本發(fā)明涉及復(fù)合阻尼材料領(lǐng)域，具體的說是一種輕質(zhì)高強(qiáng)多孔金屬復(fù)合阻尼材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

在艦船的艙室壁板、動力機(jī)械設(shè)備基座、管路系統(tǒng)等部位應(yīng)用有大量的粘彈性阻尼材料，粘彈性阻尼材料通過將振動的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏纳ⅲ瑥亩蔀榕灤瑴p振降噪技術(shù)的關(guān)鍵材料，其應(yīng)用效果直接關(guān)系到艦船的噪聲控制水平。然而，現(xiàn)有的粘彈性阻尼材料模量較低，不能作為承力結(jié)構(gòu)件使用，而且為了提高阻尼減振的效果，通常在粘彈性阻尼材料層表面粘貼一層金屬板，采用約束阻尼的結(jié)構(gòu)形式，這種處理方式大大增加了材料的表觀密度，不能滿足艦船減重的設(shè)計(jì)需求。

由于多孔金屬具有輕質(zhì)、高強(qiáng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其阻尼損耗因子較一般的金屬材料更高，將多孔金屬材料于液態(tài)的粘彈性高分子材料進(jìn)行復(fù)合，多孔金屬材料既可以作為約束層提高粘彈性阻尼材料的模量，也可通過其內(nèi)部大量的孔隙與粘彈性高分子基體材料之間的界面摩擦起到進(jìn)一步提高材料阻尼性能的作用，這是多孔金屬復(fù)合阻尼材料輕質(zhì)、高強(qiáng)、高阻尼的基本原理。

在測試或工作頻率范圍內(nèi)，粘彈性阻尼材料的損耗因子應(yīng)在0.3以上，具備較好的應(yīng)用效果其損耗因子應(yīng)在0.5以上。在多孔金屬復(fù)合阻尼材料研究方面，馬里蘭大學(xué)最早開展了多孔金屬復(fù)合阻尼材料的研究，結(jié)果表明，泡沫鋁與環(huán)氧類高分子材料復(fù)合所形成的阻尼材料在常溫下其最大損耗因子達(dá)到0.3左右，損耗模量在100MPa左右，是一種新型的高模量復(fù)合阻尼材料，但由于受到制備工藝的限制，采用了粘度較低、損耗因子較小的環(huán)氧樹脂作為復(fù)合的高分子基體材料，因此導(dǎo)致該復(fù)合材料的阻尼性能與實(shí)際需求相比仍然不夠高。

國內(nèi)遼寧工程技術(shù)大學(xué)開展了泡沫鋁復(fù)合材料的制備技術(shù)及其阻尼性能的研究，分別采用松香、環(huán)氧樹脂、環(huán)氧樹脂加填料與泡沫鋁采用常壓滲透法進(jìn)行復(fù)合材料的制備，并對其阻尼性能進(jìn)行了測試，所獲得的復(fù)合材料最大損耗因子在0.4左右，但由于采用了常壓滲透的制備方法，同樣對粘度較高的液態(tài)高分子材料不適用，需要采用加熱降低粘度的方法，使制備工藝復(fù)雜化，且由于粘度較高使泡沫鋁內(nèi)部孔隙不能完全填充，導(dǎo)致材料成型質(zhì)量和性能均受到較大的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為克服目前多孔金屬復(fù)合材料由于受高分子材料粘度和種類限制所導(dǎo)致的材料阻尼性能較低、成型質(zhì)量不高等問題，旨在提供一種具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、高阻尼的多孔金屬復(fù)合阻尼材料及其制備方法。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種輕質(zhì)高強(qiáng)多孔金屬復(fù)合阻尼材料，其特征在于：所述復(fù)合阻尼材料包括以下質(zhì)量份數(shù)的組分：高分子基體材料100份、多孔金屬1.08～2份、固化劑1.53～78.5份。

