專利名稱：壓電與導(dǎo)電接枝型聚氨酯基復(fù)合阻尼材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是ー種阻尼材料，本發(fā)明也涉及ー種阻尼材料的制備方法。具體地說涉及一種壓電- 導(dǎo)電接枝型聚氨酯基復(fù)合阻尼材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
機(jī)械振動廣泛存在于動カ系統(tǒng)。阻尼是減振降噪技術(shù)中有效控制振動和噪聲的方法之一，它將振動機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能耗散棹，從而達(dá)到減振降噪的目的。因此阻尼材料是阻尼減振技術(shù)的重要組成部分，一直是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近幾年來，智能型阻尼材料引起了人們廣泛的關(guān)注。其阻尼機(jī)理主要由三部分組成第一，聚合物分子鏈段之間的摩擦消耗能量；第二，固體填料與聚合物分子鏈之間摩擦消耗能量；第三，壓電粒子在基體材料中將振動能轉(zhuǎn)化為電能，再通過導(dǎo)電粒子將電能轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，該種方法不僅僅依靠高分子的粘彈阻尼機(jī)理，同時(shí)引入了壓電-導(dǎo)電阻尼機(jī)理，可制得寬阻尼溫域，高損耗因子的阻尼材料。目前關(guān)于壓電-導(dǎo)電型阻尼材料的公開報(bào)道較多，例如中國專利公開號為CN101392090、CN101323697、日本專利公開號為JP2002069424(A)等均公開了環(huán)氧樹脂基壓電導(dǎo)電阻尼材料，環(huán)氧樹脂雖然高溫性能優(yōu)異，但不適用于低溫環(huán)境，且韌性也不夠理想；而中國專利公開號為CN1376734公開了用聚偏ニ氟こ烯作基體材料，壓電陶瓷作為壓電材料、導(dǎo)電炭黑作為導(dǎo)電材料的阻尼減振復(fù)合材料，且具有良好的阻尼性能。而聚氨酯彈性體作為阻尼降噪材料近年來廣泛應(yīng)用于船舶、海洋、交通運(yùn)輸、大型機(jī)械、建筑等領(lǐng)域，但以聚氨酯為基體制備的壓電-導(dǎo)電阻尼材料還沒有公開報(bào)道過。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種具有寬溫域、高阻尼性能的壓電與導(dǎo)電接枝型聚氨酯基復(fù)合阻尼材料。本發(fā)明的目的還在于提供一種壓電與導(dǎo)電接枝型聚氨酯基復(fù)合阻尼材料的制備方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的壓電與導(dǎo)電接枝型聚氨酯基復(fù)合阻尼材料中含有接枝型聚氨酯基體中的主鏈基體、支鏈基體，壓電陶瓷粒子，導(dǎo)電粒子和交聯(lián)劑；主鏈基體與支鏈基體的質(zhì)量比為2 I ;壓電陶瓷粒子的含量為接枝型聚氨酯基體中的主鏈基體和支鏈基體重量的20 70% ;導(dǎo)電粒子的含量為接枝型聚氨酯基體中的主鏈基體和支鏈基體重量的O. 5 I. 5% ;并且主鏈基體中的-NCO與交聯(lián)劑中-OH的摩爾比為I : I. 2。所述接枝型聚氨酯基體中的主鏈基體是將聚醚ニ醇真空加熱去除水分和氣泡后與ニ異氰酸酯以摩爾比為I : 2. 7混合均勻，在80°C狀態(tài)下反應(yīng)制得的。所述接枝型聚氨酯基體中的支鏈基體是先將聚醚ニ醇真空加熱除去水分和氣泡后與ニ異氰酸酯以摩爾比為I : 2. I于80°C下反應(yīng)，然后再用正丁醇以n(-NCO) n(-OH)=2 I于70°C下反應(yīng)制得的。
