。這些因素限制了泡沫鋁的應(yīng)用范圍。因此，如何在改善泡沫鋁力學(xué)性能的同時(shí)，提高其它諸如能量吸收、阻尼性能是需要研究的問題。通孔泡沫鋁與閉孔泡沫鋁相比，其阻尼性能較優(yōu)越，同時(shí)其力學(xué)性能較差，因此當(dāng)前主要研究對(duì)通孔泡沫鋁材料的改進(jìn)。

粘彈性材料，例如橡膠、環(huán)氧樹脂、聚氨酯等，因其特有的粘彈性而具有很高的阻尼損耗因子，因此被廣泛應(yīng)用于阻尼材料的研制和使用。但在力學(xué)性能方面，由于粘彈性材料的彈性模量過低，因此不能單獨(dú)作為結(jié)構(gòu)材料使用。

從上面的論述可以看出，可以考慮向三維開孔連通泡沫鋁結(jié)構(gòu)中填充粘彈性材料，得到一種鋁與粘彈性材料的交織復(fù)合材料：在提高泡沫鋁力學(xué)性能的同時(shí)，充分利用泡沫鋁與粘彈性材料兩種材料的阻尼機(jī)制，形成一種具有高阻尼特性的新型復(fù)合材料。這種方法將在很大程度上改善泡沫鋁的性能，達(dá)到功能結(jié)構(gòu)一體化要求，從而拓寬其使用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是：為了解決純泡沫鋁力學(xué)性能差，阻尼性能不高、不足以運(yùn)用在高阻尼場合等問題，提供一種泡沫鋁與聚氨酯組成的復(fù)合材料及其方法，該方法工藝簡單，成本低，所得復(fù)合材料具備較好的力學(xué)性能和高阻尼性能。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：提供一種聚氨酯/泡沫鋁復(fù)合材料，復(fù)合材料包括通孔泡沫鋁以及填充在通孔泡沫鋁孔隙中的聚氨酯。

優(yōu)選的，上述聚氨酯/泡沫鋁復(fù)合材料中聚氨酯是由A料預(yù)聚體和B料摩卡類固化劑混合而成，混合比例為10：1。

優(yōu)選的，上述聚氨酯/泡沫鋁復(fù)合材料中，泡沫鋁的孔隙率高于60%，孔徑尺寸為3-6mm。

一種制備上述聚氨酯/泡沫鋁復(fù)合材料的方法，該方法的具體步驟如下：

1.??將泡沫鋁用涂有聚氨酯脫模劑的錫紙包好，放在聚氨酯澆注機(jī)的澆注頭下方。

2.??78℃~82℃時(shí)，調(diào)節(jié)聚氨酯澆注機(jī)，調(diào)整?A料預(yù)聚體和B料摩卡類固化劑的比例，混合后得到液態(tài)聚氨酯。調(diào)節(jié)澆注機(jī)壓力為1~2MPa使聚氨酯流出，經(jīng)澆注頭流入下方泡沫鋁樣品，當(dāng)聚氨酯在泡沫鋁樣品上覆蓋約2-4mm時(shí)，停止?jié)沧ⅰ?/p>

3???????將上述泡沫鋁樣品放入烘箱中，設(shè)定溫度為115℃~125℃，待聚氨酯交聯(lián)固化完成后，將泡沫鋁樣品外的錫紙去除，再將樣品外多余的聚氨酯切除、打磨掉，即得到所需高阻尼性能的聚氨酯/泡沫鋁復(fù)合材料。

其中，上述制備聚氨酯/泡沫鋁復(fù)合材料的方法中所用泡沫鋁的制備過程如下：先將氯化鈉顆粒烘干、篩分，將直徑在3-6?mm范圍內(nèi)的顆粒壓結(jié)在模具中進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為465℃；將鋁錠加熱至熔化，然后將溫度設(shè)定為765℃并保溫一段時(shí)間；然后將鋁液倒入裝有NaCl顆粒的模具內(nèi)，控制負(fù)壓為60kPa，滲流過程在5s內(nèi)完成；待冷卻后，將滲流后的復(fù)合體放入水池中沖洗，溶去NaCl得到所需的通孔泡沫鋁。