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      一種凝膠阻尼減震材料及其制備方法與流程

      文檔序號(hào):39622368發(fā)布日期:2024-10-11 13:43閱讀:40來(lái)源:國(guó)知局
      一種凝膠阻尼減震材料及其制備方法與流程

      本發(fā)明涉及減震材料,具體涉及一種凝膠阻尼減震材料及其制備方法。


      背景技術(shù):

      1、研究表明(science?2022,376(6593),624-629.)利用明膠和殼聚糖半互穿網(wǎng)絡(luò)組成的水凝膠具有優(yōu)異的仿生粘性鍵,外部振動(dòng)刺激將改變殼聚糖和明膠的粘彈性作用(氫鍵及疏水作用),并誘導(dǎo)重新排列殼聚糖和明膠鏈。因此該水凝膠表現(xiàn)出高阻尼和相變,可以實(shí)現(xiàn)選擇性頻率阻尼。但是該凝膠材料機(jī)械強(qiáng)度較差,并不適用于高剪切的振動(dòng)環(huán)境。在已有的工作中,凝膠的緩震效能來(lái)源于凝膠中高分子網(wǎng)絡(luò)的在沖擊過程中的能量耗散,這種耗散作用主要取決于高分子網(wǎng)絡(luò)相互作用的重構(gòu)(粘性鍵的重構(gòu)或高分子鏈空間結(jié)構(gòu)的重構(gòu))帶來(lái)的能量吸收效應(yīng)。但高分子的弛豫時(shí)間是受其分子鏈結(jié)構(gòu)和介質(zhì)環(huán)境等影響,因此對(duì)于高速?zèng)_擊或者連續(xù)沖擊中的能量吸收效能是不確定的。

      2、盡管凝膠材料在減震應(yīng)用中表現(xiàn)了極佳的能量耗散效果,但現(xiàn)有的技術(shù)路線還不足以實(shí)現(xiàn)廣泛的應(yīng)用,凝膠材料的力學(xué)特性、穩(wěn)定性以及實(shí)際應(yīng)用中的適用性都還存在問題,因此仍需要開發(fā)新的技術(shù)解決凝膠材料面臨的諸多問題。

      3、凝膠減震材料還面臨諸多挑戰(zhàn):材料的阻尼減震效果與材料強(qiáng)度的矛盾。已有的研究中所提到凝膠減震材料機(jī)械強(qiáng)度較差,提高材料強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致材料阻尼吸能效果變差;其次,因?yàn)楦叻肿渔湹某谠r(shí)間較長(zhǎng),凝膠阻尼材料的被沖擊變形后能否快速恢復(fù)也是挑戰(zhàn),限制了材料在連續(xù)沖擊條件下的阻尼減震應(yīng)用;第三,高剪切條件下材料機(jī)械性能較差,不能適用于高剪切應(yīng)用環(huán)境。


      技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

      1、針對(duì)凝膠材料在阻尼緩震應(yīng)用中存在的問題,本發(fā)明涉及一種凝膠阻尼緩震材料及其制備方法。本發(fā)明采用基于粘彈性能量耗散機(jī)制的凝膠材料制備方法,即將具有阻尼耗散特性的粘性介質(zhì)與線性聚合物粘性網(wǎng)絡(luò)結(jié)合,形成具有粘彈性能量耗散的阻尼凝膠材料。其中粘性介質(zhì)是小分子混合物且具有高的粘度,線型聚合物是可以通過單體聚合在上述中反應(yīng)形成線性結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所提供的凝膠材料具有很高的機(jī)械強(qiáng)度,同時(shí)還可以利用自身能量耗散結(jié)構(gòu)作為具有阻尼效果的緩震材料。

      2、具體地,一種凝膠阻尼緩震材料,主要由高分子聚合物和和粘性介質(zhì)混合而成。

      3、在一個(gè)實(shí)施例中,凝膠阻尼緩震材料主要由高分子聚合物和和粘性介質(zhì)組成,是由聚合物單體在粘性介質(zhì)環(huán)境中,在引發(fā)劑引發(fā)聚合反應(yīng)制成。

