[发明专利]一种高分子基多层发泡复合阻尼材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高分子基多层发泡复合阻尼材料及其制备方法，该阻尼材料由结构高分子层和发泡高分子层交替层状排列而成，形成强度和韧性均较好的高阻尼性能材料。结构层由刚性较强的高分子构成，用来控制气泡尺寸以及限制发泡层厚度，并确保材料整体具有良好的机械性能。发泡层由热塑性弹性体构成，与其中均匀致密的气泡形成具有很好阻尼性能的高分子发泡层。发泡层和结构层之间具有大量接触界面，层结构保持良好，界面通过层间剪切的作用提高了材料的阻尼性能。本发明可以控制调节微层数由两层变化到上千层，并且结构层和发泡层的体积比也可以根据需要进行控制。本发明通过发泡层和层间界面的共同作用，提高了材料的阻尼性能，材料具有良好的力学性能，无毒无害环境友好，所需原料成本低廉。

技术领域

本发明属于高分子材料和复合材料制备领域，涉及一种高分子基多层发泡复合阻尼材料，是以弹性体通过发泡形成的发泡层和强度较高的高分子作为结构层，具有交替层合结构的高阻尼性能复合材料。

背景技术

阻尼材料是一类应用领域非常广泛的功能材料，而其发挥作用的原因在于它能够吸收外界的和内在的振动机械能，并转化为内能而耗散出去，从而在变形时将动能转变为热能降低体系的共振振幅最终实现其阻尼的功效，在近些年来受到广泛关注。随着科学技术的飞速发展，噪声和机械振动所造成的危害越来越受到人们的重视，各行各业对阻尼材料的性能要求也日益提高。今后，高阻尼性能且综合性能良好的阻尼材料将成为新型阻尼材料的研究热点之一。阻尼材料的阻尼性能可以根据它受到冲击时的耗散振动能的能力来评价，衡量一种材料阻尼大小的公用标准是阻尼系数。

高分子材料在受到外界振动的作用时，应力应变会产生周期性变化，而且应变滞后于应力变化，当温度在玻璃化转变温度附近时，这种滞后效果达到最大，产生足够大的损耗因子，从而使材料整体能够吸收很大的能量，起到减振、降噪吸声的效果，从而达到阻尼的目的。通常情况下，单组份高分子材料的阻尼温性能较差，不能满足较高条件下的阻尼性能要求，而通过微层结构和发泡作用，将两种材料交替排列形成的新型复合阻尼材料阻尼性能大大提高，能够满足实际应用中高阻尼性能的要求。

高分子材料因其特有的黏弹性而被广泛用于阻尼材料的研制和使用，是一类最有效的阻尼材料，其阻尼性能比高阻尼合金高出1-2个数量级。高分子基发泡阻尼材料是以聚合物为基本组分并含有大量气泡的高分子材料，因此也可以说是以气体为填料的高分子复合材料。与纯的聚合物材相比，发泡的高分子阻尼材料具有很多额外的优良的性能，比如质量轻、它的比强度比较高、其吸收冲击载荷的性能、隔音性能都比较好。高分子微层发泡阻尼材料除了基质聚合物产生的阻尼作用外，还因泡孔的振动使空气在孔内流动与孔壁产生摩擦而具有双重阻尼机制，以及层间界面的隔绝和剪切耗能的作用，其阻尼效果明显优于非发泡阻尼材料。高分子微层发泡阻尼材料的性能取决于聚合物的化学、物理性能，泡孔、泡体的结构、气泡核在聚合物中的分散情况、层间界面等因素。

发明内容

针对单相高分子阻尼材料存在的缺点，本发明的目的在于提出一种双组分交叠的阻尼材料加工方法，以及利用微层共挤出技术加工的发泡层结构层交替排列的阻尼材料，可以制备出具有优良阻尼性能的材料，可以通过组分的种类和配比、控制材料的层数自由地控制材料阻尼性能和力学性能，工艺简单，效率较高，可以实现大批量的生产，应用前景巨大。

本发明通过以下的加工方法和原理制备出具有优良阻尼性能的材料：（1）选取具有较好阻尼性能的热塑性弹性体，在其中加入发泡剂和其他助剂形成内部充满致密均匀气泡的高分子基发泡层，选取强度较高的高分子原料形成结构层，保证复合材料整体具有较高的强度，并且形成稳定的层间界面控制发泡层中气泡的大小和分布（2）发泡层和结构层相互交叠的结构产生很多层间界面，外界振动到来时，层间剪切耗能能够有效地将机械能转化为其他形式的能而耗散出去，从而提高阻尼性能。

本发明提出的一种高分子基多层发泡复合阻尼材料，所述复合阻尼材料由高分子发泡层和高分子结构层经熔融塑化、n次切割和层状叠合而形成的2^（n+1）层软硬交替的复合层状阻尼结构：其中，n=0～10：