CN100491492C

CN100491492C - 一种灌封阻尼浆料及其制备方法

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Publication number: CN100491492C
Application number: CNB2006100099031A
Authority: CN
Inventors: 武高辉; 顾健
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2006-04-05
Filing date: 2006-04-05
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2026-04-05
Also published as: CN1844290A

Abstract

一种灌封阻尼浆料及其制备方法，涉及一种阻尼浆料及其制备方法。为了解决现行灌封材料高成本、高比重以及阻尼性能不足等问题，本发明的灌封阻尼浆料为含有50～70vol.%空心微珠的环氧树脂-聚氨酯体系混合浆料，其主要制备方法是将经表面改性后的空心微珠按照设定的比例添加到环氧树脂基体中，在适当的工艺参数下，经过超声分散和真空除气后得到可灌封的微孔型浆料，它可以灌注到金属管或封闭、半封闭的隔腔中固化得到阻尼结构。本发明的灌封浆料具有低密度(0.8～0.9g·cm^-3)、低成本、高阻尼和高强度等优点。

Description

一种灌封阻尼浆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种阻尼浆料及其制备方法，具体涉及一种质轻、低成本、高阻尼的灌封浆料及其制备方法。

背景技术

近几十年来，随着现代工业的发展，振动工具及高速、高效和自动化的机械设备日益增多，随之引起的振动、噪声和疲劳断裂问题也越来越突出。在日常生活中，这类振动和噪声会危害人体的健康，严重者甚至丧失工作能力；在工程中，振动和噪声激振共振峰响应还会直接影响电子器件、仪器和仪表的正常工作，严重时会造成灾难性后果；在军事中，武器装备、火箭和飞行器在运行过程中受到发动机和高速气流的激励所产生的振动和谐动响应使得精密导航仪器、光学系统的工作环境变得更加严酷，精度难以保障。在有人工作的环境中，例如潜艇和气垫船受到发动机的激励产生高分贝噪声将严重影响战斗力，因此减振降噪改善工作环境已成为一个亟待解决的问题。

传统的阻尼材料可以分为整体材料、夹层材料和灌封材料三大类，其中整体材料主要是金属和高分子类材料，金属的阻尼性能相对较差、重量较高，高分子材料的虽然阻尼性能较好，但是环境适应性较差；夹层材料(“三明治”结构)是新兴起的一种阻尼结构复合材料，由于工艺简单、高阻尼和高力学性能等优点而被广泛使用，但是这种夹层材料仅适用于板材，因而适用范围有限；灌封材料的发展相对较晚，通常灌封材料不独立使用，而是灌注于机械部件夹层或型腔中起到密封、减振的作用，其应用主要是集中在汽车的点火线圈、大型机械设备和车辆的变频电机、大电流交直流转换器、高低压电子元器件、航天器件以及陀螺力矩器的封装等方面，目前资料显示黑龙江省化工研究院研制出的HY-121高分子灌注型阻尼材料在阻尼减振领域居于国内领先水平，但是此灌注材料的密度较大(>1.2g·cm^-3)、成本高以及强度较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种轻质、低成本空心微珠/高分子混合灌封阻尼浆料及其制造方法，它解决了现行灌封材料高成本、高比重以及阻尼性能不足等问题。本发明的混合灌封阻尼浆料为含有50～70vol.％空心微珠的环氧树脂-聚氨酯体系混合浆料，其主要制备方法是将经表面改性后的空心微珠按照设定的比例添加到特殊调制的树脂基体中，在适当的工艺参数下，经过超声分散和真空除气后得到可灌封的微孔型浆料，它可以灌注到金属管或封闭、半封闭的隔腔中固化得到阻尼结构，具体工艺步骤如下：(1)空心微珠依次进行清洗、干燥、预热处理；(2)将硅烷偶联剂配制成10～20wt.％的无水乙醇溶液，其中硅烷偶联剂的用量为空心微珠的6～10wt.％，将上述空心微珠与无水乙醇溶液在40～60℃的温度下混匀20～30min，然后在100～120℃的温度下干燥2～5h，得到改性后的空心微珠；(3)在环氧树脂-聚氨酯体系中加入上述改性后的空心微珠，超声分散10～20min，真空除气，得到含有50～70vol.％空心微珠的环氧树脂-聚氨酯体系混合灌封浆料。

