專利名稱：一種梯度雜化體減振復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于工程材料及制備領域，特別是涉及一種梯度雜化體減振復合材料及其制備方法。
背景技術：
由于一般高聚物的阻尼機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”轉(zhuǎn)變到了“解凍”狀態(tài)，通過分子鏈段之間的摩擦運動，將機械能轉(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)溫度應達到60℃。因此為了拓寬有效阻尼溫域，研究者通過共混、IPN(互穿聚合物網(wǎng)絡)等技術來達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題而影響材料的力學性能，而且兩個玻璃化轉(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，利用有機小分子與聚合物形成雜化體得到了高阻尼材料的做法，開創(chuàng)了制備高性能阻尼材料的新概念、新方法。如CPE/DZ有機雜化體材料，當DZ的質(zhì)量百分比達到80％時，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題，必須探討新的減振機理，研制新的減振材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種梯度雜化體減振復合材料及其制備方法。該減振復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?？蛇m用于汽車、軌道交通、建筑、機械、家用電器及體育器材等方面。其制備方法簡便易行，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合材料，包括沿著復合材料的厚度方向，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應的損耗峰溫度與高度，通過復合材料中多種組分雜化材料來達到拓寬阻尼峰的目的。熱壓成形中，梯度雜化減振復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)設計，其中由三層構成的梯度雜化體減振復合材料，其各層所占復合材料的體積比為V1∶V2∶V3＝60∶35∶5；由四層構成的梯度雜化體減振復合材料，其各層所占復合材料的體積比為V1∶V2∶V3∶V4＝40∶45∶10∶5；由五層構成的梯度雜化體減振復合材料，其各層所占復合材料的體積比為V1∶V2∶V3∶V4∶V5＝35∶43∶15∶4∶3。
所述的梯度雜化減振復合材料中，其tanδ＞0.3、0.4以及0.5的溫度范圍分別達到了75、61和50℃，本發(fā)明的一種梯度雜化體減振復合材料的制備方法，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有機小分子，由于雙輥筒表面之間的轉(zhuǎn)速差異，使得ZKF有機小分子在CPE中分散開來，同時用切刀輔助混合，以利于均勻混合，混煉時間約為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到設計所需厚度，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)重復進行(2)～(4)的操作過程，即可制得不同組分的雜化體混煉薄膜；并根據(jù)預先設計的不同雜化體的體積比，準備雜化體混煉料，以便進行梯度雜化體減振復合材料的制備。
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，卸載條件下以150-160℃預熱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，使熔融混煉料流動充滿模子內(nèi)腔；然后再在10～12MPa的壓力加壓5-10分鐘，期間反復加壓、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)從平板硫化機中取出鋼板，揭去一層防粘膜，并把模子的厚度根據(jù)設計增加V2厚，根據(jù)設計的梯度材料，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，重復進行2>過程；(4)重復進行(3)過程(n-1)次即可得到n層厚的梯度雜化體減振復合材料；
(5)梯度雜化體減振復合材料在達到所設計的層數(shù)后，取下鋼板，連同混料一起放入冰水中進行淬火處理，脫膜，即可得到所設計的“梯度雜化體減振復合材料”。
通過共混、IPN技術以及有機雜化體材料在制得寬溫域高阻尼性能的減振復合材料上存在一定的缺陷，本發(fā)明把“功能梯度材料”的概念引進到雜化體材料中來，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上，通過構建梯度雜化體，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)明的減振機理綜合了高聚物的粘彈性和雜化材料氫鍵網(wǎng)絡的可逆性，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。通過復合材料中多種組分雜化材料來達到拓寬阻尼峰的目的。
梯度雜化體減振復合材料，其特征在于沿著復合材料的厚度方向，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應的損耗峰溫度與高度，通過復合材料中多種組分雜化材料來達到拓寬阻尼峰的目的，如圖1所示。圖1中Vi表示各層所占復合材料總體積的百分比，且Σi=1mVi=100%;]]>Ai表示各層中有機小分子ZKF的質(zhì)量百分比，且Ai＜Ai+1。
本發(fā)明的優(yōu)點如下1.本發(fā)明的寬溫域高阻尼減振復合材料減振機理綜合了高聚物的粘彈性和雜化材料氫鍵網(wǎng)絡的可逆性，具有優(yōu)異的減振消音功能；2.由于層與層之間是相容的，解決了通過相分離來拓寬有效阻尼溫域的目的而導致的力學性能不足的缺陷；而且可設計性強，可以通過構建梯度材料來彌補中間區(qū)域阻尼性能低的不足，且容易實行產(chǎn)業(yè)化；3.本發(fā)明的寬溫域高阻尼減振復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，能夠滿足實際應用的需要。


圖1梯度雜化體減振復合材料示意圖。
圖2不同層數(shù)的梯度雜化體減振復合材料。
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。
具體實施例方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
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，另外還考慮國內(nèi)已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的高聚物彈性體，為該類產(chǎn)品開發(fā)新的應用領域；功能有機小分子選用與基體材料相容的小分子。基于以上考慮，基體材料選用氯化聚乙烯(CPE)；功能有機小分子選用(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)設計制備不同層數(shù)的梯度雜化體材料(Vi為第i層的體積分數(shù))，并對其進行動態(tài)力學熱分析(DMA)研究，來觀察其能量損耗的途徑及效果。
