一種以空殼泡沫陶瓷球?yàn)楣橇系姆稚訌?fù)合阻尼材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于國防工程防護(hù)材料領(lǐng)域，特別是涉及人防指揮工程成層式結(jié)構(gòu)的一種 以空殼泡沫陶瓷球?yàn)楣橇系姆稚訌?fù)合阻尼材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 將砂、土作為分散層功能單元設(shè)置于遮彈層與圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間，一直是人防指揮工 程抗爆的重要措施，且具有取材方便、價(jià)格低廉、施工簡單等特點(diǎn)，但在長期使用過程中發(fā) 現(xiàn)存在兩個(gè)方面的缺點(diǎn)：（1)吸水飽和或板結(jié)后衰減系數(shù)大幅度下降，有資料表明：干燥松 散的砂衰減系數(shù)為3. 25,而吸水飽和后砂的衰減系數(shù)為2. 5 ; (2)衰減機(jī)制僅包括散狀材料 的高頻碰撞摩擦，方式比較單一，效率比較低；（3)易塌陷、板結(jié)等。
[0003] 因此，國內(nèi)外同類研究機(jī)構(gòu)越來越重視新型分散層材料的研制和應(yīng)用研究。美國 陸軍水道實(shí)驗(yàn)站聚乙烯骨料混凝土、泡沫玻璃、聚氨酯泡沫等材料對(duì)地沖擊應(yīng)力波的吸收 能力，研究發(fā)現(xiàn)該類材料模量與地沖擊應(yīng)力波的強(qiáng)度不匹配；國內(nèi)唐德高等研究了泡沫混 凝土作為地下坑道回填材料的抗爆吸能能力；趙凱等研究了泡沫混凝土作為成層式結(jié)構(gòu)分 散層對(duì)爆炸波的衰減和彌散作用，但在實(shí)際使用過成長發(fā)現(xiàn)，泡沫混凝土也容易吸水飽和， 因此性能大幅度下降。薄壁殼體結(jié)構(gòu)作為緩沖、吸能元件是近年來防護(hù)設(shè)計(jì)的一個(gè)新思路， 圓管、圓環(huán)和球殼都是有限的吸收元件，但目前僅限于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，難以推廣到大比尺 的防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種以空殼泡沫陶瓷球?yàn)楣橇系姆稚訌?fù)合阻尼材料，具有 衰減系數(shù)更大、性價(jià)比更高、性能更穩(wěn)定等特點(diǎn)，能夠代替目前正在使用的砂土等就便材 料，提高成層式防護(hù)結(jié)構(gòu)的綜合防護(hù)能力。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種以空殼泡沫陶瓷球?yàn)楣橇系姆稚訌?fù)合阻尼材料，包括：空殼泡沫陶瓷球 (1)、高黏彈瀝青和聚苯乙烯顆粒的共混物（2)，空殼泡沫陶瓷球（1)內(nèi)設(shè)置有高黏彈瀝青 和聚苯乙烯顆粒的共混物（2)。
[0007] -種以空殼泡沫陶瓷球?yàn)楣橇系姆稚訌?fù)合阻尼材料，所述空殼泡沫陶瓷球（1) 采用了 一種球殼結(jié)構(gòu)、孔隙率高的閉孔泡沫陶瓷材料。
[0008] -種以空殼泡沫陶瓷球?yàn)楣橇系姆稚訌?fù)合阻尼材料，所述粘接材料由聚苯乙烯 顆粒與高黏彈瀝青共混制成，能夠保持材料黏彈性本征阻尼的同時(shí)，還能大幅度降低材料 的密度；所述聚苯乙烯顆粒與高黏彈瀝青共混的質(zhì)量為比100:2 ;所述聚苯乙烯顆粒的直 徑為1mm。
[0009] -種以空殼泡沫陶瓷球?yàn)楣橇系姆稚訌?fù)合阻尼材料，所述的高黏彈瀝青材料由 石油瀝青、線型SBS、芳烴油和強(qiáng)氧化劑經(jīng)高溫共混改性而成，是一種半互穿網(wǎng)絡(luò)微觀結(jié)構(gòu)， 同時(shí)具有損耗因子大、溫敏性低和理想模量-時(shí)溫的特性。
[0010] -種以空殼泡沫陶瓷球?yàn)楣橇系姆稚訌?fù)合阻尼材料，所述的高黏彈瀝青材料的 配方比例為：石油瀝青：線型SBS:芳烴油：氧化劑=100:26:30:1。
[0011] -種以空殼泡沫陶瓷球?yàn)楣橇系姆稚訌?fù)合阻尼材料，所述空殼泡沫陶瓷球（1) 內(nèi)設(shè)置的共混物（2)，是將共混物（2)的高黏彈瀝青和聚苯乙烯顆粒填充在空殼泡沫陶瓷 球（1)間隙內(nèi)，構(gòu)成的材料衰減系數(shù)為4. 2、密度為0. 85g/cm3,波速為120m/s。
[0012] -種以空殼泡沫陶瓷球?yàn)楣橇系姆稚訌?fù)合阻尼材料制備方法，其步驟如下：
[0013] (1)原材料，采用空殼泡沫陶瓷球、高黏彈瀝青和聚苯乙烯顆粒材料，其中空殼泡 沫陶瓷球1為最緊密堆積，聚苯乙烯顆粒材料的直徑為1mm;
[0014] 高黏彈瀝青和聚苯乙烯顆粒的共混物復(fù)合阻尼材料2填充在空殼泡沫陶瓷球1間 隙內(nèi)，高黏彈瀝青和聚苯乙烯顆粒的共混物復(fù)合阻尼材料質(zhì)量比為100: 2。
[0015] (2)地沖擊衰減性能及其他物理性能
