專利名稱：一種聚合物基阻尼材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種阻尼材料，尤其涉及聚合物基阻尼材料的結構。
背景技術：
聚合物是一類傳統(tǒng)的吸振材料，其吸振機理基于粘彈阻尼，即當聚合物受到交變應力作用產(chǎn)生變形時，在其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg附近，由于分子內(nèi)部及分子間的內(nèi)摩擦使振動機械能變換為熱能而消耗，從而達到吸振降噪的目的。因此，如何增大分子內(nèi)部及分子間的內(nèi)摩擦成為提高減振降噪阻尼性能的關鍵。近年來，人們將納米級的無機填料通過各種特殊的方法填充到聚合物基體中，利用納米粒子的尺寸效應、大的比表面積以及強的界面相互作用達到提高聚合物力學性能或具有特殊的磁、光、聲、電、熱等功能的目的。日本東京工業(yè)大學住田雅夫教授提出將納米壓電陶瓷粒子與導電炭黑共混到聚合物中，制備壓電導電型聚合物基吸振復合材料的設想。該設想的材料吸振機理基于振動機械能→電能→熱能的轉(zhuǎn)換損耗而非傳統(tǒng)的粘彈阻尼，故不依賴于聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變，理論上可以用任何一種聚合物作為基體，可以拓展其應用溫度范圍。盡管壓電導電型聚合物基吸振復合材料從原理上講，具有傳統(tǒng)聚合物阻尼材料無可比擬的優(yōu)越性，但由于無機壓電粒子與聚合物基體之間的不匹配，無機壓電粒子與聚合物基體之間形成的內(nèi)摩擦作用有限，因此在提高吸振阻尼效果上也是很有限的。而近年來興起的納米插層復合技術主要應用于提高材料的力學性能(比如提高材料的強度、韌性)和提高材料的汽液阻隔性能。但用于阻尼材料，特別是使其具有本發(fā)明所提出的“多重約束型阻尼結構“來提高阻尼性能，尚未見文獻和應用報道。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述技術中的聚合物大分子內(nèi)部及分子間的內(nèi)摩擦作用力小或者大分子和添加劑之間的摩擦力有限的缺陷，本發(fā)明通過改變聚合物基阻尼材料的內(nèi)部結構，提供一種損耗模量大、加工方便、減振降噪效果好的阻尼材料。
本發(fā)明的一種聚合物基阻尼材料，其結構由多個層次組成，各層次在結構上具有相似性。它由聚合物和m個疊層復合體組成，疊層復合體由n個納米約束阻尼型結構體排列組成；其中納米約束阻尼型結構體是由聚合物阻尼單元運用插層方法插入到層狀無機納米材料層間制得的。其中層狀無機納米材料至少選自云母、石墨、二硫化鉬、一氮化硼、蒙脫土、高嶺土層狀硅酸鹽或各種人工合成的層狀無機納米材料的一種。聚合物阻尼單元至少選自單種聚合物、2種或2種以上的聚合物混合體、聚合物和功能性添加劑混合體或聚合物互貫網(wǎng)絡結構體中的一種。
上述聚合物應至少選自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、氯化聚乙烯、聚氯乙烯、氟化聚烯烴、聚偏二氟乙烯、天然橡膠、合成橡膠和各類熱塑性彈性體中的一種。功能性添加劑至少選自一種化合物或低聚物，其官能團至少含有羥基、羧基、氨基、羰基或氟、氯、溴、氧、硫、氮雜原子中的一種。
本發(fā)明的插層方法一般選自熔體插層、溶液插層和原位聚合插層方法中的一種。