空心微珠是从煤炭燃烧后的粉煤灰中提取出来的一种空心陶瓷颗粒，它属于铝硅酸类无机粉体材料，主要成分是SiO₂和Al₂O₃，其外观为自由流动的透明或半透明的非晶质球体。空心微珠具有质轻、无毒、低导热、高分散、化学稳定性和流动性好以及低成本等优点，本发明是采用空心微珠添加到高分子材料中，采用了超声分散和真空除气双重工艺制成新型阻尼灌封浆料。空心微珠/高分子混合灌封浆料，不仅可以获得其中、低频阻尼特性，而且密度减小、剪切强度也提高，可用于对振动力学性能要求较高的机械部件。此外空心微珠属于工业废料，其使用对于环境保护和废物利用也有其社会意义，所以空心微珠/高分子灌封浆料具有广泛的应用前景。

本发明的灌封浆料具有低密度(0.8～0.9g·cm^-3)、低成本、高阻尼和高强度等优点。与传统灌封材料仅仅应用于电子封装、绝缘等领域相比，本发明的灌封浆料灌注到金属管，或汽车中空框架，或封闭、半封闭的隔腔中固化得到的混合灌封阻尼结构，可增加力承载结构的阻尼特性并提高其结构刚度，同时可减轻机械设备在运行过程中的振动和噪声。本发明的灌封浆料可用于铁路桥梁减振、舰船发动机降噪、导弹火箭吸声等环境；同时在机械设备、汽车内垫、建筑结构、纺织、电子器件等领域的减振降噪方面也有广阔的应用前景。

附图说明

图1是具体实施方式三混合灌封浆料固化后断口照片，图2是具体实施方式三混合灌封浆料固化后的阻尼特性，其中：-·-表示未添加空心微珠的同类环氧树脂-聚氨酯体系，-·-表示具体实施方式三的混合灌封浆料固化材料。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式中的混合灌封阻尼浆料为含有50～70vol.％空心微珠的环氧树脂-聚氨酯体系混合浆料。

本实施方式中，所述环氧树脂为缩水甘醚类环氧树脂。所述空心微珠是从煤炭燃烧后的粉煤灰中提取出来的一种铝硅酸类空心陶瓷球颗粒，其平均粒径为60～140μm。

具体实施方式二：本实施方式按照如下方法制备混合灌封阻尼浆料：(1)将空心微珠用无水乙醇清洗除去表面的杂质，然后高温110℃干燥后备用；将干燥后备用的空心微珠于100～120℃预热；(2)将硅烷偶联剂配制成10～20wt.％的无水乙醇溶液，其中硅烷偶联剂的用量为空心微珠的6～10wt.％，将上述空心微珠与无水乙醇溶液在40～60℃的温度下混匀20～30min，然后在100～120℃的温度下干燥2～5h，得到改性后的空心微珠；(3)在环氧树脂-聚氨酯体系中加入上述改性后的空心微珠，超声分散10～20min，真空除气，得到含有50～70vol.％空心微珠的环氧树脂-聚氨酯体系混合灌封浆料，将其灌注到所需的腔体中固化得到阻尼结构。

本实施方式中，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)。

本实施方式中，步骤(3)的具体工艺条件为：将环氧树脂及其助剂按重量比为3:1～4:1混合于60℃恒温搅拌后，以质量比为10:3:1:1的比例依次加入聚氨酯及其助剂(固化剂、催化剂和促进剂)混合，搅拌均匀加入稀释剂(总量的10～18wt.％)和消泡剂等混合搅匀，然后加入已表面改性的空心微珠，通过超声分散10～20min，再于真空干燥箱内真空，得到灌封浆料。

具体实施方式三：本实施方式的混合灌封阻尼浆料是在环氧树脂中添加空心微珠。该空心微珠/环氧灌封阻尼浆料制备工艺按以下步骤实现：

(1)将平均粒径为90μμm的空心微珠用无水乙醇清洗除去表面的杂质，然后高温110℃干燥后备用；

(2)将干燥后备用的空心微珠于110℃预热3h至均温；

(3)将市售硅烷偶联剂KH-550配制成12wt.％的无水乙醇溶液，其中硅烷偶联剂KH-550的用量为空心微珠的8wt.％，将质量为40g的上述空心微珠与该溶液在50℃下混匀25min，然后于110℃烘箱中干燥3h备用；

