本發(fā)明屬于水性阻尼涂料領(lǐng)域，涉及一種具有寬頻寬溫域的約束結(jié)構(gòu)的水性阻尼涂料的制備與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
目前，常用的水性阻尼涂料基料主要有丙稀酸酯型、環(huán)氧樹脂型、聚氨酯型以及乙酸乙烯酯等。目前，已有的技術(shù)中多采用水性純丙乳液、水性苯丙乳液，通過添加云母粉、滑石粉、硅藻土、碳酸鈣、硫酸鋇、石英粉等填料，選用消泡劑、防腐劑、阻燃劑、防霉殺菌劑等助劑，制備得到水性阻尼涂料，可采用高壓噴涂手段涂覆于各種機(jī)械的結(jié)構(gòu)表面，能夠滿足在常溫下減振降噪的使用要求。
現(xiàn)有技術(shù)中采用水性丙烯酸類乳液，通過添加云母粉、空心玻璃微珠，滑石粉等，選用消泡劑、防腐劑、防霉殺菌劑等助劑，制備得到的阻尼涂料具有隔音阻尼性能，且導(dǎo)熱系數(shù)低，保溫效果好。
現(xiàn)有技術(shù)中采用聚氨酯改性丙烯酸乳液、有機(jī)硅氧烷改性丙烯酸乳液，添加云母粉、滑石粉，中空玻璃微球、硫酸鋇、消泡劑、增稠劑、阻燃劑和防霉劑，在外加交聯(lián)劑作用下形成具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的阻尼涂料，具有良好的減振降噪效果。
但是。水性阻尼涂料已有技術(shù)的具有以下缺陷：
1、其阻尼溫域較窄，很難達(dá)到寬溫域的阻尼使用要求；
2、幾乎沒有考慮頻率使用范圍，對于寬頻或者特定頻率下的阻尼性能不佳。
3、多采用重質(zhì)填料，不但不能提高阻尼減振性能，而且不利用設(shè)備的輕量化要求。
4、未充分考慮涂料在使用過程中的粘結(jié)性能，使得涂料疲勞開裂和剝落，失去應(yīng)用價值。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種具有寬頻寬溫域的約束結(jié)構(gòu)水性阻尼涂料，包括阻尼層涂料和約束層涂料，按重量份數(shù)，所述阻尼層涂料包括：主料和助劑，所述主料包括：純丙IPN結(jié)構(gòu)乳液20-60份、苯丙類核殼乳液15-50份、硅丙類核殼乳液10-45份、云母粉10-60份、硅灰石粉10-40份，滑石粉8-25份、石墨5-30份、丁基橡膠粉5-10份。所述助劑包括：自制多功能助劑1-5份、消泡劑0.5-3份、增稠劑0.8-5份，成膜助劑0.5-4份。所述約束層涂料包括：主料和助劑，所述主料包括：聚丙二醇二環(huán)氧乙烷甲基醚類改性環(huán)氧樹脂20-60份、柔性乙烯基酯型不飽和聚酯樹脂15-55份、云母粉10-60份、石墨5-30份、鉛粉5-15份、Fe2O3 3-15份、玻璃纖維15-30份。所述助劑包括：自制多功能助劑1-5份、消泡劑0.5-3份、增稠劑0.8-5份，成膜助劑0.5-4份。
本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，其優(yōu)點(diǎn)在于，通過采用損耗因子較大的阻尼層涂料和模量較高的約束層涂料，復(fù)合組成約束結(jié)構(gòu)阻尼涂料。其中，利用一系列具有不同玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的核殼結(jié)構(gòu)和IPN結(jié)構(gòu)的乳液進(jìn)行共混來制備多元共混體系作為基體，選取合適的填料及助劑，來制備得到阻尼層涂料；然后選用模量較高的環(huán)氧樹脂乳液和聚酯樹脂乳液，通過添加合適的涂料來制備得到模量高的涂料，通過復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制備得到寬頻和寬溫域的約束結(jié)構(gòu)水性阻尼涂料。