      4、其中,高分子聚合物5-50份和粘性介質(zhì)50-95份。

      5、高分子聚合物由聚合物單體聚合而成。聚合物單體可以是能通過聚合反應(yīng)形成高分子鏈的小分子,本發(fā)明中,單體是需要滿足可以溶解在粘性介質(zhì)中,且其聚合物與粘性介質(zhì)有較好的相容性。其中所述的良好的相容性指所生成的聚合物與粘性介質(zhì)有很好配伍性,或者能通過添加一定助劑促進(jìn)其與粘性溶劑配伍性提高的類型。因此,本發(fā)明單體選擇包括丙烯酰胺、丙烯酸、二甲基丙烯酰胺、丙烯酸羥乙酯或相關(guān)類似生物的一種或多種。其中,所述的類似物為丙烯酸酯類衍生物或丙烯酰胺類衍生物等。

      6、粘性介質(zhì)是一種由一種或多種小分子物質(zhì)與無(wú)機(jī)填料混合而成的高粘度混合物,該混合物的粘度為大于1000mpa·s。其中粘性介質(zhì)中的小分子物質(zhì)是由多羥基化合物10-40份、有機(jī)酸10-40份、季銨鹽10-40份和水10-100份組成。

      7、其中,小分子物質(zhì)的分子量小于1000,包括多羥基類化合物,如乙二醇、丙三醇(甘油)、季戊四醇等,或者山梨糖醇、木糖醇、蔗糖、葡萄糖、果糖等,或者聚乙二醇200,聚乙二醇400,聚乙二醇600等;有機(jī)酸類,如檸檬酸,酒石酸,蘋果酸,乳酸等;季銨鹽類,如四甲基氯化銨、四乙基氯化銨、四丁基氯化銨、甜菜堿,氯化膽堿等。

      8、其中,無(wú)機(jī)填料含量為5-20份,為納米顆粒,可以是硅酸鹽類、氧化物、碳酸鹽類等,具體可以是二氧化硅、鎂鋁水滑石、硅藻土、炭黑、納米氧化鎂、納米氧化鋁等,顆粒尺寸為20nm-10μm。

      9、進(jìn)一步地,為增加填料與聚合物網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,無(wú)機(jī)填料表面需要做表面修飾,常用的硅烷偶聯(lián)劑等。

      10、本發(fā)明中,聚合反應(yīng)可以通過光引發(fā)劑或熱引發(fā)劑引發(fā)聚合反應(yīng)。其中,光引發(fā)劑為α-戊二醛酮,2-羥基-2-甲基苯丙酮(pi-1173),2-羥基-4'-(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮(pi-2959)的一種或其它類似的光引發(fā)劑。

      11、本發(fā)明另一個(gè)目的是提供凝膠阻尼緩震材料的制備方法。

      12、具體地,凝膠阻尼緩震材料的制備方法,包括以下步驟:

      13、s1.無(wú)機(jī)填料準(zhǔn)備:取無(wú)機(jī)填料,在其表面噴灑硅烷偶聯(lián)劑,研磨,過篩;

      14、s2.粘性介質(zhì)準(zhǔn)備:取多羥基化合物、有機(jī)酸和季銨鹽溶解到水中,然后再加入上述的無(wú)機(jī)填料,機(jī)械攪拌混合均勻,攪拌時(shí)間0.5-12小時(shí);

      15、s3.凝膠前體溶液準(zhǔn)備:將聚合物單體與所述述粘性介質(zhì)混合,加入光引發(fā)劑,攪拌混合均勻,攪拌時(shí)間1-12小時(shí),脫氣,得溶液;

