專(zhuān)利名稱(chēng)：一種梯度雜化體減振復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工程材料及制備領(lǐng)域，特別是涉及一種梯度雜化體減振復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
由于一般高聚物的阻尼機(jī)理主要是利用了在玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)域，高聚物的分子鏈段從玻璃態(tài)的“凍結(jié)”轉(zhuǎn)變到了“解凍”狀態(tài)，通過(guò)分子鏈段之間的摩擦運(yùn)動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成焦耳熱而耗散掉。但是有效阻尼溫域(tanδ＞0.3的溫域)比較窄，一般為20～30℃左右；而對(duì)高性能阻尼材料而言，一般要求損耗因子tanδ＞0.3的轉(zhuǎn)變區(qū)溫度應(yīng)達(dá)到60℃。因此為了拓寬有效阻尼溫域，研究者通過(guò)共混、IPN(互穿聚合物網(wǎng)絡(luò))等技術(shù)來(lái)達(dá)到拓寬有效阻尼溫域的目的，但是效果不是很理想。如共混存在相分離問(wèn)題而影響材料的力學(xué)性能，而且兩個(gè)玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)域之間存在阻尼“低谷”，減振效果差；而IPN技術(shù)雖然可以極大的拓寬有效阻尼溫域，但是損耗因子tanδ普遍較低，而且產(chǎn)業(yè)化較困難。
近年來(lái)，利用有機(jī)小分子與聚合物形成雜化體得到了高阻尼材料的做法，開(kāi)創(chuàng)了制備高性能阻尼材料的新概念、新方法。如CPE/DZ有機(jī)雜化體材料，當(dāng)DZ的質(zhì)量百分比達(dá)到80％時(shí)，損耗因子tanδ＞4；但是損耗峰的寬度隨著小分子質(zhì)量比的增加而下降，而且損耗峰移向高溫。因此為了解決這些問(wèn)題，必須探討新的減振機(jī)理，研制新的減振材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種梯度雜化體減振復(fù)合材料及其制備方法。該減振復(fù)合材料有較高的阻尼值和較寬的有效阻尼溫域，減振效果好。可適用于汽車(chē)、軌道交通、建筑、機(jī)械、家用電器及體育器材等方面。其制備方法簡(jiǎn)便易行，成本低，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明的一種梯度雜化體減振復(fù)合材料，包括沿著復(fù)合材料的厚度方向，雜化材料的組分呈梯度變化，而不同組分的雜化材料具有各自對(duì)應(yīng)的損耗峰溫度與高度，通過(guò)復(fù)合材料中多種組分雜化材料來(lái)達(dá)到拓寬阻尼峰的目的。熱壓成形中，梯度雜化減振復(fù)合材料中雜化體組分主要含ZKF(2-羥基-3-環(huán)己基-5甲基)-苯環(huán))質(zhì)量百分比為5wt％、15wt％、25wt％和40wt％。根據(jù)設(shè)計(jì)，其中由三層構(gòu)成的梯度雜化體減振復(fù)合材料，其各層所占復(fù)合材料的體積比為V1∶V2∶V3＝60∶35∶5；由四層構(gòu)成的梯度雜化體減振復(fù)合材料，其各層所占復(fù)合材料的體積比為V1∶V2∶V3∶V4＝40∶45∶10∶5；由五層構(gòu)成的梯度雜化體減振復(fù)合材料，其各層所占復(fù)合材料的體積比為V1∶V2∶V3∶V4∶V5＝35∶43∶15∶4∶3。
