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一種以空殼泡沫陶瓷球為骨料的分散層復(fù)合阻尼材料的制作方法

文檔序號:9573695閱讀:967來源:國知局
一種以空殼泡沫陶瓷球為骨料的分散層復(fù)合阻尼材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于國防工程防護(hù)材料領(lǐng)域,特別是涉及人防指揮工程成層式結(jié)構(gòu)的一種 以空殼泡沫陶瓷球為骨料的分散層復(fù)合阻尼材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 將砂、土作為分散層功能單元設(shè)置于遮彈層與圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間,一直是人防指揮工 程抗爆的重要措施,且具有取材方便、價格低廉、施工簡單等特點(diǎn),但在長期使用過程中發(fā) 現(xiàn)存在兩個方面的缺點(diǎn):(1)吸水飽和或板結(jié)后衰減系數(shù)大幅度下降,有資料表明:干燥松 散的砂衰減系數(shù)為3. 25,而吸水飽和后砂的衰減系數(shù)為2. 5 ; (2)衰減機(jī)制僅包括散狀材料 的高頻碰撞摩擦,方式比較單一,效率比較低;(3)易塌陷、板結(jié)等。
[0003] 因此,國內(nèi)外同類研究機(jī)構(gòu)越來越重視新型分散層材料的研制和應(yīng)用研究。美國 陸軍水道實驗站聚乙烯骨料混凝土、泡沫玻璃、聚氨酯泡沫等材料對地沖擊應(yīng)力波的吸收 能力,研究發(fā)現(xiàn)該類材料模量與地沖擊應(yīng)力波的強(qiáng)度不匹配;國內(nèi)唐德高等研究了泡沫混 凝土作為地下坑道回填材料的抗爆吸能能力;趙凱等研究了泡沫混凝土作為成層式結(jié)構(gòu)分 散層對爆炸波的衰減和彌散作用,但在實際使用過成長發(fā)現(xiàn),泡沫混凝土也容易吸水飽和, 因此性能大幅度下降。薄壁殼體結(jié)構(gòu)作為緩沖、吸能元件是近年來防護(hù)設(shè)計的一個新思路, 圓管、圓環(huán)和球殼都是有限的吸收元件,但目前僅限于實驗室試驗?zāi)P?,難以推廣到大比尺 的防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種以空殼泡沫陶瓷球為骨料的分散層復(fù)合阻尼材料,具有 衰減系數(shù)更大、性價比更高、性能更穩(wěn)定等特點(diǎn),能夠代替目前正在使用的砂土等就便材 料,提高成層式防護(hù)結(jié)構(gòu)的綜合防護(hù)能力。
[0005] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006] -種以空殼泡沫陶瓷球為骨料的分散層復(fù)合阻尼材料,包括:空殼泡沫陶瓷球 (1)、高黏彈瀝青和聚苯乙烯顆粒的共混物(2),空殼泡沫陶瓷球(1)內(nèi)設(shè)置有高黏彈瀝青 和聚苯乙烯顆粒的共混物(2)。
[0007] -種以空殼泡沫陶瓷球為骨料的分散層復(fù)合阻尼材料,所述空殼泡沫陶瓷球(1) 采用了 一種球殼結(jié)構(gòu)、孔隙率高的閉孔泡沫陶瓷材料。
[0008] -種以空殼泡沫陶瓷球為骨料的分散層復(fù)合阻尼材料,所述粘接材料由聚苯乙烯 顆粒與高黏彈瀝青共混制成,能夠保持材料黏彈性本征阻尼的同時,還能大幅度降低材料 的密度;所述聚苯乙烯顆粒與高黏彈瀝青共混的質(zhì)量為比100:2 ;所述聚苯乙烯顆粒的直 徑為1mm。
[0009] -種以空殼泡沫陶瓷球為骨料的分散層復(fù)合阻尼材料,所述的高黏彈瀝青材料由 石油瀝青、線型SBS、芳烴油和強(qiáng)氧化劑經(jīng)高溫共混改性而成,是一種半互穿網(wǎng)絡(luò)微觀結(jié)構(gòu), 同時具有損耗因子大、溫敏性低和理想模量-時溫的特性。
[0010] -種以空殼泡沫陶瓷球為骨料的分散層復(fù)合阻尼材料,所述的高黏彈瀝青材料的 配方比例為:石油瀝青:線型SBS:芳烴油:氧化劑=100:26:30:1。
[0011] -種以空殼泡沫陶瓷球為骨料的分散層復(fù)合阻尼材料,所述空殼泡沫陶瓷球(1) 內(nèi)設(shè)置的共混物(2),是將共混物(2)的高黏彈瀝青和聚苯乙烯顆粒填充在空殼泡沫陶瓷 球(1)間隙內(nèi),構(gòu)成的材料衰減系數(shù)為4. 2、密度為0. 85g/cm3,波速為120m/s。
[0012] -種以空殼泡沫陶瓷球為骨料的分散層復(fù)合阻尼材料制備方法,其步驟如下:
[0013] (1)原材料,采用空殼泡沫陶瓷球、高黏彈瀝青和聚苯乙烯顆粒材料,其中空殼泡 沫陶瓷球1為最緊密堆積,聚苯乙烯顆粒材料的直徑為1mm;
[0014] 高黏彈瀝青和聚苯乙烯顆粒的共混物復(fù)合阻尼材料2填充在空殼泡沫陶瓷球1間 隙內(nèi),高黏彈瀝青和聚苯乙烯顆粒的共混物復(fù)合阻尼材料質(zhì)量比為100: 2。