優(yōu)選的，所述高分子基體材料為聚氨酯類、環(huán)氧樹脂類、改性環(huán)氧樹脂類或者丙烯酸酯類中的任意一種。

優(yōu)選的，所述多孔金屬為泡沫鋁、泡沫鎳或者泡沫鈦中的任意一種；所述泡沫金屬的密度為0.1～0.99g/cm³，孔隙率為10～90%，通孔率為65～100%。

優(yōu)選的，所述固化劑為多元胺、多元醇、酸酐或異氰酸酯中的任意一種。

優(yōu)選的，所述復(fù)合阻尼材料還包括質(zhì)量份數(shù)為1.4 ～1.6的擴(kuò)鏈劑，所述擴(kuò)鏈劑為三苯酚。

一種制備所述的輕質(zhì)高強(qiáng)多孔金屬復(fù)合阻尼材料的方法，包括以下步驟：

步驟一：將所述高分子基體材料和固化劑按照所述質(zhì)量份數(shù)比例混合，在常溫下攪拌均勻并通過抽真空除泡得到基體混合物后備用；將所述質(zhì)量份數(shù)的多孔金屬加工成厚度為50～100mm的泡沫芯材，泡沫芯材先通過砂紙打磨表面除銹，再通過高壓空氣吹掃將浮塵及顆粒等雜質(zhì)去除，最后通過丙酮溶劑浸泡去除油污后置于模具中備用；

步驟二：在所述模具中采用雙層真空袋膜法對泡沫芯材進(jìn)行密封：首先在模具中位于泡沫芯材的一端設(shè)置注膠管，另一端設(shè)置第一抽真空管，然后通過第一真空袋膜將模具密封，密封后通過第一抽真空管將模具和第一真空袋膜之間的真空度抽至-0.095MPa以上并保壓10分鐘，如果模具和第一真空袋膜之間的降壓不超過0.01MPa則在第一真空袋膜外部再設(shè)置第二真空袋膜，并在第一真空袋膜和第二真空袋膜之間設(shè)置第二抽真空管，通過第二抽真空管將第二真空袋膜和第一真空袋膜之間的真空度抽至-0.095MPa以上并保壓10分鐘，如果第二真空袋膜和第一真空袋膜之間的降壓不超過0.01MPa即可完成對模具中的泡沫芯材的密封；

步驟三：在通過步驟二所述的第一抽真空管將第一真空袋膜和模具之間持續(xù)減壓的狀態(tài)下打開注膠管，通過注膠管將步驟一中制備好的基體混合物吸入模具中與泡沫芯材復(fù)合，保持8～12分鐘待該混合物將第一抽真空管中的空白管路填滿后將第一抽真空管和注膠管關(guān)閉，此時(shí)泡沫芯材充分浸潤在混合物中，混合物浸入泡沫芯材的孔隙中完成復(fù)合，保持第二袋膜和第一真空袋膜之間的真空狀態(tài)直至初步固化形成復(fù)合阻尼材料的預(yù)制品；

步驟四：將步驟四中制得的預(yù)制品上的第一真空袋膜和第二真空袋膜拆除之后移入電熱鼓風(fēng)干燥箱進(jìn)行后固化，在45～50℃條件下持續(xù)固化70～73小時(shí)即獲得所述的輕質(zhì)高強(qiáng)多孔金屬復(fù)合阻尼材料。

優(yōu)選的，所述注膠管設(shè)置在泡沫芯材的一端的下部。

優(yōu)選的，位于所述模具和泡沫芯材的下端面之間依次設(shè)有采用聚四氟乙烯材料制成的脫模板以及完全覆蓋脫模板的脫模布，在泡沫芯材的上端面上設(shè)有導(dǎo)流布。

優(yōu)選的，在步驟一中所述的高分子基體材料和固化劑的混合物中加入質(zhì)量份數(shù)為1.4 ～1.6的擴(kuò)鏈劑，所述擴(kuò)連接為三苯酚。

