一種兼具結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和阻尼性能的復(fù)合材料及其制備方法與用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種兼具結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和阻尼性能的復(fù)合材料及其制備方法與用途。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，機(jī)械構(gòu)件受到外界刺激后將產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，這些振動(dòng)和噪聲一方面 會(huì)惡化工作環(huán)境，危害工作人員的身心健康，另一方面也會(huì)嚴(yán)重影響儀器、設(shè)備的精確性、 穩(wěn)定性，使靈敏度降低甚至失效、失靈，采用阻尼材料進(jìn)行減振降噪是解決上述諸多問(wèn)題的 一種有效方法。
[0003] 在實(shí)際應(yīng)用中，阻尼材料需要同時(shí)滿足以下兩方面的要求：（1)良好的阻尼性能， 要求tanS值越大越好，阻尼溫域范圍越寬越好；（2)良好的力學(xué)性能，要求材料具有高的 拉伸強(qiáng)度、拉伸模量等，以滿足使用的要求。
[0004] 高分子粘彈性材料作為一種新型的阻尼材料，雖然具有良好的阻尼性能，但其力 學(xué)性能差，不能單獨(dú)使用，而力學(xué)性能良好的材料其阻尼性能又往往很差，本領(lǐng)域技術(shù)人員 通常難以獲得一種同時(shí)具有上述兩種優(yōu)良性能的材料。如果是將具有良好阻尼性能的高分 子粘彈性材料與具有良好力學(xué)性能的材料進(jìn)行簡(jiǎn)單的復(fù)合，不僅會(huì)嚴(yán)重降低其材料的力學(xué) 性能，也會(huì)使其材料的阻尼性能變差，因而是一種不可取的方法。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)阻尼材料性能的改進(jìn)往往只是偏重阻尼性能或力學(xué)性能的一個(gè)方 面，未見(jiàn)有對(duì)材料的阻尼性能和力學(xué)性能同時(shí)進(jìn)行改進(jìn)的相關(guān)報(bào)道。
[0006] 因此，亟需開(kāi)發(fā)一種同時(shí)具有力學(xué)性能高、阻尼性能好等優(yōu)良性能的阻尼材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種兼具結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和阻尼性能的聚氨酯/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合 材料。
[0008] 本發(fā)明提供的一種聚氨酯/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，所述復(fù)合材料是由以下重量份數(shù) 的原料制備而成：環(huán)氧樹(shù)脂30份~50份、聚氨酯預(yù)聚物30份~50份、固化劑10份~22 份；
[0009] 所述聚氨酯預(yù)聚物是由以下重量份數(shù)的原料制備而成：氧化石墨0. 1份~1. 0份、 蓖麻油20份~38. 6份、二異氰酸酯8. 8份~16. 7份。
[0010] 進(jìn)一步的，所述復(fù)合材料是由以下重量份數(shù)的原料制備而成：環(huán)氧樹(shù)脂40份、聚 氨酯預(yù)聚物32份、固化劑17份；
[0011] 所述聚氨酯預(yù)聚物是由以下重量份數(shù)的原料制備而成：氧化石墨0. 3份~0. 4份、 蓖麻油23份~24份、二異氰酸酯8份~9份。
[0012] 進(jìn)一步的，所述的環(huán)氧樹(shù)脂選自縮水甘油醚類環(huán)氧樹(shù)脂、縮水甘油酯類環(huán)氧樹(shù)脂、 縮水甘油胺類環(huán)氧樹(shù)脂中的任意一種或兩種以上。
[0013] 進(jìn)一步的，所述的縮水甘油醚類環(huán)氧樹(shù)脂選自雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂、雙酚F型環(huán)氧樹(shù) 月旨、雙酚S型環(huán)氧樹(shù)脂中的任意一種或兩種以上。
[0014] 進(jìn)一步的，所述的雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂選自環(huán)氧樹(shù)脂E-44、環(huán)氧樹(shù)脂E-51、環(huán)氧樹(shù)脂 E-54中的任意一種或兩種以上。