所述的梯度雜化減振復(fù)合材料中，其tanδ＞0.3、0.4以及0.5的溫度范圍分別達(dá)到了75、61和50℃，本發(fā)明的一種梯度雜化體減振復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟一、混煉(1)將雙輥筒混煉機(jī)的輥筒溫度上升到60～65℃并保持基本穩(wěn)定；(2)在輥筒間加入氯化聚乙烯(CPE)粉末，通過(guò)輥筒表面溫度使CPE軟化，并在輥筒由于轉(zhuǎn)速差異而產(chǎn)生的剪切力作用下，使CPE粉末處在半流狀態(tài)下，同時(shí)用切刀做人工輔助性的混合，混煉5-10分鐘；(3)在輥筒間加入ZKF有機(jī)小分子，由于雙輥筒表面之間的轉(zhuǎn)速差異，使得ZKF有機(jī)小分子在CPE中分散開(kāi)來(lái)，同時(shí)用切刀輔助混合，以利于均勻混合，混煉時(shí)間約為20-30分鐘；(4)混煉均勻后，調(diào)節(jié)雙輥之間的距離，使輥筒表面上膜的厚度達(dá)到設(shè)計(jì)所需厚度，并從輥上把膜以薄片的形式剝下，在室溫下冷卻，以備熱壓成形只用。
(5)重復(fù)進(jìn)行(2)～(4)的操作過(guò)程，即可制得不同組分的雜化體混煉薄膜；并根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的不同雜化體的體積比，準(zhǔn)備雜化體混煉料，以便進(jìn)行梯度雜化體減振復(fù)合材料的制備。
二、熱壓成形(1)將CPE混煉料放在厚度為V1mm厚的模子內(nèi)腔中，模子上下都用鋼板夾住，且在鋼板和模子之間用一層高溫防粘膜；(2)將鋼板移入平板硫化機(jī)，卸載條件下以150-160℃預(yù)熱5-10分鐘，使混煉料充分熔融；然后在5MPa的壓力下加壓5-10分鐘，使熔融混煉料流動(dòng)充滿(mǎn)模子內(nèi)腔；然后再在10～12MPa的壓力加壓5-10分鐘，期間反復(fù)加壓、卸載3～5次，排出熔融混料中的氣體；最后用10～12MPa的壓力加壓保形5-10分鐘；(3)從平板硫化機(jī)中取出鋼板，揭去一層防粘膜，并把模子的厚度根據(jù)設(shè)計(jì)增加V2厚，根據(jù)設(shè)計(jì)的梯度材料，在已成形的CPE薄膜上再鋪上一定厚度的雜化體混煉料，再放上防粘膜和鋼板，把鋼板放入硫化機(jī)，重復(fù)進(jìn)行2>過(guò)程；(4)重復(fù)進(jìn)行(3)過(guò)程(n-1)次即可得到n層厚的梯度雜化體減振復(fù)合材料；
(5)梯度雜化體減振復(fù)合材料在達(dá)到所設(shè)計(jì)的層數(shù)后，取下鋼板，連同混料一起放入冰水中進(jìn)行淬火處理，脫膜，即可得到所設(shè)計(jì)的“梯度雜化體減振復(fù)合材料”。
通過(guò)共混、IPN技術(shù)以及有機(jī)雜化體材料在制得寬溫域高阻尼性能的減振復(fù)合材料上存在一定的缺陷，本發(fā)明把“功能梯度材料”的概念引進(jìn)到雜化體材料中來(lái)，提出了“梯度雜化體材料”的概念。在確保雜化體材料高阻尼性能的基礎(chǔ)上，通過(guò)構(gòu)建梯度雜化體，使雜化體材料沿著一定方向(如厚度方向)的組分(雜化度)形成漸變，而雜化體的阻尼系數(shù)以及損耗峰位置與雜化度有一定關(guān)系，從而拓寬了雜化體材料的有效阻尼溫域。本發(fā)明的減振機(jī)理綜合了高聚物的粘彈性和雜化材料氫鍵網(wǎng)絡(luò)的可逆性，使得雜化體材料不僅具有高阻尼性能，而且還具有較寬的有效阻尼溫域。通過(guò)復(fù)合材料中多種組分雜化材料來(lái)達(dá)到拓寬阻尼峰的目的。
梯度雜化體減振復(fù)合材料，其特征在于沿著復(fù)合材料的厚度方向，雜化材料的組分呈梯度變化，而不同組分的雜化材料具有各自對(duì)應(yīng)的損耗峰溫度與高度，通過(guò)復(fù)合材料中多種組分雜化材料來(lái)達(dá)到拓寬阻尼峰的目的，如圖1所示。圖1中Vi表示各層所占復(fù)合材料總體積的百分比，且Σi=1mVi=100%;]]>Ai表示各層中有機(jī)小分子ZKF的質(zhì)量百分比，且Ai＜Ai+1。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下1.本發(fā)明的寬溫域高阻尼減振復(fù)合材料減振機(jī)理綜合了高聚物的粘彈性和雜化材料氫鍵網(wǎng)絡(luò)的可逆性，具有優(yōu)異的減振消音功能；2.由于層與層之間是相容的，解決了通過(guò)相分離來(lái)拓寬有效阻尼溫域的目的而導(dǎo)致的力學(xué)性能不足的缺陷；而且可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，可以通過(guò)構(gòu)建梯度材料來(lái)彌補(bǔ)中間區(qū)域阻尼性能低的不足，且容易實(shí)行產(chǎn)業(yè)化；3.本發(fā)明的寬溫域高阻尼減振復(fù)合材料的減振溫域在-20～60℃之間，基本上與我們生活中的環(huán)境溫度相一致，能夠滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的需要。