有益效果

通過本發(fā)明制備的多孔金屬復(fù)合阻尼材料，其表觀密度在1200kg/m³以下，10-300Hz頻率范圍內(nèi)，損耗因子均在0.5以上，最大損耗因子為0.8，損耗模量均在100MPa以上，最大損耗模量在220MPa以上，且制備工藝簡單，不受高分子材料粘度和類型的限制，成型質(zhì)量高，可用于某些對重量限制較高的非承力部位或次承力部位，不但簡化施工工藝，并能夠起到減重、減振等功能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的復(fù)合阻尼材料制備過程中的成型工藝示意圖；

圖2為本發(fā)明的四個(gè)實(shí)施例在常溫下的阻尼性能示意圖；

圖3為本發(fā)明的四個(gè)實(shí)施例在常溫下的損耗模量示意圖；

圖中標(biāo)記：1、泡沫芯材，2、模具，3、注膠管，4、第一抽真空管，5、第一真空袋膜，6、第二真空袋膜，7、第二抽真空管，8、脫模板，9、脫模布，10、導(dǎo)流布。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合幾個(gè)具體實(shí)施例及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例1的一種輕質(zhì)高強(qiáng)多孔金屬復(fù)合阻尼材料以質(zhì)量份數(shù)為100份的聚氨酯改性環(huán)氧樹脂作為高分子基體材料、質(zhì)量份數(shù)為1.08份的泡沫鋁為多孔金屬、質(zhì)量份數(shù)為78.5份的聚醚胺作為固化劑、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.4份的三苯酚作為擴(kuò)鏈劑通過以下步驟制得。其中泡沫鋁的密度為0.1 g/cm³，孔隙率為90%，通孔率為100%，厚度為50mm。

步驟一：在一個(gè)潔凈容器中將所述質(zhì)量份數(shù)的聚氨酯改性環(huán)氧樹脂、聚醚胺以及三苯酚混合，并于常溫下攪拌形成均勻的基體混合物，然后通過抽真空方式將基體混合物中的泡沫去除備用；將所述泡沫鋁先通過砂紙打磨表面除銹，再通過高壓空氣吹掃將浮塵及顆粒等雜質(zhì)去除，最后通過丙酮溶劑浸泡去除油污后備用；在模具中鋪設(shè)一塊采用聚四氟乙烯材料制成的脫模板，再用一塊脫模布將脫模板完全覆蓋，方便在制品初步固化后與模具分離和取出，最后將處理過的泡沫鋁置于脫模布上并在泡沫鋁的上端面上鋪設(shè)一塊導(dǎo)流布。

步驟二：在所述模具中采用雙層真空袋膜法對泡沫芯材進(jìn)行密封：首先在模具中位于泡沫金屬的一端的下部設(shè)置與盛放有步驟一中制備的液態(tài)混合物的容器相連的注膠管，另一端設(shè)置第一抽真空管。使液態(tài)混合物能夠由下至上均勻進(jìn)入泡沫鋁的孔隙之中，注膠管可通過夾子控制閉合或開啟。然后通過第一真空袋膜將模具密封，密封后通過第一抽真空管將模具和第一真空袋膜之間的真空度抽至-0.095MPa以上并保壓10分鐘，如果模具和第一真空袋膜之間的降壓不超過0.01MPa則在第一真空袋膜外部再設(shè)置第二真空袋膜，并在第一真空袋膜和第二真空袋膜之間設(shè)置第二抽真空管，通過第二抽真空管將第二真空袋膜和第一真空袋膜之間的真空度抽至-0.095MPa以上并保壓10分鐘，如果第二真空袋膜和第一真空袋膜之間的降壓不超過0.01MPa即可完成對模具中的泡沫鋁的密封；

步驟三：在通過步驟二所述的第一抽真空管將第一真空袋膜和模具之間持續(xù)減壓的狀態(tài)下打開注膠管。在大氣壓力的作用下，步驟一中制備好的基體混合物通過注膠管吸入模具中與泡沫芯材復(fù)合。保持8～12分鐘待該混合物將第一抽真空管中的空白管路填滿后將第一抽真空管和注膠管關(guān)閉，此時(shí)泡沫芯材充分浸潤在混合物中，混合物浸入泡沫芯材的孔隙中完成復(fù)合，保持第二袋膜和第一真空袋膜之間的真空狀態(tài)直至初步固化形成復(fù)合阻尼材料的預(yù)制品；