所述的壓電陶瓷粒子為鋯鈦酸鉛(PZT)，導(dǎo)電粒子為經(jīng)硫酸酸化的多壁碳納米管(MWCNT-C00H)。所述的交聯(lián)劑為三羥甲基丙烷(TMP)。本發(fā)明的壓電與導(dǎo)電接枝型聚氨酯基復(fù)合阻尼材料的制備方法包括以下步驟I)制備接枝型聚氨酯基體中的主鏈基體將聚醚二醇真空加熱去除水分和氣泡，然后加入二異氰酸酯，且聚醚二醇與二異氰酸酯的摩爾比為I : 2. 7，攪拌均勻，緩慢升溫到反應(yīng)溫度75 85V’反應(yīng)2. 5 3h，反應(yīng)完成后室溫放置即得到主鏈聚氨酯基體；2)制備接枝型聚氨 酯基體中的支鏈基體將聚醚二醇真空加熱去除水分和氣泡，然后加入二異氰酸酯，攪拌均勻，緩慢升溫到反應(yīng)溫度75 85°C，反應(yīng)2. 5 3h，且聚醚二醇與二異氰酸酯的摩爾比為I : 2. 1，冷卻至室溫后，再用正丁醇以n(-NCO) n(-OH)=2 I于70°C下反應(yīng)2 h即得到支鏈聚氨酯基體；3)將質(zhì)量比為2 I的主鏈基體與支鏈基體的混合物、占所述混合物20 70wt%得壓電陶瓷粒子、占所述混合物O. 5 I. 5wt%的導(dǎo)電粒子以及交聯(lián)劑三羥甲基丙烷混合均勻，且主鏈基體中的-NCO與交聯(lián)劑的-OH的摩爾比為I : I. 2，于100°C固化得到壓電與導(dǎo)電接枝型聚氨酯基復(fù)合阻尼材料。所述的聚醚二醇是聚氧化丙烯二醇，所述二異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯。所述的壓電陶瓷粒子為鋯鈦酸鉛(PZT)，導(dǎo)電粒子為經(jīng)硫酸酸化的多壁碳納米管(MWCNT-C00H)。所述經(jīng)硫酸酸化的多壁碳納米管的酸化處理方法為將多壁碳納米管混入體積比為3 : I的硫酸及濃硝酸的混合液中，超聲處理O. 5小時(shí)，在60°C下冷凝回流I小時(shí)，水沖洗后與70°C下烘干。本發(fā)明的有益效果在于該阻尼材料的損耗因子(tan δ )峰值達(dá)I. O左右，且在較寬溫度范圍內(nèi)達(dá)到O. 3以上。制備工藝簡單，價(jià)格低廉，阻尼性能較好。本發(fā)明的方法所得到的阻尼材料可作為阻尼降噪材料應(yīng)用于船舶、海洋、交通運(yùn)輸、大型機(jī)械等領(lǐng)域。


圖I為不同導(dǎo)電粒子加入量同儲能模量的變化關(guān)系圖，橫軸為溫度曲線，縱軸為儲能模量。圖2為不同導(dǎo)電粒子加入量同損耗因子的變化關(guān)系圖，橫軸為溫度曲線，縱軸為損耗因子。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的壓電與導(dǎo)電接枝型聚氨酯基復(fù)合阻尼材料的基本制備方法為I)制備接枝型聚氨酯基體中的主鏈基體將聚醚二醇真空加熱去除水分和氣泡，然后加入二異氰酸酯，且聚醚二醇與二異氰酸酯的摩爾比為I : 2. 7，攪拌均勻，緩慢升溫到反應(yīng)溫度75 85°C，反應(yīng)2. 5 3h，反應(yīng)完成后室溫放置即得到主鏈聚氨酯基體；所述的聚醚二醇是聚氧化丙烯二醇，所述二異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯；2)制備接枝型聚氨酯基體中的支鏈基體將聚醚二醇真空加熱去除水分和氣泡，然后加入二異氰酸酯，攪拌均勻，緩慢升溫到反應(yīng)溫度75 85°C，反應(yīng)2. 5 3h，且聚醚二醇與ニ異氰酸酯的摩爾比為I : 2. 1，冷卻至室溫后，再用正丁醇以n(-NCO) n(-OH)=2 I于70°C下反應(yīng)2h即得到支鏈聚氨酯基體；3)將質(zhì)量比為2 I的主鏈基體與支鏈基體的混合物、占所述混合物20 70wt%得壓電陶瓷粒子、占所述混合物O. 5 I. 5wt%的導(dǎo)電粒子以及交聯(lián)劑三羥甲基丙烷混合均勻，且主鏈基體中的-NCO與交聯(lián)劑的-OH的摩爾比為I : I. 2，于100°C固化得到壓電與導(dǎo)電接枝型聚氨酯基復(fù)合 阻尼材料；所述的壓電陶瓷粒子為鋯鈦酸鉛(PZT)，導(dǎo)電粒子為經(jīng)硫酸酸化的多壁碳納米管(MWCNT-C00H);所述經(jīng)硫酸酸化的多壁碳納米管的酸化處理方法為將多壁碳納米管混入體積比為3 I的硫酸及濃硝酸的混合液中，超聲處理O. 