圖1梯度雜化體減振復(fù)合材料示意圖。
圖2不同層數(shù)的梯度雜化體減振復(fù)合材料。
2(a)第一層為CPE；第二層為ZKF含量為15wt％雜化材料；第三層為ZKF含量為40wt％雜化材料；2(b)第一層為CPE；第二層為ZKF含量為5wt％雜化材料；第三層為ZKF含量為25wt％雜化材料；第四層為ZKF含量為40wt％雜化體材料；2(c)第一層為CPE；第二層為ZKF含量為5wt％雜化材料；第三層為ZKF含量為15wt％雜化材料；第四層為ZKF含量為25wt％雜化體材料；第五層為ZKF含量為40wt％雜化體材料。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
基體材料的選擇主要考慮選用本身不僅具有較好的粘彈性，而且還具有一定的極性，充分利用其本身的粘彈性能和由于極性而容易制備雜化體材料，另外還考慮國(guó)內(nèi)已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的高聚物彈性體，為該類(lèi)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域；功能有機(jī)小分子選用與基體材料相容的小分子?；谝陨峡紤]，基體材料選用氯化聚乙烯(CPE)；功能有機(jī)小分子選用(2-羥基-3-環(huán)己基-5甲基)-苯環(huán)(ZKF)。
本發(fā)明制備的方法，按下列組分質(zhì)量百分比制作了一些雜化梯材料，并根據(jù)設(shè)計(jì)制備不同層數(shù)的梯度雜化體材料(Vi為第i層的體積分?jǐn)?shù))，并對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)力學(xué)熱分析(DMA)研究，來(lái)觀察其能量損耗的途徑及效果。
以下實(shí)例中第一層為基體層CPE，制得ZKF質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5、15、25和40％的雜化體材料。
實(shí)施例1用三層雜化體材料來(lái)構(gòu)建梯度雜化體減振復(fù)合材料，如說(shuō)明書(shū)附圖2(a)所示第一層為CPE；第二層為ZKF含量為15wt％雜化材料；第三層為ZKF含量為40wt％雜化材料，其中V1∶V2∶V3＝60∶35∶5，復(fù)合材料的厚度為2mm。
第一步混煉將雙輥筒混煉機(jī)的輥筒溫度上升到60～65℃并保持基本穩(wěn)定；2>在輥筒間加入氯化聚乙烯(CPE)粉末，通過(guò)輥筒表面溫度使CPE軟化，并在輥筒由于轉(zhuǎn)速差異而產(chǎn)生的剪切力作用下，使CPE粉末處在半流狀態(tài)下，同時(shí)用切刀做人工輔助性的混合，混煉10分鐘；3>在輥筒間加入ZKF有機(jī)小分子，由于雙輥筒表面之間的轉(zhuǎn)速差異，使得ZKF有機(jī)小分子在CPE中分散開(kāi)來(lái)，同時(shí)用切刀輔助混合，混煉時(shí)間約為20分鐘，以利于均勻混合；4>總的混煉時(shí)間為30分鐘，混煉均勻后，調(diào)節(jié)雙輥之間的距離，使輥上膜的厚度為0.1mm，并從輥上把膜以薄片的形式剝下，在室溫下冷卻，以備熱壓成形只用。
5>反復(fù)進(jìn)行以上操作即可制得ZKFwt％含量為5％、15％、25％和40％雜化體材料。
