具備良好導電性能的粘彈性阻尼材料及其制備方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于材料領域，具體涉及粘彈性阻尼材料，尤其涉及一種具備良好性能的粘彈性阻尼材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著機械制造、交通運輸和建筑施工行業(yè)的發(fā)展，各種大功率機械動力設備不斷增加，其帶來的振動和噪聲危害也日益突出。振動不但會造成工程結(jié)構(gòu)的損壞和壽命的降低，而且影響機械和儀器儀表的工作效率、工作質(zhì)量和工作精度。此外，長期暴露在振動和噪聲環(huán)境工作的人，會產(chǎn)生各種不適和多方面的病癥。因此，控制振動和噪聲是迫切需要解決的問題之一，必須采取相應的減振降噪措施加以控制。
[0003]解決振動和噪聲問題的方法很多，粘彈性阻尼材料是控制振動和噪聲最有效的方法之一。粘彈性阻尼材料是一種具有減振降噪功能和一定密封性的特種材料，可以廣泛用于飛機、船舶、車輛以及各種機械的減振和降噪。當振動或噪音由基體傳遞到高分子材料時，機械振動將被化為大分子鏈或鏈段的運動，通過分子間的內(nèi)摩擦力把力學能轉(zhuǎn)化為熱能，起到阻尼效果。一般在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度附近，鏈段能充分運動，但又跟不上，所以滯后現(xiàn)象嚴重，阻尼效果好，在玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)內(nèi)將出現(xiàn)一個內(nèi)耗的極大值，一般玻璃化轉(zhuǎn)變溫域愈大，溫域值與環(huán)境愈符合，其阻尼效果愈好。填料是組成阻尼材料的重要組成部分，對其阻尼性能的影響極其重大。由于填料間的相互摩擦及填料與高分子間的摩擦作用，限制了分子的運動，增加了應力與應變之間的相位滯后，大幅度地提高了損耗模量和損耗角正切，而儲能模量增加幅度也較大，通常能使互穿聚合物網(wǎng)絡IPN材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度向高溫方向移動，擴大了阻尼溫域。而且，無論填料的活性如何，都能減弱分子間的交聯(lián)纏結(jié)，降低交聯(lián)密度，使阻尼因子變大。
[0004]發(fā)明專利申請200910017943.4公開了“一種噴涂聚氨酯-脲阻尼減振降噪材料”。所述噴涂型聚氨酯-脲阻尼減振降噪防護材料由等體積的A、R兩組分組成，經(jīng)高壓撞擊混合設備混合后噴涂到混凝土底材上，瞬間就形成一層性能優(yōu)異的阻尼減振降噪防護涂層。所述A組分為異氰酸酯與聚合物多元醇生成的半預聚體；R組分為端氨、羥基聚醚、二胺類擴鏈劑和助劑形成的混合物。該材料具有固化速度快、粘彈性好、強度大、阻尼減振降噪性能優(yōu)異等優(yōu)點，能夠在復雜、惡劣環(huán)境條件下高效率施工。然而，該阻尼材料不具備電學性能，而且其可用阻尼溫度區(qū)域較窄，僅為_5°C?45°C。
[0005]與常規(guī)填料不同的是，功能填料通過自身種類、大小、用量以及結(jié)構(gòu)形態(tài)對高分子材料的阻尼性能產(chǎn)生影響。例如，通過引入導電相，除了粘彈性導電阻尼材料的阻尼損耗因子增大外，阻尼材料電學性能的質(zhì)變同樣是導電相使得阻尼材料的應用領域得到極大拓展的主要貢獻。發(fā)明專利ZL200810226184.8公開了 “一種壓電導電環(huán)氧樹脂復合阻尼材料及其制備方法”。所述環(huán)氧樹脂復合阻尼漿料包含有以下組分:環(huán)氧樹脂100重量份數(shù)、橡膠3?60重量份數(shù)、壓電填料5?80重量份數(shù)、導電填料3?30重量份數(shù)。其中環(huán)氧樹脂預聚物為雙酚A型環(huán)氧樹脂；橡膠為常溫下為液態(tài)的橡膠；壓電填料為平均粒徑在2?8 μπι的壓電陶瓷；導電填料為碳系導電材料。將包括以上所述各組分在內(nèi)的組分按所述含量充分混合均勻并加入固化劑固化，得到環(huán)氧樹脂阻尼復合材料。本發(fā)明的壓電導電環(huán)氧樹脂復合阻尼材料具有優(yōu)良的消除噪聲、振動和防靜電等阻尼效應。然而，由于其導電性能有限，在電學性能參數(shù)要求較高的技術(shù)領域一一如復合阻尼鋼板的焊接、精密阻尼器機械零件的成型加工等，該壓電導電環(huán)氧樹脂復合阻尼材料無法達到使用性能技術(shù)指標。此外，該阻尼材料的阻尼機理為機械能-電能-熱能的轉(zhuǎn)換機制，在拉伸或壓縮受力狀態(tài)下阻尼效果尚佳，而在剪切或扭轉(zhuǎn)受力狀態(tài)下則阻尼作用相對受限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種具備良好性能的粘彈性阻尼材料及其制備方法。本發(fā)明所述的具備良好性能的粘彈性阻尼材料可以精準控制導電阻尼材料在滲流閾值區(qū)域內(nèi)的導電性能突變。