優(yōu)選的，所述改性環(huán)氧樹脂采用聚丙二醇二環(huán)氧乙烷甲基醚類改性環(huán)氧樹脂，所述不飽和聚酯樹脂采用柔性乙烯基酯型不飽和聚酯樹脂。
優(yōu)選的，所述云母粉采用20μm、60μm和100μm的云母粉中的至少一種。
優(yōu)選的，所述硅灰石粉粒徑范圍為200目～1250目。
優(yōu)選的，所述滑石粉粒徑范圍為200目～800目。
優(yōu)選的，所述石墨粒徑范圍為325目～1250目。
優(yōu)選的，所述多功能助劑的制備如下：取一定量的水，置于分散機(jī)下將分散劑和潤濕分散劑、改性脲類流變觸變劑及抗菌劑四種助劑依次加入，攪拌，使其分散均勻，即得多功能助劑，其中，四種助劑的質(zhì)量占多功能助劑總質(zhì)量的20％-60％，密封待用。
優(yōu)選的，分散劑采用離子型聚丙烯酸鹽類分散劑，潤濕分散劑采用二辛基磺基琥珀酸鹽或者硫酸月桂酯中的至少一種，觸變劑采用改性脲類流變觸變劑；抗菌劑采用鄰苯基苯酚或者雙硫代氨基甲酸酯的至少一種；消泡劑采用脂肪族酰胺、聚乙二醇或改性聚二甲基硅氧烷中的至少一種；增稠劑采用聚丙烯酸酯類；成膜助劑采用醇酯十二或者丙二醇苯醚的至少一種。
其中，丙烯酸酯類聚合物具有優(yōu)良的耐候性、耐油性等性能，且丙烯酸酯體系有眾多的酯基可供選擇，可以通過分子設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度可在-70℃到155℃之間丙烯酸酯體系的高聚物，故其共聚物或共混物作為阻尼材料可以用來實(shí)現(xiàn)寬溫域的阻尼效果。而IPN結(jié)構(gòu)和核殼結(jié)構(gòu)不同于簡單的共聚物，其兩相間強(qiáng)迫互溶，，界面互穿，因而玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)更寬，阻尼性能更優(yōu)異。
優(yōu)選的，所述分散劑、潤濕分散劑、改性脲類流變觸變劑與抗菌劑的重量配比為1:1:1:1至5:4:5:1，分散機(jī)中攪拌速度為600-800rpm，攪拌時間為20-30分鐘。
相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種制備水性阻尼涂料的方法，包括以下步驟：
步驟A：阻尼層涂料制備：將純丙IPN結(jié)構(gòu)乳液、苯丙類核殼乳液和硅丙類核殼乳液混合后，攪拌下按配比加入多功能助劑、云母粉、硅灰石粉、滑石粉、石墨和丁基橡膠粉，攪拌均勻后依次加入成膜助劑、消泡劑和增稠劑，即得到阻尼層涂料；
步驟B：約束層涂料的制備：將聚丙二醇二環(huán)氧乙烷甲基醚類改性環(huán)氧樹脂和乙烯基酯型柔性不飽和聚酯樹脂混合后，在攪拌下將多功能助劑、云母粉、石墨、鉛粉，F(xiàn)e2O3和玻璃纖維按配比依次加入，最后加入成膜助劑、消泡劑和增稠劑，即得到約束層涂料。
優(yōu)選的，其中步驟A中，純丙IPN結(jié)構(gòu)乳液、苯丙類核殼乳液及硅丙類核殼乳液的質(zhì)量比為1:1:1至5:5:1；其中步驟B中，改性環(huán)氧樹脂與不飽和聚氨酯樹脂的質(zhì)量比為1:1至4:1。
