專利名稱：一種聚合物基阻尼梯度材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種阻尼材料，尤其涉及一種聚合物基阻尼梯度材料及其制備方法，該聚合物基阻尼梯度材料可應(yīng)用于減震降噪阻尼材料領(lǐng)域。
(二)
背景技術(shù)：
聚合物材料的阻尼性能是由其玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)決定的。聚合物基阻尼材料作為一類環(huán)保功能材料，由于其比重輕、易于加工，產(chǎn)生內(nèi)耗較大等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于交通工具、產(chǎn)業(yè)機械、精密儀器等領(lǐng)域的減震降噪，其研究開發(fā)不僅能產(chǎn)生重大的社會效益和經(jīng)濟效益，而且具
有廣闊的應(yīng)用前景。
單一聚合物材料的玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)較狹窄，作為阻尼材料使用經(jīng)常無法滿足寬溫域阻尼的要求。采用共混和共聚的多相體系可達(dá)到擴大
阻尼溫域的目的，但受限于聚合物各組分本身的rg，拓寬效果有限。此外，寬溫域的聚合物基阻尼材料也可以通過互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得到，但一般用作涂料，很少作為結(jié)構(gòu)材料使用，而且互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的合成工藝復(fù)雜，溶劑去除困難，成本較高。
功能斗弟度才才泮+(functional gradient material, FGM)，即才才泮牛的組分和結(jié)構(gòu)從材料的某一方位(一維、二維、三維)向另一方位連續(xù)地
4變化，使材料的性能和功能也呈現(xiàn)梯度變化的一種新型材料。常用的功能梯度材料主要涉及陶瓷/金屬、無機物、高分子、有機物和生物體等材料領(lǐng)域。
到的高分子功能梯度材料，可以綜合并優(yōu)化體系中不同高分子材料的特殊性能。根據(jù)高分子功能梯度材料的組成特點，可將其分為四種
類型高分子梯度共聚物材料、填充復(fù)合型高分子功能梯度材料、共
混型高分子功能梯度材料和互穿網(wǎng)絡(luò)型高分子功能梯度材料。目前聚合物基功能梯度材料已成為材料領(lǐng)域的熱門研究課題，在許多技術(shù)領(lǐng)
域乃至日常生活領(lǐng)域都有著極大的潛在應(yīng)用前景。例如可參見唐建國等人的專利CN101225534(2008.07);聶俊、楊林、許紅光的專利CN101220126(2008.07);劉青等人的專利CN1358770 (2002.07);Yi國Qing Wang等人，大分子快訊(Macromol. Rapid Commun.), 2006,27:1162;陳春海等人的專利CN1654515(2005.08); M'謝勒等人的專利CN1382166(2002.11)。
本發(fā)明是將聚合物基阻尼材料和梯度技術(shù)相結(jié)合，提供了一種有效拓寬玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)的新方法。此聚合物基阻尼梯度材料的制備和應(yīng)用尚未見文獻(xiàn)和應(yīng)用l艮道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種聚合物基阻尼梯度材料及其制備方法，用本發(fā)明制備的聚合物基阻尼梯度材料能明顯拓寬有效
5阻尼溫域。
本發(fā)明涉及的一種聚合物基阻尼梯度材料，其結(jié)構(gòu)是由多個阻尼層有序疊加復(fù)合而成。各阻尼層在組成、結(jié)構(gòu)和性能上存在梯度變化。
聚合物阻尼層至少選自單種聚合物、2種或2種以上聚合物、極性聚合物和功能性添加劑混合體、聚合物和無機填料混合體或聚合物互貫網(wǎng)絡(luò)中的一種。
