[发明专利]一种聚氨酯/泡沫铝复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高阻尼粘弹性材料与高性能泡沫金属形成的复合材料，具体地说是聚氨酯与开孔连通泡沫铝形成的复合材料及其制备方法。

背景技术

振动和噪声问题已经成为当今世界环境恶化的三大污染源之一，属于国际上公认的七大公害。振动和噪声不仅影响机器的精度和寿命，而且会恶化工作环境，影响人的健康，使人心烦、耳鸣，严重者甚至丧失工作能力。采用高阻尼材料是解决振动和噪声问题十分有效的手段。地震灾害给人类带来巨大的生命财产损失，减震、隔震技术的出现为人类应对地震灾害提供了新的途径，而高阻尼材料可以在很大程度上提高减震、隔震技术的效果。因此，研究制备高阻尼材料具有非常积极的意义。

泡沫铝是近年来发展迅速的一种新型轻质结构材料，它是以铝或铝合金等为原料，经发泡处理后在其内部形成大量气泡或孔洞的一种多孔材料，兼有连续金属相和分散空气相的特点，表现出集结构和功能于一身的优良特性。相对于传统的致密金属，泡沫铝具有许多结构上的优异特性，如轻质、高比强度、高比刚度、比表面积大等；作为功能材料，它又具有吸声、隔音、渗透性强、电磁波吸收性能好、阻燃性能好等优点。

由于泡沫铝特殊的胞孔结构，使其具有较低的屈服强度和比较大的压缩应变，因而是一种具有高能量吸收特性的轻质高阻尼材料。研究表明，泡沫铝的阻尼值可达其基体金属的10倍以上。但是，其阻尼值还不足以使其应用在高阻尼场合；另外，由于泡沫铝中含有大量的孔洞，因此存在强度、模量不高的缺点，不宜单独作为结构材料使用。泡沫铝的孔隙率对其结构性能和功能特性起控制作用，而其功能特性与结构特性又相互制约：孔隙率大，内耗大、阻尼性能好，而强度低、力学性能差；孔隙率低，情况则相反。这些因素限制了泡沫铝的应用范围。因此，如何在改善泡沫铝力学性能的同时，提高其它诸如能量吸收、阻尼性能是需要研究的问题。通孔泡沫铝与闭孔泡沫铝相比，其阻尼性能较优越，同时其力学性能较差，因此当前主要研究对通孔泡沫铝材料的改进。

粘弹性材料，例如橡胶、环氧树脂、聚氨酯等，因其特有的粘弹性而具有很高的阻尼损耗因子，因此被广泛应用于阻尼材料的研制和使用。但在力学性能方面，由于粘弹性材料的弹性模量过低，因此不能单独作为结构材料使用。

从上面的论述可以看出，可以考虑向三维开孔连通泡沫铝结构中填充粘弹性材料，得到一种铝与粘弹性材料的交织复合材料：在提高泡沫铝力学性能的同时，充分利用泡沫铝与粘弹性材料两种材料的阻尼机制，形成一种具有高阻尼特性的新型复合材料。这种方法将在很大程度上改善泡沫铝的性能，达到功能结构一体化要求，从而拓宽其使用范围。

发明内容

本发明所解决的技术问题是：为了解决纯泡沫铝力学性能差，阻尼性能不高、不足以运用在高阻尼场合等问题，提供一种泡沫铝与聚氨酯组成的复合材料及其方法，该方法工艺简单，成本低，所得复合材料具备较好的力学性能和高阻尼性能。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：提供一种聚氨酯/泡沫铝复合材料，复合材料包括通孔泡沫铝以及填充在通孔泡沫铝孔隙中的聚氨酯。

优选的，上述聚氨酯/泡沫铝复合材料中聚氨酯是由A料预聚体和B料摩卡类固化剂混合而成，混合比例为10：1。

优选的，上述聚氨酯/泡沫铝复合材料中，泡沫铝的孔隙率高于60%，孔径尺寸为3-6mm。

一种制备上述聚氨酯/泡沫铝复合材料的方法，该方法的具体步骤如下：

1.  将泡沫铝用涂有聚氨酯脱模剂的锡纸包好，放在聚氨酯浇注机的浇注头下方。

2.  78℃~82℃时，调节聚氨酯浇注机，调整 A料预聚体和B料摩卡类固化剂的比例，混合后得到液态聚氨酯。调节浇注机压力为1~2MPa使聚氨酯流出，经浇注头流入下方泡沫铝样品，当聚氨酯在泡沫铝样品上覆盖约2-4mm时，停止浇注。

3       将上述泡沫铝样品放入烘箱中，设定温度为115℃~125℃，待聚氨酯交联固化完成后，将泡沫铝样品外的锡纸去除，再将样品外多余的聚氨酯切除、打磨掉，即得到所需高阻尼性能的聚氨酯/泡沫铝复合材料。

其中，上述制备聚氨酯/泡沫铝复合材料的方法中所用泡沫铝的制备过程如下：先将氯化钠颗粒烘干、筛分，将直径在3-6 mm范围内的颗粒压结在模具中进行预热，预热温度为465℃；将铝锭加热至熔化，然后将温度设定为765℃并保温一段时间；然后将铝液倒入装有NaCl颗粒的模具内，控制负压为60kPa，渗流过程在5s内完成；待冷却后，将渗流后的复合体放入水池中冲洗，溶去NaCl得到所需的通孔泡沫铝。