[发明专利]地铁隧道用喷涂型复合聚氨酯-脲阻尼材料

说明书

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及地铁隧道用阻尼材料，尤其涉及一种地铁隧道用复合聚氨酯-脲阻尼材料及其制备方法。

背景技术

城市轨道交通在运行过程中产生的振动和噪声对沿线居民的健康安全、建筑物的保护、精密仪器的正常工作带来了极大的负面影响。控制地铁振动的主要手段之一就是利用阻尼材料制成阻尼结构，来达到减振降噪的目的。目前，阻尼材料从材质上分，主要有橡胶类板材和高分子涂料。橡胶类板材主要是各种橡胶减振衬垫、阻尼橡胶板、橡胶减振器等，施工时需要使用粘合剂将橡胶板黏贴在被处理部位。这些部分通常是比较平整的物面，例如钢板、铝板等。而对于地铁隧道等建筑工程，只能使用阻尼涂料，其中最常见的是石棉沥青阻尼涂料；然而由于其中含有大量沥青、有机溶剂等有害物质，已经被逐渐禁止使用。

为了解决复杂形貌表面阻尼材料的施工问题，喷涂型阻尼材料应运而生；喷涂型阻尼材料利用高分子的粘弹特性，在受到外界振动激励时发生弹性形变而吸收能量。此后，有研究者将碳纳米管、石墨烯等碳基填料加入到喷涂型粘弹阻尼材料当中，利用碳基材料表面与粘弹阻尼材料界面之间的相对滑移而增大能量的损耗。然而碳基材料的掺杂量不宜过大，如果碳基材料含量过多会影响到粘弹型阻尼层的物理性能，使材料的喷涂性能、力学性能、与基材附着力都有所下降。在碳基材料掺杂量较低的情况下，通过界面之间滑移所产生的耗能就变得十分有限，无法大幅度对材料的阻尼性能进行提升。

发明专利申请2015103724071公开了一种“石墨烯改性聚氨酯-环氧树脂水性阻尼涂料的制备方法”。该方法先用化学氧化法制备了氧化石墨烯；然后以4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯和聚四氢呋喃为单体，丁酮为溶剂，二丁基二月桂酸锡为催化剂，以1,4-丁二醇和2,2-双(羟甲基)丙酸为扩链剂，1-甲基-2-吡咯烷酮为溶剂制备聚氨酯预聚体。最后加入环氧树脂形成互穿聚合物网络，去离子水做乳化剂，并加入氧化石墨烯，超声使其分散，旋蒸去除溶剂，从而得到石墨烯改性的聚氨酯-环氧树脂。虽然该方法以石墨烯为填料对聚氨酯-环氧树脂互穿聚合物网络进行改性，不但结合了聚氨酯和环氧树脂的优点，而且同时引进了石墨烯优异的力学性能，提高了涂料的阻尼性能、拉伸强度、以及热稳定性。然而，该方法的主要目的是提高涂料的力学性能，防止涂料的开裂。从提高阻尼性能的角度来说，其存在的问题为：其阻尼性能主要来自于石墨烯表面与互穿网络聚合物之间在受到外界激励时所产生的相对滑移而消耗能量；而由于该发明中石墨烯为单层石墨结构，且体积含量较少，因此所产生的阻尼性能也十分有限；如果石墨烯体积含量过多则会破坏聚合物互穿网络结构的连续性，反而使涂料的力学性能有所下降。因此，该方法制备涂料的阻尼效果非常有限。

发明专利申请200910017943.4公开了“一种喷涂聚氨酯-脲阻尼减振降噪材料”。所述喷涂型聚氨酯-脲阻尼减振降噪防护材料由等体积的A、R两组分组成，经高压撞击混合设备混合后喷涂到混凝土底材上，瞬间就形成一层性能优异的阻尼减振降噪防护涂层。所述A组分为异氰酸酯与聚合物多元醇生成的半预聚体；R组分为端氨、羟基聚醚、二胺类扩链剂和助剂形成的混合物。该材料具有固化速度快、粘弹性好、强度大、阻尼减振降噪性能优异等优点,能够在复杂、恶劣环境条件下高效率施工；其阻尼损耗因子为≥0.05，断裂伸长率为≥400％，撕裂强度为≥45KN/m，冲击强度为50Kg。然而，其阻尼性能仍然不足以满足地铁隧道高等减振与特殊减振的阻尼要求。

发明内容

本发明提供了一种地铁隧道用喷涂型复合聚氨酯-脲阻尼材料。本发明所述的喷涂型复合聚氨酯-脲阻尼材料不但绿色环保，施工工艺简单；而且大大提高了材料的阻尼效果，对解决城市轨道交通的振动及噪声问题具有非常重要的意义。

本发明的技术方案：插层石墨填料，由石墨片层和位于石墨片层之间的高分子聚合物组成；所述高分子聚合物通过原位聚合的方法引入至石墨片层之间；所述高分子聚合物包括聚丙烯酸、聚酰胺胺树枝型大分子、超支化聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩中的任意一种或几种。本发明使用多层膨胀石墨为原料，制成的插层石墨填料可以包含数百层乃至数千层石墨结构，当受到外界激励时这些片层都可以与插层于其中的聚合物发生相对滑移从而消耗能量，因此其阻尼效果也相当于单层石墨烯的成百上千倍，在相同体积含量的前提下可以起到更好的阻尼性能。