[0015] 進(jìn)一步的，所述的固化劑選自4, 4' -二氨基-3, 3' -二氯二苯甲烷、4, 4' -二氨 基-3, 3' -二苯甲烷中的任意一種或兩種以上。
[0016] 進(jìn)一步的，優(yōu)選所述的氧化石墨按照以下方法制備得到：
[0017]i、取鱗片石墨，與濃硫酸/磷酸混勻，加入高錳酸鉀，于50°C攪拌反應(yīng)12小時(shí)后， 冷卻至室溫，加入30%雙氧水，得到反應(yīng)液；
[0018] 所述的鱗片石墨與濃硫酸/磷酸的重量體積比為3:400g/ml;所述的鱗片石墨與 高錳酸鉀的重量為1:6 ;所述的鱗片石墨與30%雙氧水的重量體積比為1:lg/ml;所述的濃 硫酸/磷酸中，濃硫酸與磷酸的體積比為9:1 ;
[0019] ii、將反應(yīng)液加入到冰水中，控制在室溫，對(duì)反應(yīng)液進(jìn)行分離，得到固體，洗滌除去 固體中的硫酸根，干燥，即得氧化石墨。
[0020] 進(jìn)一步的，所述的蓖麻油為除水后的蓖麻油。
[0021] 進(jìn)一步的，所述的二異氰酸酯選自甲苯-2, 4-二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸 酯中的任意一種或兩種以上。
[0022] 本發(fā)明的另一目的在于提供上述聚氨酯/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的制備方法。
[0023] 本發(fā)明提供了一種聚氨酯/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的制備方法，所述的制備方法包括 以下步驟：
[0024] a、按照上述的聚氨酯/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的原料和配比，取環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯預(yù) 聚物、固化劑；
[0025] b、將步驟a所取的環(huán)氧樹(shù)脂與聚氨酯預(yù)聚物、固化劑，混合，于120°C~150°C進(jìn)行 固化，即得聚氨酯/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。
[0026] 進(jìn)一步的，步驟a中，所述聚氨酯預(yù)聚物是按照以下步驟制備得到：
[0027] ①、按照上述的聚氨酯/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料中聚氨酯預(yù)聚物的原料和配比，取氧 化石墨、蓖麻油、二異氰酸酯；
[0028] ②、將步驟①所取的氧化石墨加入到酮類溶劑中，超聲處理，加入蓖麻油，在 60°C~90°C下攪拌，除去丙酮后，加入二異氰酸酯，于60°C~80°C反應(yīng)45min~120min，即 得聚氨酯預(yù)聚物。
[0029] 進(jìn)一步的，步驟②中，超聲處理的時(shí)間為lh~4h;攪拌速度為200r/min~400r/ min;攪拌時(shí)間為2h~4h;反應(yīng)的溫度為65°C;反應(yīng)的時(shí)間為45min。
[0030] 進(jìn)一步的，步驟b中，混合的溫度為60°C~80°C。
[0031] 進(jìn)一步的，步驟b中，固化的時(shí)間為6h以上；優(yōu)選的，固化的時(shí)間為6h~12h。
[0032] 本發(fā)明還提供了上述的聚氨酯/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料作為阻尼材料的用途。
[0033] 上述的聚氨酯/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料作為阻尼材料的用途。
[0034] 所述的阻尼材料為結(jié)構(gòu)阻尼一體化復(fù)合材料。
[0035] 本發(fā)明的聚氨酯/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，拉伸強(qiáng)度和拉伸模量高，玻璃化溫度低， Tan S的峰寬明顯增加，是一種同時(shí)具有高模量、高強(qiáng)度和高阻尼性能的復(fù)合材料；而且， 本發(fā)明聚氨酯/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的制備方法，具有工序少、步驟簡(jiǎn)便、效率高、成本低、綠 色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，非常適合產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用。
[0036] 顯然，根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，在不脫離 本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，還可以做出其它多種形式的修改、替換或變更。