5小時(shí)，在60°C下冷凝回流I小時(shí)，水沖洗后與70°C下烘干。本發(fā)明的壓電與導(dǎo)電接枝型聚氨酯基復(fù)合阻尼材料的進(jìn)ー步優(yōu)化制備方法為I)制備接枝型聚氨酯基體中的主鏈基體將聚醚ニ醇真空加熱去除水分和氣泡，然后加入ニ異氰酸酷，且聚醚ニ醇與ニ異氰酸酯的摩爾比為I : 2. 7，攪拌均勻，緩慢升溫到反應(yīng)溫度75 85°C，反應(yīng)2. 5 3h，反應(yīng)完成后室溫放置即得到主鏈聚氨酯基體；所述的聚醚ニ醇是聚氧化丙烯ニ醇，所述ニ異氰酸酯為甲苯ニ異氰酸酷；2)制備接枝型聚氨酯基體中的支鏈基體將聚醚ニ醇真空加熱去除水分和氣泡，然后加入ニ異氰酸酷，攪拌均勻，緩慢升溫到反應(yīng)溫度75 85°C，反應(yīng)2. 5 3h，且聚醚ニ醇與ニ異氰酸酯的摩爾比為I : 2. 1，冷卻至室溫后，再用正丁醇以n(-NCO) n(-OH)=2 I于70°C下反應(yīng)2h即得到支鏈聚氨酯基體；3)將質(zhì)量比為2 I的主鏈基體與支鏈基體的混合物、占所述混合物40 50wt%得壓電陶瓷粒子、占所述混合物O. 8 I. Owt %的導(dǎo)電粒子以及交聯(lián)劑三羥甲基丙烷混合均勻，且主鏈基體中的-NCO與交聯(lián)劑的-OH的摩爾比為I : I. 2，于100°C固化得到壓電與導(dǎo)電接枝型聚氨酯基復(fù)合阻尼材料；所述的壓電陶瓷粒子為鋯鈦酸鉛(PZT)，導(dǎo)電粒子為經(jīng)硫酸酸化的多壁碳納米管(MWCNT-C00H);所述經(jīng)硫酸酸化的多壁碳納米管的酸化處理方法為將多壁碳納米管混入體積比為3 I的硫酸及濃硝酸的混合液中，超聲處理O. 5小時(shí)，在60°C下冷凝回流I小時(shí)，水沖洗后與70°C下烘干。下面舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述 下面是用于實(shí)施例的材料甲苯ニ異制氰酸酯(TDI):天津市科密歐化學(xué)試劑公司聚氧化丙烯ニ醇(PPG):天津市第三石油化工廠三羥甲基丙烷(TMP):天津市博迪化工有限公司壓電陶瓷(PZT):淄博百靈功能陶瓷有限公司多壁碳納米管(MWCNT):清華大學(xué)化工系實(shí)施例I :I)合成主鏈聚氨酯基體在裝有真空裝置的三ロ燒瓶中加入聚氧化丙烯ニ醇PPG634. 67g，于110°C保持抽真空I. 5 2h以去除聚氧化丙烯ニ醇中的水分，后停止抽真空并降溫至50°C左右，然后在實(shí)驗(yàn)裝置中加入80. 57g甲苯ニ異氰酸酯TDI，，其與PPG的摩爾比為2. 7 1，緩慢升溫至80°C并反應(yīng)3h，達(dá)到淡黃色透明粘稠液體，室溫放置12h備用。2)合成支鏈聚氨酯基體在裝有真空裝置的三ロ燒瓶中加入聚氧化丙烯ニ醇PPG184. 76g，于110°C保持抽真空I. 5 2h以去除聚氧化丙烯ニ醇中的水分，后停止抽真空并降溫至50°C左右，然后在實(shí)驗(yàn)裝置中加入34. 26g甲苯二異氰酸酯TDI，，其與PPG的摩爾比為2. I : 1，緩慢升溫至80°C并反應(yīng)3h，達(dá)到淡黃色透明粘稠液體，室溫放置12h備用。然后再用正丁醇以n(-NCO) n(-OH) =2 I于70°C下反應(yīng)I. 5h制得該支鏈聚氨酯基體。3)壓電-導(dǎo)電接枝型聚氨酯復(fù)合阻尼材料的制備一次準(zhǔn)確稱量30g主鏈聚氨酯基體、15g支鏈聚氨酯基體、22. 5g壓電陶瓷充分混合均勻，后在85°C下于真空干燥箱中去除氣泡及水分。然后加入2. 33g已熔化的三羥甲基丙烷，攪拌均勻，脫出氣泡后在100°C下固化得到聚氨酯復(fù)合阻尼材料。圖I中的曲線a為所制得的阻尼材料的儲能模量對溫度的曲線。 圖2中的曲線a為所制得的阻尼材料的損耗因子對溫度的曲線。
