包括超分子材料層的多層結(jié)構(gòu)體及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及組合至少一個(gè)超分子材料層與剛性材料層的多層結(jié)構(gòu)體，其制造方 法以及這樣的結(jié)構(gòu)體的用途，特別地用于其中需要沖擊、振動(dòng)和/或聲波的阻尼（衰減， damping)的應(yīng)用，例如用于制造移動(dòng)交通工具（locomotionvehicles)如機(jī)動(dòng)車、軌道交 通工具、航海交通工具（nauticalvehicles)、航空飛行器（aeronauticalvehicles)或航 空飛行器（aerospacevehicles)，或用于建筑工業(yè)。
【背景技術(shù)】
[0002] 許多申請(qǐng)借助于組合至少一個(gè)彈性體材料層與一個(gè)或多個(gè)剛性材料層的多層結(jié) 構(gòu)體，以賦予該結(jié)構(gòu)體以阻尼能力。對(duì)此可提及用于發(fā)動(dòng)機(jī)的阻尼墊或施用于金屬片的彈 性體層（例如用于機(jī)動(dòng)車罩（hood)或箱蓋（casingcovers))。
[0003] 彈性體材料通常由粘彈性固體或糊狀物制備且僅在交聯(lián)或硫化之后獲得其阻尼 性質(zhì)。由于該原因，難以制造包括均勻且連續(xù)鋪展的彈性體材料層的多層結(jié)構(gòu)體。除了美 學(xué)方面之外，彈性體層中的空氣氣泡的存在易于削弱結(jié)構(gòu)體。常規(guī)技術(shù)如注塑極不適合于 制造復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的部件。
[0004] 此外，阻尼多層結(jié)構(gòu)體的制造一般需要許多階段：至少一個(gè)模塑所需幾何結(jié)構(gòu)的 由非交聯(lián)彈性體制造的部件的階段、使該部件交聯(lián)或硫化的階段和將該部件與結(jié)構(gòu)體的其 它一個(gè)或多個(gè)部件組裝的階段通常是必要的。通常通過膠粘粘合進(jìn)行的組裝階段為關(guān)鍵的 操作，因?yàn)樗{(diào)節(jié)之后的結(jié)構(gòu)體的強(qiáng)度：它需要進(jìn)行制備待組裝部件的表面（例如通過脫 月旨、噴砂或化學(xué)侵蝕）的第一階段、由施用粘合底膠組成的第二階段和最后的施用合適粘 合劑的第三階段。此外，在彈性體材料和結(jié)構(gòu)體的其它組成材料之間的中間層如粘合底膠 和粘合劑的存在易于大大地降低系統(tǒng)的阻尼效率。
[0005] 替換地，可將彈性體的非交聯(lián)糊狀物施用于待處理表面，然后可在壓力下固化該 組合，但這種技術(shù)沒有使得可填充在難以進(jìn)入的空隙中。
[0006] 實(shí)際上存在某些彈性體材料，如聚氨酯，其顯示出如下的優(yōu)點(diǎn)：能夠以液態(tài)使用， 并且因而容易填充模具以制造復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的部件，但這些是高度反應(yīng)性且由于某些反應(yīng) 物的毒性而在它們使用期間需要使用防護(hù)裝備的體系。
[0007] 另一問題在于常規(guī)彈性體材料的粘合性和潤濕能力的缺乏，其是在彈性體材料和 構(gòu)成結(jié)構(gòu)體的其它材料之間的界面處結(jié)構(gòu)體的過早失效的原因。
[0008] 此外，一旦常規(guī)彈性體由于撕裂或微裂紋而被破壞，則它們在阻尼中的使用可受 到相當(dāng)程度的不利影響，其需要拆卸和修理操作。
[0009] 最后，已知的多層結(jié)構(gòu)體不提供、或至少不永久性地提供足夠的阻尼潛力 (dampingpotential)〇
[0010] 因此，存在對(duì)于至少部分地解決上述問題的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明通過多層結(jié)構(gòu)體及其制造方法來將此實(shí)現(xiàn)，如在閱讀后面的說明之后將變 得清楚明晰的。