[0037] 以下通過(guò)實(shí)施例形式的【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容再作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō) 明。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)例。凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容 所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0038] 圖1為氧化石墨的紅外光譜圖。
[0039] 圖2為氧化石墨的XRD圖。
[0040] 圖3為試驗(yàn)例1中對(duì)比試驗(yàn)1制備的EP材料、對(duì)比試驗(yàn)2制備的PU/EP復(fù)合材料、 本發(fā)明聚氨酯/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料（GO/HJ/EPcomposie)的拉伸強(qiáng)度和拉伸模量柱狀圖。 [0041 ] 圖4為試驗(yàn)例2中對(duì)比試驗(yàn)1制備的EP材料、對(duì)比試驗(yàn)2制備的PU/EP復(fù)合材料 的TanS-溫度圖。
[0042] 圖5為試驗(yàn)例2中對(duì)比試驗(yàn)2制備的PU/EP復(fù)合材料、本發(fā)明實(shí)施例1制備的G0 含量為〇. 5%的聚氨酯/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料、實(shí)施例2制備的GO含量為1. 0 %的聚氨酯/ 環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的Tan S -溫度圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中使用的原料、設(shè)備均為已知產(chǎn)品，通過(guò)購(gòu)買(mǎi)市售產(chǎn)品獲得。
[0044] 丙酮：分析純，成都科龍化學(xué)試劑廠；
[0045] 蓖麻油（C0):分析純，成都科龍化學(xué)試劑廠；
[0046] 甲苯-2,4-二異氰酸酯（TDI):化學(xué)純，天津市福晨化學(xué)試劑廠；
[0047] 環(huán)氧樹(shù)脂E-51 (EP):工業(yè)級(jí)，無(wú)錫樹(shù)脂廠；
[0048] 4, 4' -二氨基-3, 3' -二氯二苯甲烷（M0CA):工業(yè)級(jí)，常山貝爾化學(xué)有限公司。
[0049] 實(shí)施例1
[0050] 將氧化石墨（0. 36g)加入100ml的丙酮中，超聲分散lh，此時(shí)氧化石墨能較好地分 散在丙酮中，加入蓖麻油（23. 2g)(由于蓖麻油中的水分會(huì)消耗部分異氰酸酯，優(yōu)選使用除 水后的蓖麻油），在80°C下以300r/min的速度攪拌，使氧化石墨借助丙酮的作用充分分散 在蓖麻油中，然后邊攪拌邊除去丙酮2h，當(dāng)丙酮除盡后，氧化石墨良好地分散在蓖麻油中； 在65°C，加入TDI(8. 8g)，反應(yīng)45min，得到聚氨酯預(yù)聚物，備用；
[0051] 將EP(40g)與上述制備的聚氨酯預(yù)聚物（32g)在65°C下混合均勻后，加入固化劑 M0CA(17g)攪拌均勻；將混合液倒入預(yù)熱后的模具中，于120°C固化6h，即得本發(fā)明的聚氨 酯/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。
[0052] 對(duì)比試驗(yàn)1 :制備EP材料
[0053] EP(40g)在65 °C下與MOCA(17g)攪拌均勻；將混合液倒入預(yù)熱后的模具中，于 120°C固化6h，即得EP材料。
[0054] 對(duì)比試驗(yàn)2 :制備PU/EP復(fù)合材料
[0055]將蓖麻油（23. 2g)、TDI(8. 8g)在65°C反應(yīng)45min，得到聚氨酯預(yù)聚物，備用；
[0056] 將EP(40g)與聚氨酯預(yù)聚物（32g)在65°C下混合均勻后，加入固化劑M0CA(17g) 攪拌均勻；將混合液倒入預(yù)熱后的模具中，于120°C固化6h，即得PU/EP復(fù)合材料。
[0057] 本發(fā)明中，氧化石墨可以采用市售產(chǎn)品，也可以采用以下制備方法獲得。
[0058] 本發(fā)明實(shí)施例中，氧化石墨（G0)是采用如下制備方法獲得：
[0059](1)將濃硫酸（98 % ) /磷酸（分析純，彡85 % )(按體積比9 :1，360ml/40ml)的 配比加入三口燒瓶中，再在燒瓶中加入3g的鱗片石墨（320目），開(kāi)始攪拌，