實(shí)施例2I)重復(fù)實(shí)施例I中的I)步驟。2)重復(fù)實(shí)施例2中的2)步驟。3)壓電-導(dǎo)電接枝型聚氨酯復(fù)合阻尼材料的制備一次準(zhǔn)確稱量30g主鏈聚氨酯基體、15g支鏈聚氨酯基體、22. 5g壓電陶瓷、O. 23g多壁碳納米管，充分混合均勻，后在85°C下于真空干燥箱中去除氣泡及水分。然后加入2. 33g已熔化的三羥甲基丙烷，攪拌均勻，脫出氣泡后在100°C下固化得到聚氨酯復(fù)合阻尼材料。圖I中的曲線b為所制得的阻尼材料的儲能模量對溫度的曲線。圖2中的曲線b為所制得的阻尼材料的損耗因子對溫度的曲線。實(shí)施例3I)重復(fù)實(shí)施例I中的I)步驟。2)重復(fù)實(shí)施例2中的2)步驟。3)壓電-導(dǎo)電接枝型聚氨酯復(fù)合阻尼材料的制備一次準(zhǔn)確稱量30g主鏈聚氨酯基體、15g支鏈聚氨酯基體、22. 5g壓電陶瓷、O. 36g多壁碳納米管，充分混合均勻，后在85°C下于真空干燥箱中去除氣泡及水分。然后加入2. 33g已熔化的三羥甲基丙烷，攪拌均勻，脫出氣泡后在100°C下固化得到聚氨酯復(fù)合阻尼材料。圖I中的曲線c為所制得的阻尼材料的儲能模量對溫度的曲線。圖2中的曲線c為所制得的阻尼材料的損耗因子對溫度的曲線。實(shí)施例4I)重復(fù)實(shí)施例I中的I)步驟。2)重復(fù)實(shí)施例2中的2)步驟。3)壓電-導(dǎo)電接枝型聚氨酯復(fù)合阻尼材料的制備一次準(zhǔn)確稱量30g主鏈聚氨酯基體、15g支鏈聚氨酯基體、22. 5g壓電陶瓷、O. 45g多壁碳納米管，充分混合均勻，后在85°C下于真空干燥箱中去除氣泡及水分。然后加入2. 33g已熔化的三羥甲基丙烷，攪拌均勻，脫出氣泡后在100°C下固化得到聚氨酯復(fù)合阻尼材料。圖I中的曲線d為所制得的阻尼材料的儲能模量對溫度的曲線。圖2中的曲線d為所制得的阻尼材料的損耗因子對溫度的曲線。實(shí)施例5I)重復(fù)實(shí)施例I中的I)步驟。2)重復(fù)實(shí)施例2中的2)步驟。
3)壓電-導(dǎo)電接枝型聚氨酯復(fù)合阻尼材料的制備一次準(zhǔn)確稱量30g主鏈聚氨酷基體、15g支鏈聚氨酯基體、22. 5g壓電陶瓷、O. 675g多壁碳納米管，充分混合均勻，后在85°C下于真空干燥箱中去除氣泡及水分。然后加入2. 33g已熔化的三羥甲基丙烷，攪拌均勻，脫出氣泡后在100°C下固化得到聚氨酯復(fù)合阻尼材料。
圖I中的曲線e為所制得的阻尼材料的儲能模量對溫度的曲線。圖2中的曲線e為所制得的阻尼材料的損耗因子對溫度的曲線。
權(quán)利要求
1.一種壓電與導(dǎo)電接枝型聚氨酯基復(fù)合阻尼材料，其特征是含有接枝型聚氨酯基體中的主鏈基體、支鏈基體，壓電陶瓷粒子，導(dǎo)電粒子和交聯(lián)劑；主鏈基體與支鏈基體的質(zhì)量比為2 I ;壓電陶瓷粒子的含量為接枝型聚氨酯基體中的主鏈基體和支鏈基體重量的20 70% ;導(dǎo)電粒子的含量為接枝型聚氨酯基體中的主鏈基體和支鏈基體重量的0. 5 I.5% ;并且主鏈基體中的-NCO與交聯(lián)劑中-OH的摩爾比為I : I. 2。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的壓電與導(dǎo)電接枝型聚氨酯基復(fù)合阻尼材料，其特征是所述接枝型聚氨酯基體中的主鏈基體是將聚醚二醇真空加熱去除水分和氣泡后與二異氰酸酯以摩爾比為I : 2. 7混合均勻，在80°C狀態(tài)下反應(yīng)制得的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的壓電與導(dǎo)電接枝型聚氨酯基復(fù)合阻尼材料，其特征是所述接枝型聚氨酯基體中的支鏈基體是先將聚醚二醇真空加熱除去水分和氣泡后與二異氰酸酯以摩爾比為I : 2. I于80°C下反應(yīng)，然后再用正丁醇以n(-NCO) n(-OH) = 2:1于70°C下反應(yīng)制得的。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的壓電與導(dǎo)電接枝型聚氨酯基復(fù)合阻尼材料，其特征是所述的壓電陶瓷粒子為鋯鈦酸鉛，導(dǎo)電粒子為經(jīng)硫酸酸化的多壁碳納米管；所述的交聯(lián)劑為三羥甲基丙烷。