[0012] 本發(fā)明的第一主題因而是包括至少兩個(gè)相鄰層的多層結(jié)構(gòu)體，一個(gè)包括至少一種 超分子材料和另一個(gè)包括至少一種剛性材料。
[0013] 本發(fā)明的第二主題為根據(jù)本發(fā)明的用于制造多層結(jié)構(gòu)體的方法，其包括至少：（i) 傾注（倒，pour)包括至少一種超分子材料前體的組合物與包括至少一種剛性材料的層接 觸以一起形成兩個(gè)相鄰層的階段，和（ii)固化階段，以將所述前體轉(zhuǎn)化為超分子材料。
[0014] 本發(fā)明的另一主題是多層結(jié)構(gòu)體或包括多層結(jié)構(gòu)體的物體用于阻尼沖擊、振動(dòng)和 /或聲波的用途。
[0015] 本發(fā)明還旨在多層結(jié)構(gòu)體或包括多層結(jié)構(gòu)體的物體用于制造移動(dòng)交通工具如機(jī) 動(dòng)車、軌道交通工具、航海交通工具、航空飛行器或航空飛行器、或用于建筑工業(yè)的用途。
[0016] "相鄰"層理解為是指至少部分地、實(shí)際上甚至完全地彼此接觸地延展（extend)的 鄰近層。
[0017] "剛性"材料理解為是指這樣的材料，其撓曲模量在本發(fā)明的多層結(jié)構(gòu)體的使用溫 度下大于1800MPa、優(yōu)選大于2500MPa和更優(yōu)選大于3000MPa。
[0018] "超分子材料"理解為是指包括樹狀分子的材料，所述樹狀分子各自由通過單獨(dú)的 或與酰胺或者脲橋組合的酯或硫酯橋彼此連接的至少雙官能片段和至少三官能片段組成， 所述橋由不同片段攜帶的兩個(gè)官能團(tuán)形成，所述分子在位于樹狀末端處的片段上另外包含 末端締合基團(tuán)，所述末端締合基團(tuán)能經(jīng)由氫鍵彼此締合且共價(jià)連接到不參與所述橋的官能 團(tuán)。這種超分子材料的實(shí)施方式已經(jīng)由申請(qǐng)人公司描述于例如申請(qǐng)W0 2009/071554和TO 2010/112743 中。
[0019] 在申請(qǐng)W0 2010/112743中，超分子材料的制備包括如下的階段：傾注到PTFE型的 非粘附載體中，以使得可從模具移除在PTFE模具中固化的超分子材料。最后的超分子材料 不是多層結(jié)構(gòu)體且不包括粘附于超分子層的剛性材料層。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明，"樹狀"理解為是指支化分子（含支鏈分子），其骨架包含至少兩個(gè)分 支。該定義不排除同一分子的多個(gè)分支能夠再結(jié)合以形成環(huán)。
[0021] "締合基團(tuán)"理解為是指能夠經(jīng)由氫鍵、有利地經(jīng)由1至6個(gè)氫鍵彼此締合的基團(tuán)。 根據(jù)本發(fā)明可使用的締合基團(tuán)的實(shí)例為咪唑烷酮基、三唑基、三嗪基、雙脲基（bis-ureyl) 和脲基-嘧啶基，優(yōu)選咪唑烷酮基。優(yōu)選所述材料的每分子的末端締合基團(tuán)的平均數(shù)為至 少3。其有利地最多為6。這些基團(tuán)共價(jià)連接到所述分子。"共價(jià)"理解為是指所述締合基 團(tuán)經(jīng)由直接鍵或優(yōu)選經(jīng)由鏈、特別地亞烷基鏈連接到所述分子的末端官能團(tuán)。
[0022] "官能團(tuán)"或"反應(yīng)性基團(tuán)"理解為是指能與其它化學(xué)官能團(tuán)反應(yīng)形成共價(jià)鍵的化 學(xué)官能團(tuán)，特別地導(dǎo)致形成酯、硫酯、酰胺、脲或氨基甲酸酯橋和特別地酯與酰胺橋。"雙官 能"化合物表示攜帶兩個(gè)相同或不同的反應(yīng)性官能團(tuán)的化合物。"至少三官能"化合物表示 攜帶至少三個(gè)相同或不同的反應(yīng)性官能團(tuán)的化合物。
[0023] 在本發(fā)明意義內(nèi)，"片段"理解為是指位于兩個(gè)或三個(gè)如上定義的橋之間的分子的 單元。"雙官能"片段能夠由雙官能化合物獲得和"三官能"片段能夠由三官能化合物獲得。 根據(jù)本發(fā)明的樹狀分子包含至少雙官能片段、有利地雙官能片段，和至少三官能片段、有利 地三官能片段。