本發(fā)明的聚合物阻尼單元通過運用插層方法插入到層狀無機納米材料層間，整個的高分子鏈在層狀無機納米材料層間與層片形成較強力的鉸合，構成一個納米約束阻尼型結構體(如圖1中C所示)。在受到外力的作用時，層片與聚合物阻尼單元之間由于摩擦并轉(zhuǎn)化為熱，在很大程度上提高了阻尼性能。同時在本發(fā)明聚合物阻尼單元中還可以加入功能性添加劑，加入該添加劑的主要目的一方面是使聚合物和功能性添加劑形成超分子組裝體，微共晶結構阻礙了聚合物分子鏈的運動，使玻璃化轉(zhuǎn)變溫度向室溫區(qū)域移動，起到調(diào)節(jié)阻尼峰位置的作用。另一方面功能性添加劑也具有插層劑的作用，有利于聚合物阻尼單元插入到層狀無機納米材料層間。
上述發(fā)明所述的一種聚合物基阻尼材料的結構，由于采用了n個納米約束阻尼型結構體排列組成本結構的疊層復合體，m個疊層復合體分布在聚合物基體中構成本發(fā)明聚合物基阻尼材料的結構。整個阻尼材料的結構由多個層次組成，而且各層次在結構上具有相似性，后一層次是前一層次的縮影(數(shù)學上稱為分形結構)。這樣就大大地提高了材料的阻尼效果。試驗結果也證明了本發(fā)明在提高材料的阻尼效果上是十分明顯的。


圖1為本發(fā)明實施例多重約束阻尼型材料內(nèi)部結構示意圖，其中a為宏觀約束阻尼型結構的示意圖；b為a中分散在聚合物基體中的疊層復合體的結構示意圖；c為b中構成疊層復合體的納米約束阻尼型結構體的結構示意圖；d為c中聚合物阻尼單元結構的示意圖；圖2為本發(fā)明實施例和比較例1、2的損耗模量比較示意圖。
具體實施例方式
下面結合圖1對本發(fā)明的實施例做進一步說明。
本實施例采用的材料層狀無機納米材料采用MCA-6 1000目的云母，聚合物阻尼單元采用丙烯酸酯類彈性體(ARTPE)和功能性添加劑4，4’-硫代-雙(3-甲基-6-叔丁基苯酚)(BPSR)的混合體。
首先使用雙輥開煉機，在70-90℃下將100g聚合物基體ARTPE混煉5分鐘，再與60g BPSR共混10分鐘，然后將200g云母加入該混合物，并在70-90℃充分混合10分鐘，進行熔體插層，然后在19.6MPa的壓力下模塑10分鐘，隨后驟冷到水中，得到厚度為2毫米的阻尼片材。宏觀約束阻尼型結構如圖1的a所示，a中的分散在聚合物基體中的疊層復合體的結構如圖1的b所示，b中構成疊層復合體的納米約束阻尼型結構如圖1的c所示，c中的阻尼單元結構如圖1的d所示。從圖1的a和c可看出他們的結構非常相似。
材料的損耗模量評估結果在圖2中曲線實施例所示，最終的阻尼效果(阻尼損耗因子η2)在表1中給出。
為了說明本發(fā)明在提高材料的阻尼特性上具有明顯的效果，在這里還采用了2個比較例及其測定結果對本發(fā)明的效果進行了詳細的說明。比較例所采用的材料相同于實施例采用的材料。
比較例1首先使用雙輥開煉機，在70-90℃下將130g聚合物基體ARTPE混煉10分鐘。然后在19.6MPa的壓力下模塑10分鐘，隨后驟冷到水中，得到厚度為2毫米的阻尼片材。損耗模量評估結果在圖2曲線比較例1所示，最終的阻尼效果(阻尼損耗因子)在表1中給出。
比較例2
首先使用雙輥開煉機，在70-90℃下將100g聚合物基體ARTPE混煉10分鐘，再與60g BPSR共混10分鐘，然后在19.6MPa的壓力下模塑10分鐘，隨后驟冷到水中，得到厚度為2毫米的阻尼片材。損耗模量評估結果如圖2中曲線比較例2所示，最終的阻尼效果(阻尼損耗因子)在表1中給出。
表1 阻尼材料損耗因子

以上是實施例、比較例1和比較例2的測試結果。從圖2和表1中可以看出，實施例的材料的損耗模量、最終的阻尼損耗因子均較比較例的材料有明顯的提高。
以上的實施例和比較例阻尼材料的損耗模量(E″)通過動態(tài)力學分析儀(DMA)來評估。測定中采用英國Triton Technology Ltd.生產(chǎn)的Tritech 2000DMA，在1Hz的頻率下和3℃/min的加熱速率下，由-20℃至100℃，以拉伸模式來確定。