以下實例中第一層為基體層CPE，制得ZKF質(zhì)量分數(shù)分別為5、15、25和40％的雜化體材料。
實施例1用三層雜化體材料來構建梯度雜化體減振復合材料，如說明書附圖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，復合材料的厚度為2mm。
第一步混煉將雙輥筒混煉機的輥筒溫度上升到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有機小分子，由于雙輥筒表面之間的轉(zhuǎn)速差異，使得ZKF有機小分子在CPE中分散開來，同時用切刀輔助混合，混煉時間約為20分鐘，以利于均勻混合；4>總的混煉時間為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>反復進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)設計把模子的厚度調(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，卸載條件下在160℃預熱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充滿模子內(nèi)腔；4>反復加壓、卸載1分鐘，排出熔融混料中的氣體；5>從平板硫化機中取出鋼板，揭去一層防粘膜，并把模子的厚度根據(jù)設計增加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>進行同2>～5>相似的操作，使ZKF含量為15wt％雜化體填滿內(nèi)腔；7>從平板硫化機中取出鋼板，揭去一層防粘膜，并把模子的厚度根據(jù)設計再增加0.1mm，并把ZKF含量為40wt％雜化體材料鋪在模子內(nèi)腔；8>進行同2>～5>相似的操作，使ZKF含量為40wt％雜化體填滿內(nèi)腔；9>最后把三層雜化體復合材料用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行淬火處理，脫膜，即可得到梯度雜化體減振復合材料。
實施例2用四層雜化體材料來構建梯度雜化體減振復合材料，其制備的步驟與實施例1相同。其結構如說明書附圖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，復合材料的厚度為2mm。
實施例3用五層雜化體材料來構建梯度雜化體減振復合材料，其制備的步驟與實施例1相同。其結構如說明書附圖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，復合材料的厚度為2mm。實施例1～實施例3所制得的梯度雜化體減振復合材料與單純的氯化聚乙烯(CPE)材料通過動態(tài)力學熱分析儀(DMA)測試，以損耗因子tanδ評價，見表一，其對比測試結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合材料的有效阻尼溫域(tanδ＞0.3的溫域)被顯著拓寬，實施例3中的有效阻尼溫域達到了75℃，并且損耗因子tanδ＞0.4或0.5的溫域也相應的被拓寬，其中實施例3中tanδ＞0.5的溫域達到了50℃左右，因此可知，所制備的梯度雜化減振復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。
權利要求
1.一種梯度雜化體減振復合材料，其特征在于沿著復合材料的厚度方向，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應的損耗峰溫度與高度，通過復合材料中多種組分雜化材料來達到拓寬阻尼峰的目的。熱壓成形中，梯度雜化減振復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)權利要求1所述的一種梯度雜化體減振復合材料，其特征在于三層梯度雜化體減振復合材料，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，復合材料的厚度為2mm。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種梯度雜化體減振復合材料，其特征在于四層梯度雜化體減振復合材料，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，復合材料的厚度為2mm。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種梯度雜化體減振復合材料，其特征在于五層梯度雜化體減振復合材料，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，復合材料的厚度為2mm。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種梯度雜化體減振復合材料，其特征在于所述的梯度雜化減振復合材料中，其tanδ＞0.3、0.4以及0.5的溫度范圍分別達到了75、61和50℃。
6.一種梯度雜化體減振復合材料的制備方法，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，同時用切刀做人工混合，混煉5-10分鐘；(3)加入ZKF有機小分子，使在CPE中分散開來，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)重復進行(2)～(4)的操作過程，即可制得不同組分的雜化體混煉薄膜；并根據(jù)預先設計的不同雜化體的體積比，準備雜化體混煉料，以便進行梯度雜化體減振復合材料的制備。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，卸載條件下以150-160℃預熱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，使熔融混煉料流動充滿模子內(nèi)腔；然后再在10～12MPa的壓力加壓5-10分鐘，反復加壓、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)從平板硫化機中取出鋼板，揭去一層防粘膜，并把模子的厚度根據(jù)設計增加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，重復進行(2)過程；(4)重復進行(3)過程(n-1)次即可得到n層厚的梯度雜化體減振復合材料；(5)梯度雜化體減振復合材料在達到所要的層數(shù)后，取下鋼板，連同混料一起放入冰水中進行淬火處理，脫膜，即得到梯度雜化體減振復合材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種梯度雜化體減振復合材料，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(2)～(4)操作；二、熱壓成形(1)將CPE混煉料放在V
文檔編號F16F9/30GK101049744SQ20071004057
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月11日 優(yōu)先權日2007年5月11日
發(fā)明者晏雄, 丁新波, 張慧萍 申請人:東華大學