[0024] 用于本發(fā)明的超分子材料及其前體的優(yōu)點(diǎn)為氫鍵是物理鍵，其為可逆的，特別地 在溫度的影響下或通過選擇性溶劑的作用。
[0025] 與用于制備彈性體的常規(guī)組合物相反，本發(fā)明的超分子材料的前體具有如下的優(yōu) 點(diǎn)：在高于一定溫度下能液化，這有利于其加工，特別是其令人滿意的鋪展以在本發(fā)明的結(jié) 構(gòu)體內(nèi)形成均勻且連續(xù)的層，以及結(jié)構(gòu)體的再循環(huán)。此外，它展示出對(duì)包括剛性材料的層的 良好的粘合性和優(yōu)異的潤濕，產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的多層結(jié)構(gòu)體。
[0026] 借助于本發(fā)明的通過傾注的制造方法，因而可以簡單的方式制造組合至少一種阻 尼材料與至少一種剛性材料的多層結(jié)構(gòu)體；特別地，此后可省去形成和組裝由彈性體材料 制造的部件以及常規(guī)的表面處理的在前階段。
[0027] 像常規(guī)彈性體一樣，用于本發(fā)明的超分子材料能夠在非常長的時(shí)間內(nèi)顯示出尺寸 穩(wěn)定性并且在大的形變之后恢復(fù)其初始形狀。
[0028] 本發(fā)明的多層結(jié)構(gòu)體展示出：在固化之后，在寬的溫度范圍內(nèi)優(yōu)異的對(duì)沖擊、振動(dòng) 和/或聲波的阻尼能力，構(gòu)成其的層的優(yōu)異內(nèi)聚性，和良好的對(duì)機(jī)械應(yīng)力、特別地對(duì)壓縮、 彎曲、剪切和拉伸的耐受性。
[0029] 在本發(fā)明的多層結(jié)構(gòu)體內(nèi)，包括超分子聚合物的層另外地展示出在由該結(jié)構(gòu)體 的高機(jī)械應(yīng)力，特別地在拉伸中、在彎曲中或在剪切中導(dǎo)致的撕裂的情況下自愈合的能 力。與需要使斷裂的表面恢復(fù)接觸以讓愈合發(fā)生的單獨(dú)使用的超分子材料（從申請(qǐng)W0 2009/071554和W0 2010/112743知曉）相比，在本發(fā)明的多層結(jié)構(gòu)體內(nèi)，包括超分子材料的 層一旦撕裂則能夠自修復(fù)，而無需外部介入以使斷裂的部分恢復(fù)接觸、或加熱或施加高壓 或進(jìn)行任何化學(xué)反應(yīng)。由此修復(fù)的層有利地在該結(jié)構(gòu)體內(nèi)保持其阻尼作用。發(fā)明人因此開 發(fā)這樣的結(jié)構(gòu)體，其中一個(gè)或多個(gè)包括剛性材料的層與包括超分子材料的層相鄰地延展， 以在其上施加足以使其斷裂的部分保持接觸且從而容許它愈合的應(yīng)力。
【附圖說明】
[0030] 圖1說明作為溫度（以°C計(jì)）的函數(shù)的用于本發(fā)明的超分子材料前體的粘度（以 Pa.s計(jì)），由板-板流變測定法（plate-platerheometry)在50s1的剪切速率下測量。
[0031] 圖2和3是根據(jù)本發(fā)明的三層結(jié)構(gòu)體的照片，超分子材料層夾在兩個(gè)剛性層之間。
[0032] 圖4說明在根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)體內(nèi)包括超分子材料的層的內(nèi)聚性失效。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 除非另外提及，否則提及的材料的百分?jǐn)?shù)為重量百分?jǐn)?shù)。
[0034] 當(dāng)提到區(qū)間時(shí)，"…至…"類型的表述包括區(qū)間的限值。相反地，"在…和…之間" 類型的表述不包括區(qū)間的限值。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)體包括至少一個(gè)包括至少一種剛性材料、實(shí)際上甚至由至少一 種剛性材料組成的層。
[0036] 作為剛性材料，特別地可使用玻璃、木材、金屬或其合金、陶瓷、極性熱塑性聚合物