本發(fā)明進(jìn)一步采用以上技術(shù)特征，其優(yōu)點(diǎn)在于，具有層狀或鱗片結(jié)構(gòu)的填料，由于層狀效應(yīng)，能有效提高體系的阻尼性能。涂料中添加橡膠粉以提高低溫段的阻尼性能。約束結(jié)構(gòu)阻尼涂料由損耗因子較大的阻尼層和模量較高的約束層涂料組成，為了提高約束層涂料的模量，向其中加入金屬粉末，短纖維等。因涂料中含有鉛粉，可以應(yīng)用于有散熱需求的殼體表面的阻尼材料。
本發(fā)明進(jìn)一步采用以上技術(shù)特征，其優(yōu)點(diǎn)在于，該水性阻尼涂料具有固含量高，阻尼溫域?qū)挿?-40～150℃)、室溫下阻尼頻率寬(20～20000Hz)，阻尼性能優(yōu)異(損耗峰值達(dá)0.9，55℃下)。其中，在-10℃～120℃范圍內(nèi)阻尼因子都在0.50之上，在-40℃時阻尼因子為0.28，在150℃時阻尼因子為0.46。采用約束阻尼層，不僅阻尼溫域和頻率范圍廣，減振性能優(yōu)異，而且較好的力學(xué)性能和耐熱性能。采用類似于約束型阻尼結(jié)構(gòu)，當(dāng)基材表面受到振動彎曲變形時，基材與模量高的約束層產(chǎn)生相對滑移運(yùn)動，處于中間的阻尼層受到與基材接觸表面和約束層接觸表面的拉延變形不同，從而在阻尼層內(nèi)部產(chǎn)生剪切應(yīng)變使部分機(jī)械能損耗，因而達(dá)到提高耗能的目的。
本發(fā)明的涂料可采用噴涂、刮涂或滾涂的方式進(jìn)行施工。其中阻尼層厚度1-6毫米，約束層厚度為0.5-4毫米。阻尼層涂覆于基材殼體的表面，約束層涂覆于阻尼層外側(cè)。
本發(fā)明具有如下有益效果：
本發(fā)明中寬頻寬溫域的約束結(jié)構(gòu)水性阻尼涂料阻尼層采用多元共混IPN結(jié)構(gòu)及核殼結(jié)構(gòu)乳液作為基體，添加層狀和鱗片狀結(jié)構(gòu)填料拓寬阻尼的溫度范圍；同時約束層采用模量較高的環(huán)氧樹脂和聚酯樹脂作為基體，添加金屬粉末和玻璃纖維等構(gòu)成約束層涂料來進(jìn)一步提高材料的損耗因子。
具體實(shí)施方式
下面對本發(fā)明的較優(yōu)的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明：
實(shí)施例1
多功能助劑的制備：取60份水，置于分散機(jī)下將10份離子型聚丙烯酸鹽類分散劑、10份二辛基磺基琥珀酸鹽潤濕分散劑、10份改性脲類流變觸變劑和10份鄰苯基苯酚抗菌劑四種助劑依次加入，攪拌，使其分散均勻，即得多功能助劑。
按重量份數(shù)計(jì)，該約束結(jié)構(gòu)阻尼涂料中的阻尼層由以下組分組成：純丙IPN結(jié)構(gòu)乳液：20份，苯丙類核殼乳液：15份，硅丙類核殼乳液：10份，云母粉(60μm)10份、硅灰石粉(200目)10份、滑石粉(200目)8份、石墨(1250目)5份、丁基橡膠粉5份，多功能助劑1份，醇酯十二成膜助劑0.5份、脂肪族酰胺消泡劑0.5份和聚丙烯酸酯類增稠劑0.8份。
按重量份數(shù)計(jì)，該約束結(jié)構(gòu)阻尼涂料中的約束層由以下組分組成：改性環(huán)氧樹脂20份，柔性不飽和聚酯樹脂15份，云母粉(60μm)10份、石墨(1250目)5份、玻璃纖維15份、鉛粉(800目)5份，F(xiàn)e2O3 3份，多功能助劑1份，醇酯十二成膜助劑0.5份、脂肪族酰胺消泡劑0.5份和聚丙烯酸酯類增稠劑0.8份。
