[发明专利]一种高分子基宽温域阻尼复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分子基宽温域阻尼复合材料，更具体的说，是以模量较高的塑料为约束层，以模量较低的橡胶为阻尼层，具有交替层合结构的宽温域约束阻尼结构的复合材料，属于高分子材料的加工制造领域。

背景技术

随着科学技术和现代工业的发展，机械设备趋于高速化和自动化，振动和噪声污染日益严重。振动不仅对机械设备的运行和寿命产生影响，同时也影响了人身健康，因此减振降噪已引起社会各界的广泛关注，成为一个亟待解决的重要问题。阻尼材料可以将机械振动能转变为热能或其他形式的能量耗散掉，从而达到减振降噪的目的。

高分子材料在受交变应力( 如振动) 作用时应变滞后于应力的变化, 特别是处于玻璃化转变区域的高分子材料, 表现出明显的力学阻尼特性，此时聚合物具有足够高的损耗因子，能够大量吸收振动能量，从而具有减振降噪的作用。因此高分子基阻尼材料广泛的应用于宇航、火车、汽车、机械设备和日常用品领域。然而，一般高分子材料的玻璃化转变温度范围较窄，产生有效阻尼的温度范围大致为玻璃化温度附近的±10℃～12℃，材料的使用温度范围有限，因为在实际应用中，往往需要阻尼减振材料在宽的温度范围内保持良好的阻尼性能，如一般交通工具要求阻尼材料在-50℃～50℃的温度范围内具有有效的阻尼功能。

目前高分子基阻尼材料存在以下问题：

（1）橡胶类高分子材料的玻璃化转变大多在室温以下，而塑料类高分子材料的玻璃化转变温度一般高于室温。如果将橡胶和塑料简单地进行共混，由于橡胶和塑料互容性通常较差，其共混物内存在相分离的问题，所以在橡胶和塑料玻璃化转变的中间区域存在阻尼低谷，即在室温附近的阻尼减振效果较差。

（2）互穿聚合物网络（IPN）技术可以将两种或多种聚合物各自交联和互相贯穿并缠结组成高分子共混物，互穿聚合物网络具有强迫互容作用，可以形成微相分离的双连续结构，可以有效改善高分子共混物的阻尼性能。但是，由于互穿聚合物网络技术存在工艺复杂、成本较高、溶剂难完全排除等问题，因而被限制于制备阻尼涂料。

（3）随着技术的发展，粘弹性高分子基阻尼复合结构的类型在不断丰富, 从最初的自由阻尼层结构逐渐发展到约束阻尼层结构、插入阻尼结构等。阻尼敷设形式也从单层阻尼发展到多层, 从单层阻尼单层约束到多层间隔处理。自由阻尼是直接将阻尼材料粘附到需要减振的构件表面，当构件受到振动时，阻尼层发生拉伸形变来消耗能量，约束阻尼结构是在阻尼层上粘附高模量的约束层材料，当构件受到振动时，阻尼层发生剪切形变，由于剪切损耗而具有更大的结构损耗。但是目前研究和应用的层状约束阻尼存在层数较低（一般2至3层），且多是通过人工或机器敷设，工艺复杂使用不方便。

发明内容

针对目前高分子基阻尼材料存在的以上缺点，本发明提出一种橡胶塑料交替层合结构的高分子基宽温域阻尼复合材料及其制备方法，其复合材料在较宽的阻尼温域具有良好的阻尼性能，其层数和层厚可控，方法简单可连续批量生产。

本专利通过以下技术原理实现聚合物基复合材料的高阻尼和宽阻尼温域性能：（1）橡胶层在低于室温具有良好的阻尼性，塑料在高于室温具有良好的阻尼性，两者的多层复合结构在低于室温和高于室温的温域可兼具良好的阻尼性能；（2）由于塑料约束层的模量比橡胶阻尼层的模量高1～3个数量级，在振动场中可使橡胶阻尼发生对减振更有效的剪切形变，增大将振动能的吸收，从而提高阻尼性能；（3）在形成的橡胶层和塑料层的新型软硬交替层合的双连续结构中，大量连续的层界面可以增加界面摩擦和滑移，在室温附近温度出现新的中间损耗峰，从而有效拓宽了阻尼温域，并提高了损耗因子，进一步提高了阻尼性能。

具体讲，本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是，本发明的高分子基宽温域阻尼复合材料由以下高分子基橡胶阻尼层物料和塑料约束层物料经熔融塑化、n次层状叠合而形成的2^（n+1）层软硬交替的层状约束阻尼结构：

（1）所述高分子基橡胶阻尼层的基体选用玻璃化转变温度在-60℃～10℃之间的高分子材料或高分子基复合材料，该橡胶阻尼层的最大损耗因子≥0.75，有效阻尼温域（Tanδ>0.5）宽度≥40℃；以保证橡胶层具备有效的阻尼性；

（2）所述高分子基塑料约束层的基体选用玻璃化转变温度在40℃～110℃之间的高分子材料或高分子基复合材料，该塑料约束层的最大损耗因子≥0.75，有效阻尼温域（Tanδ>0.5）宽度≥30℃；这样，高分子基塑料约束层不仅具有约束层的作用而且可提供一定的阻尼性；