      16、s4.聚合反應(yīng):將上述溶液倒入模具中,光照聚合,得凝膠減震材料。

      17、所述步驟(1)中,研磨時(shí)間為5-60分鐘。

      18、所述步驟(2)中,為避免聚合物提前反應(yīng),控制攪拌溫度低于15度,且避光攪拌。

      19、所述步驟(3)中,光引發(fā)劑用量為單體質(zhì)量0.01-0.1%。光引發(fā)劑為α-戊二醛酮,2-羥基-2-甲基苯丙酮(pi-1173),2-羥基-4'-(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮(pi-2959)的一種或其它類似的光引發(fā)劑。

      20、所述步驟(4)中,紫外光為光源,光源功率為100-2000mw/cm2;光照時(shí)間5-120分鐘;反應(yīng)溫度30-60度。

      21、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果:

      22、現(xiàn)有技術(shù)中,凝膠阻尼材料的緩震性能來(lái)源于高分子網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)引起的能量吸收和耗散作用,以實(shí)現(xiàn)減緩振動(dòng)或沖擊的作用效果。但是受限于高分子鏈弛豫時(shí)間,基于該原理的阻尼緩震材料對(duì)高剪切速度或連續(xù)作用的振動(dòng)或沖擊的抑制作用較差。

      23、本發(fā)明提出基于小分子粘性介質(zhì)的能量耗散機(jī)制實(shí)現(xiàn)振動(dòng)或沖擊條件下的能量吸收。其中小分子粘性介質(zhì)作為主要的能量耗散結(jié)構(gòu),其損耗模量遠(yuǎn)大于彈性模量,且損耗模量隨剪切速率的增加快速增大,當(dāng)受到外界沖擊時(shí),粘性介質(zhì)中分子粘滯作用會(huì)快速吸收沖擊的機(jī)械能。另外,本發(fā)明中引入聚合物網(wǎng)絡(luò)作為支撐結(jié)構(gòu),賦予了其良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和恢復(fù)性。此外,聚合物鏈與粘性介質(zhì)間的相互作用也會(huì)將材料所受到的沖擊作用傳遞到整個(gè)凝膠網(wǎng)絡(luò),增加能量耗散體積,避免沖擊機(jī)械能的集聚,因此有更好的阻尼緩震效果。

      24、1.獨(dú)特的粘性介質(zhì)體系,該粘性介質(zhì)多羥基化合物、有機(jī)酸和季銨鹽組成,有高的表觀粘度,大于1000mpa·s,其損耗模量遠(yuǎn)大于彈性模量,且損耗模量隨剪切速率的增加快速增大;這樣的組成體系保證了介質(zhì)的粘性來(lái)源于分子間的弱相互作用(氫鍵和靜電作用)。

      25、2.粘性介質(zhì)與高分子聚合物的配伍性,粘性介質(zhì)的設(shè)計(jì)考慮了與之相互配合的聚合物的配伍性,聚合物網(wǎng)絡(luò)能提供很好的支撐結(jié)構(gòu),同時(shí)不破壞介質(zhì)的物性特征。

      26、3.無(wú)機(jī)填料的引入增加材料機(jī)械耗散作用,一方面填料的補(bǔ)強(qiáng)作用,增加聚合物鏈的恢復(fù)速度,有利于材料在連續(xù)沖擊下持續(xù)的能量耗散,其次填料的空間阻滯作用,可以很好的承載外在負(fù)載對(duì)材料的沖擊,減小聚合物鏈的被損壞的可能,增加材料的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

      27、4.本發(fā)明凝膠材料具有很好的阻尼緩震效果,可以用作減震材料。

      28、5.本發(fā)明凝膠具有平衡水汽的作用,如可以吸收人體排出的汗液或蒸汽。

      29、6.本發(fā)明凝膠材料可以在醫(yī)療中應(yīng)用,如作為阻尼墊為長(zhǎng)期臥床病患提供保護(hù),減小壓瘡發(fā)生,同時(shí)該材料具有很好的平衡水汽的作用,也會(huì)增加使用的舒適性。

      30、7.本發(fā)明凝膠材料也可以作為運(yùn)動(dòng)減震鞋墊,坐墊填充材料,可以用在鞋類的支撐緩震材料,不僅具有很好地緩震效果,同時(shí)可以吸收汗液,提高舒適性。

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