本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案為所述聚合物基阻尼梯度材料是首先將功能性添加劑加入極性聚合物基體中，所述的功能性添加劑與極性聚合物基體的質(zhì)量比為0- 100:100,通過熔融共混制備一系列功能性添加劑濃度不同的有機雜化共混物，然后將功能性添加劑濃度不同的有機雜化共混物各自壓成片狀而得到厚度相同的一 系列阻尼片材，再將所述的一系列阻尼片材有序疊加復(fù)合在一起，使各阻尼片層的功能性添加劑濃度沿厚度方向呈梯度分布，從而得到所述的聚合物基阻尼梯度材料。
本發(fā)明中所述的功能性添加劑與極性聚合物基體的質(zhì)量比為O ~100:100，當(dāng)取O: IOO時，即在制備阻尼片材時，不添加功能性添加劑。
一種酰胺基、腈基、酯基、卣素；所述的極性聚合物優(yōu)選為丙烯酸酯類彈性體、氯化聚乙烯、氯化丁基橡膠、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或丁腈橡膠；所述的極性聚合物最優(yōu)選為丙烯酸酯類彈性體。
本發(fā)明所述的功能性添加劑至少選自 一種化合物或低聚物，所述
6官能團至少含有羥基、羧基、氨基、羰基或氟、
氯、溴、氧、硫、氮雜原子的一種。所述的功能性添加劑優(yōu)選為KT-B(2,2'-亞曱基-雙(4-曱基-6-叔丁基苯酚))、AO-80 (3, 9-雙{1， 1-二曱基-2-[(3-(3-叔丁基-4-羥基-5-甲基苯基)丙酰氧基]乙基}-2, 4, 8, 10-四氧雜螺環(huán)(5, 5)十一烷)、AO-60 (四[p-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯)、DZ (N, N-二環(huán)己基-2-苯并p塞唑亞磺酰胺)或BPSR(4,4'-硫代-雙(3-曱基-6-叔丁基苯酚)。所述的功能性添加劑最優(yōu)選KT-B。
本發(fā)明還提供了一種上述聚合物基阻尼梯度材料的制備方法，包括如下具體步驟
(1) 在高于極性聚合物熔融溫度10°C 2(TC的溫度條件下，將極性聚合物基體混煉4 ~ 6分鐘得到純基體樣品。極性聚合物基體用量由具體的開煉設(shè)備的投料參數(shù)而定，熔融溫度由不同的極性聚合物基體決定。
(2) 在與步驟(1)相同的混煉溫度下，將純基體樣品與功能性添加劑共混5 IO分鐘，從而得到一系列功能性添加劑濃度不同的有機雜化共混物樣品，所述的功能性添加劑與極性聚合物基體的質(zhì)量比為0- 100:100。
(3) 分別將一 系列功能性添加劑濃度不同的有機雜化共混物樣品在高于混煉溫度l(TC ~20°C、壓力為5~ 15MPa的條件下模塑2~5分鐘，然后在空氣中冷卻至室溫，得到一系列阻尼片材。其片層厚度視模具而定。(4)將阻尼片材有序疊加，使各阻尼片層的功能性添加劑濃度沿
厚度方向呈梯度分布，在低于極性聚合物熔融溫度1(TC 20。C、壓 力為0.1 5MPa (保證各阻尼片層不受壓變形)的條件下放置5 60 秒，使阻尼片層間受熱粘接但又不相熔融，得到所述的聚合物阻尼梯 度材料。
本發(fā)明所述的聚合物基阻尼梯度材料可應(yīng)用于減震降噪阻尼材 料領(lǐng)域。
本發(fā)明所述的聚合物基阻尼梯度材料，其不同阻尼層間的的組分 /性能的組合可以自由控制，因此制備方法簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)。 同時該阻尼梯度材料對有效阻尼溫域的拓寬有明顯的效果，在減震降 噪阻尼材^H"領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
(四)


圖1為本發(fā)明實施例1制得的聚合物基阻尼梯度材料和比較例1 、 2制得的材料的阻尼效果比較示意圖，其中tanS為損耗因子。
3、 4制得的材料的阻尼效果比較示意圖。
(五)
具體實施例方式