5.一種壓電與導(dǎo)電接枝型聚氨酯基復(fù)合阻尼材料的制備方法，其特征是包括以下步驟 1)制備接枝型聚氨酯基體中的主鏈基體將聚醚二醇真空加熱去除水分和氣泡，然后加入二異氰酸酯，且聚醚二醇與二異氰酸酯的摩爾比為I : 2. 7，攪拌均勻，緩慢升溫到反應(yīng)溫度75 85V’反應(yīng)2. 5 3h，反應(yīng)完成后室溫放置即得到主鏈聚氨酯基體； 2)制備接枝型聚氨酯基體中的支鏈基體將聚醚二醇真空加熱去除水分和氣泡，然后加入二異氰酸酯，攪拌均勻，緩慢升溫到反應(yīng)溫度75 85°C，反應(yīng)2. 5 3h，且聚醚二醇與二異氰酸酯的摩爾比為I : 2. 1，冷卻至室溫后，再用正丁醇以n(-NCO) n(-OH) = 2:1于70°C下反應(yīng)2 h即得到支鏈聚氨酯基體； 3)將質(zhì)量比為2 I的主鏈基體與支鏈基體的混合物、占所述混合物20 70wt%得壓電陶瓷粒子、占所述混合物0. 5 I. 5wt %的導(dǎo)電粒子以及交聯(lián)劑三羥甲基丙烷混合均勻，且主鏈基體中的-NCO與交聯(lián)劑的-OH的摩爾比為I : I. 2，于100°C固化得到壓電與導(dǎo)電接枝型聚氨酯基復(fù)合阻尼材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5壓電與導(dǎo)電接枝型聚氨酯基復(fù)合阻尼材料的制備方法，其特征是所述的聚醚二醇是聚氧化丙烯二醇，所述二異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6壓電與導(dǎo)電接枝型聚氨酯基復(fù)合阻尼材料的制備方法，其特征是所述的壓電陶瓷粒子為鋯鈦酸鉛，導(dǎo)電粒子為經(jīng)硫酸酸化的多壁碳納米管。
8.根據(jù)權(quán)利要求7壓電與導(dǎo)電接枝型聚氨酯基復(fù)合阻尼材料的制備方法，其特征是所述經(jīng)硫酸酸化的多壁碳納米管的酸化處理方法為將多壁碳納米管混入體積比為3 I的硫酸及濃硝酸的混合液中，超聲處理0. 5小時(shí)，在60°C下冷凝回流I小時(shí)，水沖洗后與70°C下烘干。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種壓電與導(dǎo)電接枝型聚氨酯基復(fù)合阻尼材料及其制備方法。將質(zhì)量比為2∶1的接枝型聚氨酯基體中的主鏈基體與支鏈基體的混合物、占所述混合物20～70wt％得壓電陶瓷粒子、占所述混合物0.5～1.5wt％的導(dǎo)電粒子以及交聯(lián)劑三羥甲基丙烷混合均勻，且主鏈基體中的-NCO與交聯(lián)劑的-OH的摩爾比為1∶1.2，于100℃固化得到壓電與導(dǎo)電接枝型聚氨酯基復(fù)合阻尼材料。本發(fā)明的阻尼材料的損耗因子(tanδ)峰值達(dá)1.0左右，且在較寬溫度范圍內(nèi)達(dá)到0.3以上。制備工藝簡單，價(jià)格低廉，阻尼性能較好。可作為阻尼降噪材料應(yīng)用于船舶、海洋、交通運(yùn)輸、大型機(jī)械等領(lǐng)域。
文檔編號C08G18/66GK102634187SQ20121009637
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月5日
發(fā)明者劉正, 劉連河, 張密林, 繆旭弘, 郭艷宏, 陳蓉蓉, 高小茹 申請人:哈爾濱工程大學(xué)