阻尼層涂料制備：將純丙IPN結(jié)構(gòu)乳液、苯丙類核殼乳液和硅丙類核殼乳液混合后，攪拌下加入多功能助劑和云母粉、硅灰石粉、滑石粉、石墨和丁基橡膠粉，攪拌均勻后依次加入成膜助劑、消泡劑和增稠劑，即得到阻尼層涂料；
約束層涂料的制備：將改性環(huán)氧樹脂和柔性不飽和聚酯樹脂混合后，在攪拌下將多功能助劑、云母粉、石墨、鉛粉，F(xiàn)e2O3和玻璃纖維按配比依次加入，最后加入成膜助劑、消泡劑和增稠劑，即得到約束層涂料
采用噴涂方式，將阻尼層涂料噴涂于基材殼體的表面，厚度為2mm，干燥后將約束層涂料涂覆于阻尼層外側(cè)，厚度為1mm，在常溫干燥后形成約束結(jié)構(gòu)阻尼涂料。
實(shí)施例2
多功能助劑的制備：取30份水，置于分散機(jī)下將5份離子型聚丙烯酸鹽類分散劑、4份硫酸月桂酯潤濕分散劑、5份改性脲類流變觸變劑及1份雙硫代氨基甲酸酯抗菌劑四種助劑依次加入，攪拌，使其分散均勻，即得多功能助劑。
按重量份數(shù)計(jì)，該約束結(jié)構(gòu)阻尼涂料中的阻尼層由以下組分組成：純丙IPN結(jié)構(gòu)乳液：60份，苯丙類核殼乳液：50份，硅丙類核殼乳液：45份，云母粉(20μm)60份、硅灰石粉(1250目)40份、滑石粉(800目)25份、石墨(1000目)30份、丁基橡膠粉10份，多功能助劑4份，成膜助劑丙二醇苯醚4份、消泡劑聚乙二醇3份和聚丙烯酸酯類增稠劑5份。
按重量份數(shù)計(jì)，該約束結(jié)構(gòu)阻尼涂料中的約束層由以下組分組成：改性環(huán)氧樹脂60份，柔性不飽和聚酯樹脂55份，云母粉(20μm)60份、石墨(500目)10份、玻璃纖維30份、鉛粉(2000目)15份，F(xiàn)e2O3 15份，多功能助劑4份，成膜助劑丙二醇苯醚4份、消泡劑聚乙二醇3份和聚丙烯酸酯類增稠劑5份。
阻尼層涂料制備：將純丙IPN結(jié)構(gòu)乳液、苯丙類核殼乳液和硅丙類核殼乳液混合后，攪拌下加入多功能助劑和云母粉、硅灰石粉、滑石粉、石墨、丁基橡膠粉，攪拌均勻后依次加入成膜助劑、消泡劑和增稠劑，即得到阻尼層涂料；
約束層涂料的制備：將改性環(huán)氧樹脂和柔性不飽和聚酯樹脂混合后，在攪拌下將多功能助劑、云母粉、石墨、鉛粉，F(xiàn)e2O3，玻璃纖維按配比依次加入，最后加入成膜助劑、消泡劑和增稠劑，即得到約束層涂料；
采用噴涂方式，將阻尼層涂料噴涂于基材殼體的表面，厚度為4mm，干燥后將約束層涂料涂覆于阻尼層外側(cè)，厚度為2mm，在常溫干燥后形成約束結(jié)構(gòu)阻尼涂料。
實(shí)施例3
多功能助劑的制備：取50份水，置于分散機(jī)下將10份離子型聚丙烯酸鹽類分散劑、10份二辛基磺基琥珀酸鹽潤濕分散劑、10份改性脲類流變觸變劑和10份鄰苯基苯酚抗菌劑四種助劑依次加入，攪拌，使其分散均勻，即得多功能助劑。
按重量份數(shù)計(jì)，該約束結(jié)構(gòu)阻尼涂料中的阻尼層由以下組分組成：純丙IPN結(jié)構(gòu)乳液：30份，苯丙類核殼乳液：30份，硅丙類核殼乳液：15份，云母粉(100μm)30份、硅灰石粉(500目)15份、滑石粉(500目)10份、石墨(800目)10份、丁基橡膠粉6份，多功能助劑2份，醇酯十二成膜助劑1份、改性聚二甲基硅氧烷消泡劑1份和聚丙烯酸酯類增稠劑2份。