下面以具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明，但本發(fā) 明的保護范圍不限于此。
本實施例采用的原料聚合物基體采用丙烯酸酯類彈性體，功能添加劑選用KT-B。 實施例1
首先使用雙輥開煉機，在12(TC下將100g聚合物基體混煉5分 鐘得到純基體樣品。在相同溫度下，將另100g聚合物基體混煉5分 鐘，再與20g功能性添加劑共混5分鐘得到共混物樣品。然后分別將 它們在14(TC、 15MPa的壓力下模塑5分鐘，隨后在空氣中冷卻，得 到厚度為1.5mm的阻尼片材。將這兩阻尼片材在90°C 、壓力為0.5MPa 的條件下放置20秒，使阻尼片層間受熱粘接但又不相熔融，從而得 到疊加復(fù)合的聚合物基阻尼梯度材料。阻尼效果評估結(jié)果在圖1中曲 線所示。
實施例2
首先使用雙輥開煉機，在12(TC下將100g聚合物基體混煉5分 鐘得到純基體樣品。在相同溫度下，將另兩份100g聚合物基體混煉 5分鐘，再分別與40g、 100g功能性添加劑共混5分鐘，得到添加劑 含量分別為40phr、 100phr的兩種共混物樣品。然后分別將它們在 140°C、 15MPa的壓力下模塑5分鐘，隨后在空氣中冷卻，得到厚度 為1.5mm的阻尼片材。將這三阻尼片材在90°C、壓力為0.5MPa的 條件下放置20秒，使阻尼片層間受熱粘接但又不相熔融，從而得到 疊加復(fù)合的聚合物基阻尼梯度材料。阻尼效果評估結(jié)果在圖2中曲線 所示。
為了說明本發(fā)明在拓寬材料的阻尼溫域上具有明顯的效果，在這里還采用了 4個比較例及其測定結(jié)果對本發(fā)明的效果進行了說明，比 較例所采用的原料相同于實施例采用的原料。
比專支例1
使用雙輥開煉機，將100g聚合物基體在120。C下混煉5分鐘得 到純基體樣品。將其在140。C、 15MPa的壓力下模塑5分鐘，隨后在 空氣中冷卻，得到厚度為1.5mm的阻尼片材。阻尼效果評估結(jié)果在 圖1中曲線比較例1 (或圖2中曲線比較例1)所示。
比專支例2
首先使用雙輥開煉機，在120。C下將100g聚合物基體混煉5分 鐘，再與20g功能性添加劑共混5分鐘得到共混物樣品。將其在140°C 、 15MP的壓力下模塑5分鐘，隨后在空氣中冷卻，得到厚度為1.5mm 的阻尼片材。阻尼效果評估結(jié)果在圖1中曲線比較例2所示。
比專交例3
首先使用雙輥開煉機，在120。C下將100g聚合物基體混煉5分 鐘，再與40g功能性添加劑共混5分鐘得到共混物樣品。將其在140°C、 15MPa的壓力下模塑5分鐘，隨后在空氣中冷卻，得到厚度為1.5mm 的阻尼片材。阻尼效果評估結(jié)果在圖2中曲線比較例3所示。
比專交例4
首先使用雙輥開煉機，在12(TC下將100g聚合物基體混煉5分 鐘，再與100g功能性添加劑共混5分鐘得到共混物樣品。將其在 14(TC、 15MPa的壓力下模塑5分鐘，隨后在空氣中冷卻，得到厚度
10為1.5mm的阻尼片材。阻尼效果評估結(jié)果在圖2中曲線比4交例4所 示。
從圖1和圖2中實施例和比較例的測試結(jié)果可以看出，實施例的 材料的阻尼溫域均較相應(yīng)的比較例的材料有明顯的拓寬。
1測試儀器英國Trition Technology Ltd生產(chǎn)的Tritec 2000動態(tài)力學(xué)
分析儀(DMA)。
2測試方法共一展法
3測試條件將各樣品在1Hz的頻率和3°C/min的加熱速度下，由 -60 140。C,以壓縮模式來測量其損耗因子。 4材料阻尼性能表^f正方法
Tan 5=^〃 式中^為實數(shù)模量，又稱儲能模量； f#為虛數(shù)才莫量，又稱損耗模量； 5為應(yīng)變落后于應(yīng)力的相位角，又稱力學(xué)損耗角； Tan5為損耗因子；。
權(quán)利要求