步驟四：將步驟四中制得的預(yù)制品上的第一真空袋膜和第二真空袋膜拆除之后移入電熱鼓風(fēng)干燥箱進(jìn)行后固化，在45～50℃條件下持續(xù)固化70～73小時(shí)即獲得所述的輕質(zhì)高強(qiáng)多孔金屬復(fù)合阻尼材料。

實(shí)施例2的一種輕質(zhì)高強(qiáng)多孔金屬復(fù)合阻尼材料以質(zhì)量份數(shù)為100份的聚氨酯改性環(huán)氧樹脂作為高分子基體材料、質(zhì)量份數(shù)為2份的泡沫鋁為多孔金屬、質(zhì)量份數(shù)為78.5份的聚醚胺作為固化劑、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.6份的三苯酚作為擴(kuò)鏈劑通過與實(shí)施例1中相同的步驟制得。其中泡沫鋁的密度為0.99 g/cm³，孔隙率為10%，通孔率為65%，厚度為60mm。

實(shí)施例3的一種輕質(zhì)高強(qiáng)多孔金屬復(fù)合阻尼材料以質(zhì)量份數(shù)為100份的羥基丙烯酸酯作為高分子基體材料、質(zhì)量份數(shù)為1.56份的泡沫鈦為多孔金屬、質(zhì)量份數(shù)為3.6份的甲苯二異氰酸酯作為固化劑通過與實(shí)施例1中相同的步驟制得。其中泡沫鈦的密度為0.45 g/cm³，孔隙率為65%，通孔率為75%，厚度為80mm。

實(shí)施例4的一種輕質(zhì)高強(qiáng)多孔金屬復(fù)合阻尼材料以質(zhì)量份數(shù)為100份的聚氨酯作為高分子基體材料、質(zhì)量份數(shù)為1.75份的泡沫鎳為多孔金屬、質(zhì)量份數(shù)為1.53份的三乙醇胺作為固化劑通過與實(shí)施例1中相同的步驟制得。其中泡沫鎳的密度為0.67 g/cm³，孔隙率為50%，通孔率為70%，厚度為100mm。

四個(gè)實(shí)施例采用的組分及質(zhì)量份數(shù)配比如表一所示，所用到的四種多孔金屬性能參數(shù)如表二所示。需要說明的是，本實(shí)施例只為具體說明本發(fā)明，并不代表本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明的高分子基體材料還可以選用聚氨酯PU類、環(huán)氧樹脂EP類、改性環(huán)氧樹脂類以及丙烯酸酯類中的其他材料，以常溫下粘度較低的適合于液態(tài)澆注加工成型的高分子材料為宜。本發(fā)明的固化劑可采用1，4丁二醇、二乙基甲苯二胺、咪唑、甲基四氫苯酐等其他材料，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

表一

表二

如圖1及圖2所示，本發(fā)明的四個(gè)實(shí)施例的輕質(zhì)高強(qiáng)多孔金屬復(fù)合阻尼材料在常溫下的阻尼性能以及損耗模量，在10-300Hz頻率范圍內(nèi)，損耗因子均在0.5以上，最大損耗因子為0.8，損耗模量在100MPa以上，最大損耗模量在220MPa以上，與通過現(xiàn)有技術(shù)制備的多孔金屬復(fù)合阻尼材料相比，損耗因子最大提高260%，損耗模量最大提高220%，因此可應(yīng)用于艙室壁板、輕圍殼等非承力結(jié)構(gòu)或次承力結(jié)構(gòu)件，起到減振降噪的作用，同時(shí)能夠簡化應(yīng)用工藝，滿足艦船減重、降噪的需求。