此外，本發(fā)明所述的粘彈性阻尼材料中，導電相能夠形成完整的導電通道并有效的將電荷轉(zhuǎn)化為熱能而耗散，可現(xiàn)出一定的自適應阻尼控制性。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案:具備良好導電性能的粘彈性阻尼材料，由Α組分和Β組分按照體積比1:0.8?1:1.1反應得到；所述A組份按重量份數(shù)計，是由50?70份的低官能度多異氰酸酯和20?50份聚醚多元醇合成的半預聚物；所述B組份按重量份數(shù)計，包括25?60份二胺類擴鏈劑和30?65份端氨基聚醚；所述B組分還包括導電碳納米管，所述導電碳納米管為改性后的碳納米管；所述導電碳納米管在粘彈性阻尼材料中的重量分數(shù)為5.5?7.0%。所述粘彈性導電阻尼材料的異氰酸酯指數(shù)在0.9?1.2之間。本發(fā)明通過控制導電填料的添加含量，使阻尼材料的電學性能與阻尼性能均大幅提升。
[0008]其中，所述導電碳納米管的改性方法包括以下步驟:①配制體積濃度為20%?40%的聚乙烯吡咯烷酮溶液，并將重量分數(shù)為0.1%?0.5%的碳納米管加入溶液中；②超聲處理15-30min后，稀釋、離心、沖洗后，干燥并研磨，得到改性后的碳納米管。所述碳納米管是電導率為1.0 X 10 2?1.0 X 10 2S/cm的單壁碳納米管或多壁碳納米管；所述單壁碳納米管的外徑< 3nm，長度為1?20 μ m ;所述多壁碳納米管的外徑為10?120nm，長度為1?20 μ m。
[0009]其中，所述半預聚物的游離異氰酸酯基的含量在10?18%之間；所述低官能度多異氰酸酯的官能度為1?2.4，所述聚醚多元醇的官能度為2?4，所述聚醚多元醇的羥基當量為700?2800 ;所述二胺類擴鏈劑的官能度是2，所述端氨基聚醚的官能度為2?4。
[0010]優(yōu)選的是，所述低官能度多異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯、亞苯基碳化二亞胺-脲酮亞胺改性的4，4’ - 二苯基甲烷二異氰酸酯、多亞甲基二異氰酸酯、多苯基多異氰酸酯、4，4’ - 二苯基甲烷二異氰酸酯、高2，4’ - 二苯基甲烷二異氰酸酯、環(huán)己二異氰酸酯、對苯二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯和對四甲基苯亞甲基二異氰酸酯中的一種或多種。所述聚醚多元醇為聚乙二醇醚、聚丙二醇醚、聚丙三醇醚、聚季戊四醇醚、聚四氫呋喃醚二醇、聚ε -己內(nèi)酯二醇端羥基聚丁二烯、蓖麻油中的一種或多種。
[0011]優(yōu)選的是，所述二胺類擴鏈劑為二乙基甲苯二胺、二甲硫基甲苯二胺、Ν，Ν’ - 二烷基甲基二胺、Ν，Ν’ - 二烷基苯二胺和3，3’ - 二氯，4，4’ - 二氨基二苯甲烷中的一種或幾種；所述端氨基聚醚是含聚氧化乙烯或氧化丙烯主鏈的端氨基聚醚。所述Β組份還包括1?30份顏料、1-5份表面活性劑1?30份惰性填料及1?30份助劑；所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)中的一種；所述填料是碳酸鈣、石英粉、鈦白粉、陶土、蛭石粉、云母粉、重晶石、滑石粉和玻璃鱗片中的一種或幾種；所述助劑為稀釋劑、分散劑、防沉降劑、阻燃劑、防霉劑、抗靜電劑、流平劑、偶聯(lián)劑、水解穩(wěn)定劑、催化劑、光穩(wěn)定劑、抗氧劑、消泡劑和增塑劑中的一種或幾種。
[0012]具備良好導電性能的粘彈性阻尼材料的制備方法，包括以下幾個步驟:
[0013]①制備A組份:室溫下，在隊氛圍中將精確計量的聚醚多元醇滴加到定量低官能度多異氰酸酯中，緩慢升溫至65?75°C，保持2?3h ;再次升溫至75?95°C，保持0.2?
0.7h，冷卻至室溫，得到A組份；
[0014]②制備B組分:將精確計量的顏料、惰性填料、助劑和適量端胺基聚醚在三輥機上研磨，至細度< 45um后，加入剩余的端胺基聚醚和定量胺類擴鏈劑；高速攪拌，得到上述材料的混合物料；取重量分數(shù)為10.5?15.8% (A與B組份比例為1:0.8?1:1.1，碳納米管在A加B的體系中含量是5.5?7.0%，簡單計算就能得出碳納米管在B中的含量，如果A:B為1:1，碳納米管在B中的比例就是11.0?14.0% )的導電碳納米管加入到上述混合物料中，混合均勻后得到B組份；所述導電碳納米管為改性后的碳納米管；
[0015]③混合:采用機械攪拌的方法，將A組份和B組份按照1:0.8?1:1.1的體積比混合，混合均勻后，即得到具備良好導電性能的粘彈性阻尼材料；所述具備良好導電性能的粘彈性阻尼材料中導電碳納米管的重量分數(shù)為5.5?7.0%。
[0016]其中，所述導電碳納米管為改性后的碳納米管；所述導電碳納米管的改性方法包括以下步驟:(a)配制體積濃度為20%?40%的聚乙烯吡咯烷酮溶液，并將重量分數(shù)為
0.1%?0.5%的碳納米管加入溶液中；(b)采用超雙頻數(shù)控超聲清洗器超聲分散15-30min后，用去離子水沖洗數(shù)次，置于干燥箱中干燥，研磨，得到物理改性后的碳納米管；步驟②中所述加入導電碳納米管后的混合時間為共混3?8min