[0016] 高粘彈瀝青復(fù)合阻尼材料的密度kg/m3:846,波速m/s: 150~200,波阻 抗X106kg/m2·s:0· 127 ~0· 169,衰減系數(shù)η:4· 15 ~4. 2 ;
[0017] -種以空殼泡沫陶瓷球?yàn)楣橇系姆稚訌?fù)合阻尼材料制備方法，所述空殼泡沫陶 瓷球1的制備，采用泡沫陶瓷燒結(jié)工藝成型制成，其步驟如下：
[0018] (1)空殼泡沫陶瓷球1的制備原材料及配比
[0019] 原材料包括：高嶺土、莫來石、氧化鋯，配比為：
[0020]高嶺土：莫來石：氧化鋯=45 :45 :10，
[0021] 采用泡沫陶瓷燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1350°C;
[0022] (2)空殼泡沫陶瓷球1尺寸
[0023] 空殼泡沫陶瓷球1的外徑為5cm，內(nèi)徑為3cm，殼體厚為1cm;
[0024] (3)空殼泡沫陶瓷球1基體的物性為閉孔，泡沫孔徑為1_，孔隙率為65%，泡沫陶 瓷密度為〇· 62g/cm3,抗壓強(qiáng)度6. 05MPa~9. 41MPa。
[0025] -種以空殼泡沫陶瓷球?yàn)楣橇系姆稚訌?fù)合阻尼材料制備方法，所述的高黏彈瀝 青制備方法，其步驟如下：
[0026](1)高黏彈瀝青的原材料及配比
[0027] 原材料包括：石油瀝青、線型SBS、芳經(jīng)油、氧化劑，
[0028] 配比為石油瀝青：線型SBS:芳烴油：氧化劑=100:26:30:1 ;
[0029] ⑵改性工藝，采用的剪切速度控制在3000r/min，剪切溫度控制在175°C，剪切時(shí) 間30min，溶脹溫度145°C，溶脹時(shí)間6h;
[0030] (3)半互穿網(wǎng)絡(luò)微觀結(jié)構(gòu)
[0031] (4)動(dòng)力學(xué)性能：是高黏彈瀝青密度為1. 02g/cm3,高頻為100~1000Hz，模量為 lOMPa，損耗因子大于0. 5;
[0032] 具體的實(shí)施步驟為：按照設(shè)計(jì)厚度，將預(yù)制為板材的分散層復(fù)合阻尼材料鋪設(shè)在 圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部，然后在分散層上部施工遮彈層。
[0033] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明取得的優(yōu)越性是：
[0034] -種以空殼泡沫陶瓷球?yàn)楣橇系姆稚訌?fù)合阻尼材料，是使用一種衰減系數(shù)更 大、性價(jià)比更高、性能更穩(wěn)定的分散層材料代替目前正在使用的砂土等就便材料，提高成層 式防護(hù)結(jié)構(gòu)的綜合防護(hù)能力。
[0035] 該分散層材料由空殼泡沫陶瓷球、高黏彈瀝青基和聚苯顆粒按照一定比例混合后 經(jīng)模壓成型制得。其中，空殼泡沫陶瓷球?yàn)閮?nèi)部中空的泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)，具有孔隙率高、密度 小等特點(diǎn)；而高黏彈瀝青由瀝青、線性SBS、芳烴油和氧化劑四組分按一定比例經(jīng)復(fù)配共混 改性制成，具有損耗因子大、溫敏性低等特點(diǎn)。
[0036] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是充分利用了空殼泡沫材料的空穴繞射、泡沫壓縮破壞耗能和高黏 彈瀝青的本征阻尼，制得的分散層材料衰減系數(shù)為4. 2、密度為0. 85g/cm3,波速為120m/s， 可大幅度提高人防指揮工程成層式結(jié)構(gòu)的綜合防護(hù)能力；其具體特點(diǎn)如下：
[0037] 1、地沖擊衰減性能高，衰減指數(shù)達(dá)到4. 2以上，而砂土分散層僅為3. 0 ;
[0038] 2、密度小，其密度為0· 85g/cm3,而砂土為1. 8g/cm3;
[0039] 3、波速低，其波速為150m/s，而砂土為180m/s;
[0040] 4、施工方法靈活多變，可于戰(zhàn)前實(shí)現(xiàn)快速填充；
[0041] 5、性能穩(wěn)定，不會(huì)因板結(jié)、吸水飽和等原因?qū)е滦阅芟陆担?br>[0042] 6、耐久性好。
【附圖說明】
[0043] 圖1以空殼泡沫陶瓷球?yàn)楣橇系姆稚訌?fù)合阻尼材料圖，圖la為空殼泡沫陶瓷球 的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044] 圖2兩種改性瀝青的電鏡照片（3000X);
[0045] 圖3a為多個(gè)空殼多孔陶瓷材料圖，圖3b為空殼多孔陶瓷材料圖，圖3c空殼多孔 陶瓷材料剖開圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046] 參照附圖并結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明的新型分散層材料進(jìn)一步詳細(xì)