第二步熱壓成形1>根據(jù)設(shè)計(jì)把模子的厚度調(diào)節(jié)到1.2mm，把CPE鋪在模子內(nèi)腔中，模子上下都用鋼板夾住，且在鋼板和模子之間用一層高溫防粘膜；2>將鋼板移入平板硫化機(jī)，卸載條件下在160℃預(yù)熱5分鐘，使CPE充分熔融；3>用5MPa的壓力加壓10分鐘，使熔融混煉碎料流動(dòng)充滿(mǎn)模子內(nèi)腔；4>反復(fù)加壓、卸載1分鐘，排出熔融混料中的氣體；5>從平板硫化機(jī)中取出鋼板，揭去一層防粘膜，并把模子的厚度根據(jù)設(shè)計(jì)增加0.7mm，并把ZKF含量為15wt％雜化體材料鋪在模子內(nèi)腔，模子上下都用鋼板夾住，且在鋼板和模子之間用一層高溫防粘膜；6>進(jìn)行同2>～5>相似的操作，使ZKF含量為15wt％雜化體填滿(mǎn)內(nèi)腔；7>從平板硫化機(jī)中取出鋼板，揭去一層防粘膜，并把模子的厚度根據(jù)設(shè)計(jì)再增加0.1mm，并把ZKF含量為40wt％雜化體材料鋪在模子內(nèi)腔；8>進(jìn)行同2>～5>相似的操作，使ZKF含量為40wt％雜化體填滿(mǎn)內(nèi)腔；9>最后把三層雜化體復(fù)合材料用10～12MPa的壓力加壓保形10分鐘；10>取下鋼板，連同混料一起放入冰水中進(jìn)行淬火處理，脫膜，即可得到梯度雜化體減振復(fù)合材料。
實(shí)施例2用四層雜化體材料來(lái)構(gòu)建梯度雜化體減振復(fù)合材料，其制備的步驟與實(shí)施例1相同。其結(jié)構(gòu)如說(shuō)明書(shū)附圖2(b)所示第一層為CPE；第二層為ZKF含量為5wt％雜化材料；第三層為ZKF含量為25wt％雜化材料；第四層為ZKF含量為40wt％雜化體材料，其中V1∶V2∶V3∶V4＝40∶45∶10∶5，復(fù)合材料的厚度為2mm。
實(shí)施例3用五層雜化體材料來(lái)構(gòu)建梯度雜化體減振復(fù)合材料，其制備的步驟與實(shí)施例1相同。其結(jié)構(gòu)如說(shuō)明書(shū)附圖2(c)所示第一層為CPE；第二層為ZKF含量為5wt％雜化材料；第三層為ZKF含量為15wt％雜化材料；第四層為ZKF含量為25wt％雜化體材料；第五層為ZKF含量為40wt％雜化體材料，其中V1∶V2∶V3∶V4∶V5＝35∶43∶15∶4∶3，復(fù)合材料的厚度為2mm。實(shí)施例1～實(shí)施例3所制得的梯度雜化體減振復(fù)合材料與單純的氯化聚乙烯(CPE)材料通過(guò)動(dòng)態(tài)力學(xué)熱分析儀(DMA)測(cè)試，以損耗因子tanδ評(píng)價(jià)，見(jiàn)表一，其對(duì)比測(cè)試結(jié)果如下表一損耗因子tanδ

從表一可知，與純的CPE相比，所制備的梯度雜化減振復(fù)合材料的有效阻尼溫域(tanδ＞0.3的溫域)被顯著拓寬，實(shí)施例3中的有效阻尼溫域達(dá)到了75℃，并且損耗因子tanδ＞0.4或0.5的溫域也相應(yīng)的被拓寬，其中實(shí)施例3中tanδ＞0.5的溫域達(dá)到了50℃左右，因此可知，所制備的梯度雜化減振復(fù)合材料不僅具有較高的阻尼性能，而且阻尼溫域也較寬，減振消音效果要大大優(yōu)于純的CPE基體材料的減振消音效果。另外，從表一可知，所制備的梯度雜化體減振復(fù)合材料使用溫度較廣，在常溫-10～60℃之間，都具有很好的減振效果。
權(quán)利要求
1.一種梯度雜化體減振復(fù)合材料，其特征在于沿著復(fù)合材料的厚度方向，雜化材料的組分呈梯度變化，而不同組分的雜化材料具有各自對(duì)應(yīng)的損耗峰溫度與高度，通過(guò)復(fù)合材料中多種組分雜化材料來(lái)達(dá)到拓寬阻尼峰的目的。熱壓成形中，梯度雜化減振復(fù)合材料中雜化體組分主要含ZKF質(zhì)量百分比為5wt％、15wt％、25wt％和40wt％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種梯度雜化體減振復(fù)合材料，其特征在于三層梯度雜化體減振復(fù)合材料，第一層為CPE；第二層ZKF含量為15wt％雜化材料；第三層ZKF含量為40wt％雜化材料，其中V1∶V2∶V3＝60∶35∶5，復(fù)合材料的厚度為2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種梯度雜化體減振復(fù)合材料，其特征在于四層梯度雜化體減