最終的阻尼性能評價阻尼損耗因子的測定由上海同濟大學聲學研究所按以下方法測定1.測試試件兩塊1mm厚的鋼板作為基板，采用懸臂梁方式測量其共振頻率及阻尼損耗因子。再將四塊阻尼材料(樣品)分別粘貼在鋼板上，形成自由阻尼結構，采用懸臂梁方式測量此復合結構阻尼損耗因子η。
2.測試依據(jù)國家標準GB/T 16406-1996《聲學材料阻尼性能的彎曲共振測試方法》參照美國ASTME756-83《測試材料振動阻尼特性的標準方法》3.測試方法共振法
4.測試儀器丹麥BK1022拍頻振蕩器、丹麥BK2120測試放大器、振動阻尼測試臺、ASS321-10MHz頻率計數(shù)器、丹麥BKMM0002電磁換能器(兩個)。
5.材料阻尼損耗因子計算公式η2=η1+MTMT1+4MT+6MT2+4MT3+M2T43+6T+4T2+2MT3+M2T4]]>式中η、η2分別為阻尼涂層板和阻尼材料的阻尼損耗因子；M為阻尼材料與金屬基板儲能彎曲模量的比值T為阻尼材料和金屬基板的厚度比6.測試條件室內(nèi)溫度20℃。
權利要求
1，一種聚合物基阻尼材料，其特征在于該阻尼材料的結構由多個層次組成，各層次在結構上具有相似性，它由聚合物和m個疊層復合體組成，疊層復合體由n個納米約束阻尼型結構體排列組成；其中納米約束阻尼型結構體是由聚合物阻尼單元、層狀無機納米材料運用插層方法制得的。
2，根據(jù)權利要求1所述的一種聚合物基阻尼材料，其特征在于所述層狀無機納米材料至少選自云母、石墨、二硫化鉬、一氮化硼、蒙脫土、高嶺土層狀硅酸鹽或各種人工合成的層狀無機納米材料的一種。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種聚合物基阻尼材料，其特征在于所述聚合物阻尼單元至少選自單種聚合物、2種或2種以上的聚合物、聚合物和功能性添加劑混合體或聚合物互貫網(wǎng)絡結構體中的一種。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種聚合物基阻尼材料，其特征在于所述聚合物至少選自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、氯化聚乙烯、聚氯乙烯、氟化聚烯烴、聚偏二氟乙烯、天然橡膠、合成橡膠和各類熱塑性彈性體中的一種。
5.根據(jù)權利要求3所述的一種聚合物基阻尼材料，其特征在于所述功能性添加劑至少選自一種化合物或低聚物，其官能團至少含有羥基、羧基、氨基、羰基或氟、氯、溴、氧、硫、氮雜原子中的一種。
6.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種聚合物基阻尼材料，其特征在于所述插層方法選自熔體插層、溶液插層和原位聚合插層方法中的一種。
7.根據(jù)權利要求1或2或3或4或5所述的一種聚合物基阻尼材料，其特征在于所述層狀無機納米材料是云母，所說的聚合物阻尼單元是丙烯酸酯類彈性體和功能性添加劑4，4’-硫代-雙(3-甲基-6-叔丁基苯酚)的混合體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種阻尼材料，尤其涉及一種聚合物基阻尼材料，其結構由多個層次組成，各層次在結構上具有相似性。它由聚合物和m個疊層復合體組成，疊層復合體由n個納米約束阻尼型結構體排列組成；其中納米約束阻尼型結構體是由聚合物阻尼單元運用插層方法插入到層狀無機納米材料層間制得的。試驗結果證明本發(fā)明在提高材料的阻尼效果上是十分明顯的。在減震防噪工程領域具有廣泛的應用前景。
文檔編號C08L23/00GK1693350SQ20041001814
公開日2005年11月9日 申請日期2004年5月9日 優(yōu)先權日2004年5月9日
發(fā)明者張 誠 申請人:張 誠