[0015] (2)地沖擊衰減性能及其他物理性能
[0016] 高粘彈瀝青復(fù)合阻尼材料的密度kg/m3:846,波速m/s: 150~200,波阻 抗X106kg/m2·s:0· 127 ~0· 169,衰減系數(shù)η:4· 15 ~4. 2 ;
[0017] -種以空殼泡沫陶瓷球為骨料的分散層復(fù)合阻尼材料制備方法,所述空殼泡沫陶 瓷球1的制備,采用泡沫陶瓷燒結(jié)工藝成型制成,其步驟如下:
[0018] (1)空殼泡沫陶瓷球1的制備原材料及配比
[0019] 原材料包括:高嶺土、莫來石、氧化鋯,配比為:
[0020]高嶺土:莫來石:氧化鋯=45 :45 :10,
[0021] 采用泡沫陶瓷燒結(jié),燒結(jié)溫度為1350°C;
[0022] (2)空殼泡沫陶瓷球1尺寸
[0023] 空殼泡沫陶瓷球1的外徑為5cm,內(nèi)徑為3cm,殼體厚為1cm;
[0024] (3)空殼泡沫陶瓷球1基體的物性為閉孔,泡沫孔徑為1_,孔隙率為65%,泡沫陶 瓷密度為〇· 62g/cm3,抗壓強(qiáng)度6. 05MPa~9. 41MPa。
[0025] -種以空殼泡沫陶瓷球為骨料的分散層復(fù)合阻尼材料制備方法,所述的高黏彈瀝 青制備方法,其步驟如下:
[0026](1)高黏彈瀝青的原材料及配比
[0027] 原材料包括:石油瀝青、線型SBS、芳經(jīng)油、氧化劑,
[0028] 配比為石油瀝青:線型SBS:芳烴油:氧化劑=100:26:30:1 ;
[0029] ⑵改性工藝,采用的剪切速度控制在3000r/min,剪切溫度控制在175°C,剪切時 間30min,溶脹溫度145°C,溶脹時間6h;
[0030] (3)半互穿網(wǎng)絡(luò)微觀結(jié)構(gòu)
[0031] (4)動力學(xué)性能:是高黏彈瀝青密度為1. 02g/cm3,高頻為100~1000Hz,模量為 lOMPa,損耗因子大于0. 5;
[0032] 具體的實施步驟為:按照設(shè)計厚度,將預(yù)制為板材的分散層復(fù)合阻尼材料鋪設(shè)在 圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部,然后在分散層上部施工遮彈層。
[0033] 與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明取得的優(yōu)越性是:
[0034] -種以空殼泡沫陶瓷球為骨料的分散層復(fù)合阻尼材料,是使用一種衰減系數(shù)更 大、性價比更高、性能更穩(wěn)定的分散層材料代替目前正在使用的砂土等就便材料,提高成層 式防護(hù)結(jié)構(gòu)的綜合防護(hù)能力。
[0035] 該分散層材料由空殼泡沫陶瓷球、高黏彈瀝青基和聚苯顆粒按照一定比例混合后 經(jīng)模壓成型制得。其中,空殼泡沫陶瓷球為內(nèi)部中空的泡沫陶瓷結(jié)構(gòu),具有孔隙率高、密度 小等特點(diǎn);而高黏彈瀝青由瀝青、線性SBS、芳烴油和氧化劑四組分按一定比例經(jīng)復(fù)配共混 改性制成,具有損耗因子大、溫敏性低等特點(diǎn)。
[0036] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是充分利用了空殼泡沫材料的空穴繞射、泡沫壓縮破壞耗能和高黏 彈瀝青的本征阻尼,制得的分散層材料衰減系數(shù)為4. 2、密度為0. 85g/cm3,波速為120m/s, 可大幅度提高人防指揮工程成層式結(jié)構(gòu)的綜合防護(hù)能力;其具體特點(diǎn)如下:
[0037] 1、地沖擊衰減性能高,衰減指數(shù)達(dá)到4. 2以上,而砂土分散層僅為3. 0 ;
[0038] 2、密度小,其密度為0· 85g/cm3,而砂土為1. 8g/cm3;
[0039] 3、波速低,其波速為150m/s,而砂土為180m/s;
[0040] 4、施工方法靈活多變,可于戰(zhàn)前實現(xiàn)快速填充;
[0041] 5、性能穩(wěn)定,不會因板結(jié)、吸水飽和等原因?qū)е滦阅芟陆担?br>[0042] 6、耐久性好。
【附圖說明】
[0043] 圖1以空殼泡沫陶瓷球為骨料的分散層復(fù)合阻尼材料圖,圖la為空殼泡沫陶瓷球 的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0044] 圖2兩種改性瀝青的電鏡照片(3000X);
[0045] 圖3a為多個空殼多孔陶瓷材料圖,圖3b為空殼多孔陶瓷材料圖,圖3c空殼多孔 陶瓷材料剖開圖。
【具體實施方式】
[0046] 參照附圖并結(jié)合實例對本發(fā)明的新型分散層材料進(jìn)一步詳細(xì)
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