振復(fù)合材料，第一層CPE；第二層ZKF含量為5wt％雜化材料；第三層為ZKF含量25wt％雜化材料；第四層為ZKF含量40wt％雜化體材料，其中V1∶V2∶V3∶V4＝40∶45∶10∶5，復(fù)合材料的厚度為2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種梯度雜化體減振復(fù)合材料，其特征在于五層梯度雜化體減振復(fù)合材料，第一層CPE；第二層ZKF含量為5wt％雜化材料；第三層ZKF含量15wt％雜化材料；第四層ZKF含量25wt％雜化體材料；第五層ZKF含量40wt％雜化體材料，其中V1∶V2∶V3∶V4∶V5＝35∶43∶15∶4∶3，復(fù)合材料的厚度為2mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種梯度雜化體減振復(fù)合材料，其特征在于所述的梯度雜化減振復(fù)合材料中，其tanδ＞0.3、0.4以及0.5的溫度范圍分別達(dá)到了75、61和50℃。
6.一種梯度雜化體減振復(fù)合材料的制備方法，包括下列步驟一、混煉(1)將雙輥筒混煉機(jī)的輥筒溫度上升到60～65℃并保持基本穩(wěn)定；(2)在輥筒間加入氯化聚乙烯CPE粉末，使軟化，處在半流狀態(tài)下，同時(shí)用切刀做人工混合，混煉5-10分鐘；(3)加入ZKF有機(jī)小分子，使在CPE中分散開(kāi)來(lái)，用切刀混合20-30分鐘；(4)混煉均勻后，調(diào)節(jié)雙輥之間的距離，使輥筒表面上膜的厚度達(dá)到所需厚度，以薄片的形式剝下，在室溫下冷卻，以備熱壓成形只用；(5)重復(fù)進(jìn)行(2)～(4)的操作過(guò)程，即可制得不同組分的雜化體混煉薄膜；并根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的不同雜化體的體積比，準(zhǔn)備雜化體混煉料，以便進(jìn)行梯度雜化體減振復(fù)合材料的制備。二、熱壓成形(1)將CPE混煉料放在厚度為V1mm厚的模子內(nèi)腔中，模子上下都用鋼板夾住，且在鋼板和模子之間用一層高溫防粘膜；(2)將鋼板移入平板硫化機(jī)，卸載條件下以150-160℃預(yù)熱5-10分鐘，使混煉料充分熔融；然后在5MPa的壓力下加壓5-10分鐘，使熔融混煉料流動(dòng)充滿(mǎn)模子內(nèi)腔；然后再在10～12MPa的壓力加壓5-10分鐘，反復(fù)加壓、卸載3～5次，排出熔融混料中的氣體；最后用10～12MPa的壓力加壓保形5-10分鐘；(3)從平板硫化機(jī)中取出鋼板，揭去一層防粘膜，并把模子的厚度根據(jù)設(shè)計(jì)增加V2厚，根據(jù)梯度材料，在已成形的CPE薄膜上鋪上一定厚度的雜化體混煉料，放上防粘膜和鋼板，把鋼板放入硫化機(jī)，重復(fù)進(jìn)行(2)過(guò)程；(4)重復(fù)進(jìn)行(3)過(guò)程(n-1)次即可得到n層厚的梯度雜化體減振復(fù)合材料；(5)梯度雜化體減振復(fù)合材料在達(dá)到所要的層數(shù)后，取下鋼板，連同混料一起放入冰水中進(jìn)行淬火處理，脫膜，即得到梯度雜化體減振復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種梯度雜化體減振復(fù)合材料，包括沿著厚度方向，雜化材料的組分呈梯度變化，雜化體組分含ZKF質(zhì)量百分比為5wt％、15wt％、25wt％和40wt％。制備包括一、混煉(1)輥筒溫度60～65℃；(2)加入氯化聚乙烯粉末，混煉5－10分鐘；(3)加入ZKF，混合20－30分鐘；(4)剝下冷卻；(5)重復(fù)(2)～(4)操作；二、熱壓成形(1)將CPE混煉料放在V
文檔編號(hào)F16F9/30GK101049744SQ20071004057
公開(kāi)日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2007年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月11日
發(fā)明者晏雄, 丁新波, 張慧萍 申請(qǐng)人:東華大學(xué)