1、一種聚合物基阻尼梯度材料，其特征在于所述聚合物基阻尼梯度材料是首先將功能性添加劑加入極性聚合物基體中，所述的功能性添加劑與極性聚合物基體的質(zhì)量比為0～100∶100，通過熔融共混制備一系列功能性添加劑濃度不同的有機雜化共混物，然后將功能性添加劑濃度不同的有機雜化共混物各自壓成片狀而得到厚度相同的一系列阻尼片材，再將所述的一系列阻尼片材有序疊加復(fù)合在一起，使各阻尼片層的功能性添加劑濃度沿厚度方向呈梯度分布，從而得到所述的聚合物基阻尼梯度材料；所述的極性聚合物的分子內(nèi)至少具有下列極性基團中的一種酰胺基、腈基、酯基、鹵素；所述的功能性添加劑至少選自一種化合物或低聚物，所述的化合物或低聚物中的官能團至少含有羥基、羧基、氨基、羰基或氟、氯、溴、氧、硫、氮雜原子的一種。
2、 如權(quán)利要求l所述的聚合物基阻尼梯度材料，其特征在于所述的極 性聚合物為丙蹄酸酯類彈性體、氯化聚乙烯、氯化丁基橡膠、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或丁腈橡膠。
3、 如權(quán)利要求l所述的聚合物基阻尼梯度材料，其特征在于所述的極 性聚合物為丙烯酸酯類彈性體。
4、 如權(quán)利要求l所述的聚合物基阻尼梯度材料，其特征在于所述的功 能性添加劑為2,2'-亞曱基-雙(4-曱基-6-叔丁基苯酚)、3,9-雙{1,1-二曱 基-2_[ P -(3-叔丁基-4-羥基-5_曱基苯基)丙酰氧基]乙基}-2,4,8,10-四 氧雜螺環(huán)(5，5)十一烷、四[(3-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、N,N-二環(huán)己基-2-苯并噻唑亞磺酰胺或4，4'-硫代-雙(3-曱基-6-叔丁基苯酚。
5、 如權(quán)利要求l所述的聚合物基阻尼梯度材料，其特征在于所述的功 能性添加劑為2,2'-亞曱基-雙(4-曱基-6-叔丁基苯酚)。
6、 一種如權(quán)利要求1 5之一所述的聚合物基阻尼梯度材料的制備方 法，所述制備方法包括如下具體步驟(1) 在高于極性聚合物熔融溫度l(TC 2(TC的溫度條件下，將極 性聚合物基體混煉4 ~ 6分鐘得到純基體樣品；(2) 在與步驟(1)相同的混煉溫度下，將純基體樣品與功能性添 加劑共混5 ~ 10分鐘，從而得到一系列功能性添加劑濃度不同的有機 雜化共混物樣品，所述的功能性添加劑與極性聚合物基體的質(zhì)量比為 0- 100:100;(3) 分別將一系列功能性添加劑濃度不同的有機雜化共混物樣品 在高于混煉溫度10°C ~20°C、壓力為5 15MPa的條件下才莫塑2~5 分鐘，然后在空氣中冷卻至室溫，得到一系列阻尼片材；(4) 將阻尼片材有序疊加，使各阻尼片層的功能性添加劑濃度沿 厚度方向呈梯度分布，然后在低于極性聚合物熔融溫度10°C ~20°C、 壓力為0.1 ~ 5MPa條件下放置5 ~ 60秒，使阻尼片層間受熱粘接但又 不相熔融，得到所述的聚合物阻尼梯度材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聚合物基阻尼梯度材料及其制備方法，所述聚合物基阻尼梯度材料是首先將功能性添加劑加入極性聚合物基體中，通過熔融共混制備一系列功能性添加劑濃度不同的有機雜化共混物，然后將功能性添加劑濃度不同的有機雜化共混物各自壓成片狀而得到的厚度相同一系列阻尼片材，再將所述的一系列阻尼片材有序疊加復(fù)合在一起，使各阻尼片層的功能性添加劑濃度沿厚度方向呈梯度分布，從而得到所述的聚合物基阻尼梯度材料。本發(fā)明所述的聚合物基阻尼梯度材料，其不同阻尼層間的組分/性能的組合可以自由控制，制備方法簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)。同時該阻尼梯度材料對有效阻尼溫域的拓寬有明顯的效果，在減震降噪阻尼材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號B32B27/18GK101480859SQ2009100960
公開日2009年7月15日 申請日期2009年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月23日
發(fā)明者誠 張, 偉 沈, 馬淳安 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)