按重量份數(shù)計(jì)，該約束結(jié)構(gòu)阻尼涂料中的約束層由以下組分組成：改性環(huán)氧樹脂40份，柔性不飽和聚酯樹脂20份，云母粉(100μm)30份、石墨(325目)10份、玻璃纖維20份、鉛粉(1000目)10份，F(xiàn)e2O3 8份，多功能助劑2份，醇酯十二成膜助劑1份、改性聚二甲基硅氧烷消泡劑1份和聚丙烯酸酯類增稠劑2份。
阻尼層涂料制備：將純丙IPN結(jié)構(gòu)乳液、苯丙類核殼乳液和硅丙類核殼乳液混合后，攪拌下加入多功能助劑和云母粉、硅灰石粉、滑石粉、石墨、丁基橡膠粉，攪拌均勻后依次加入成膜助劑、消泡劑和增稠劑，即得到阻尼層涂料；
約束層涂料的制備：將改性環(huán)氧樹脂和柔性不飽和聚酯樹脂混合后，在攪拌下將多功能助劑、云母粉、石墨、鉛粉，F(xiàn)e2O3，玻璃纖維按配比依次加入，最后加入成膜助劑、消泡劑和增稠劑，即得到約束層涂料
采用噴涂方式，將阻尼層涂料噴涂于基材殼體的表面，厚度為5mm，干燥后將約束層涂料涂覆于阻尼層外側(cè)，厚度為3mm，在常溫干燥后形成約束結(jié)構(gòu)阻尼涂料。
實(shí)施例4
多功能助劑的制備：取30份水，置于分散機(jī)下將5份離子型聚丙烯酸鹽類分散劑、4份硫酸月桂酯潤濕分散劑、5份改性脲類流變觸變劑及1份雙硫代氨基甲酸酯抗菌劑四種助劑依次加入，攪拌，使其分散均勻，即得多功能助劑。
按重量份數(shù)計(jì)，該約束結(jié)構(gòu)阻尼涂料中的阻尼層由以下組分組成：純丙IPN結(jié)構(gòu)乳液：40份，苯丙類核殼乳液：40份，硅丙類核殼乳液：25份，云母粉(60μm)40份、硅灰石粉(400目)30份、滑石粉(300目)18份、石墨(400目)10份、丁基橡膠粉8份，多功能助劑3份，丙二醇苯醚成膜助劑2份、脂肪族酰胺消泡劑2份和聚丙烯酸酯類增稠劑4份。
按重量份數(shù)計(jì)，該約束結(jié)構(gòu)阻尼涂料中的約束層由以下組分組成：改性環(huán)氧樹脂30份，柔性不飽和聚酯樹脂40份，云母粉(60μm)40份、石墨(400目)10份、玻璃纖維25份、鉛粉(1500目)13份，F(xiàn)e2O3 10份，多功能助劑3份，成膜助劑丙二醇苯醚2份、消泡劑脂肪族酰胺2份和聚丙烯酸酯類增稠劑3份。
阻尼層涂料制備：將純丙IPN結(jié)構(gòu)乳液、苯丙類核殼乳液和硅丙類核殼乳液混合后，攪拌下加入多功能助劑和云母粉、硅灰石粉、滑石粉、石墨、丁基橡膠粉，攪拌均勻后依次加入成膜助劑、消泡劑和增稠劑，即得到阻尼層涂料；
約束層涂料的制備：將改性環(huán)氧樹脂和柔性不飽和聚酯樹脂混合后，在攪拌下將多功能助劑、云母粉、石墨、鉛粉，F(xiàn)e2O3，玻璃纖維按配比依次加入，最后加入成膜助劑、消泡劑和增稠劑，即得到約束層涂料
采用噴涂方式，將阻尼層涂料噴涂于基材殼體的表面，厚度為6mm，干燥后將約束層涂料涂覆于阻尼層外側(cè)，厚度為4mm，在常溫干燥后形成約束結(jié)構(gòu)阻尼涂料。
效果如表1所示：
表1
由表1可知，該約束結(jié)構(gòu)阻尼涂料以下優(yōu)點(diǎn)：
1、固含量高(70％-80％)，可噴涂、刮涂，可耐150℃高溫烘烤；
2、在寬廣的溫域和頻率范圍內(nèi)具有較高的損耗因子；
3、損耗因子高，具有減振降噪性能優(yōu)異；
4、具有較好的耐熱性能，與基體表面粘結(jié)良好，基體(如汽車發(fā)動機(jī))振動30天，涂層無剝落和無撕裂現(xiàn)象。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。