(4)将缩水甘醚类环氧树脂、聚酰胺651和N，N二甲基苯胺按质量比15:4:1混合(记为A)，于60℃恒温搅拌后，依次加入质量比为10:3:1:1的聚氨酯及异氰酸酯和聚醚多元醇的加成物、辛酸亚锡和叔胺类化合物的混合物(记为B)，其中A:B＝90:10，搅拌均匀加入稀释剂环氧丙烷丁基醚(总量的12wt.％)和有机硅消泡剂(环氧量的0.5wt.％)等混合搅匀，然后加入已表面改性的空心微珠，通过超声分散15min，此时空心微珠为50vol.％，再于真空干燥箱内55℃真空(-0.1MPa)除气25min至气泡消失，得到灌封浆料；

(5)将浆料灌注到铁管中分别于60℃/5h，80℃/10h固化得到灌封阻尼结构。本实施方式所述方法获得的灌封材料性能测试结果如下：玻璃化转变温度T_g为68℃，在50～800Hz范围内，tanδ为0.81～0.90，密度为0.84g·cm^-3。而传统的环氧树脂灌封胶通常密度为1.2～1.4g·cm^-3，T_g为100℃，随着频率的增加，阻尼因子tanδ衰减较快，并且热膨胀系数较高约为(4～8)×10^-5/K。从图1可以看出，空心微珠颗粒均匀的分散到环氧基体中，并且与基体的界面结合较好。从图2可以看出，本发明的混合灌封阻尼浆料固化后材料的阻尼损耗因子tanδ较大，比未添加空心微珠的同类环氧树脂-聚氨酯体系的高出2～3倍，并且随着频率的增加，环氧树脂-聚氨酯体系的阻尼损耗因子衰减较快，而本实施方式的混合灌封阻尼浆料固化后材料的阻尼损耗因子基本保持稳定，说明本实施方式的阻尼浆料具有良好的阻尼性能。

具体实施方式四：本实施方式的空心微珠/环氧灌封阻尼浆料及制备方法与具体实施方式三不同之处在于：

(1)所用空心微珠的平均粒径为60μm；

(2)干燥后备用的空心微珠于120℃预热4h；

(3)硅烷偶联剂KH-550的无水乙醇溶液浓度为15wt.％，其中硅烷偶联剂KH-550的量为空心微珠的7wt.％，所用空心微珠质量为50g，与硅烷偶联剂的无水乙醇溶液的混匀时间为20min，干燥时间为4h；

(4)缩水甘醚类环氧树脂、聚酰胺651和N，N二甲基苯胺的质量比35:8:2，且A:B＝80:20，搅拌均匀加入稀释剂加入的稀释剂为总量的15wt.％，超声分散时间为18min，此时空心微珠为55vol.％，真空干燥箱内50℃真空除气20min；

(5)固化温度和时间分别为60℃/5h，80℃/12h。

性能测试结果：其T_g为78℃，在50～800Hz范围内tanδ为0.79～0.90，密度为0.84g·cm^-3。

具体实施方式五：本实施方式的空心微珠/环氧灌封阻尼浆料及制备方法与具体实施方式三不同之处在于：

(1)所用空心微珠的平均粒径为140μm；

(2)预热温度为100℃；

(3)硅烷偶联剂KH-550的无水乙醇溶液浓度为10wt.％，其中硅烷偶联剂KH-550的量为空心微珠的6wt.％，所用空心微珠质量为30g，与硅烷偶联剂的无水乙醇溶液的混匀时间为30min，干燥时间为2h；

(4)加入的环氧丙烷丁基醚为总量的10wt.％，超声分散时间为10min，此时空心微珠为60vol.％。真空干燥箱内45℃真空除气30min；

(5)固化温度和时间分别为60℃/5h，80℃/9h。

性能测试结果：其T_g为66℃，在50～800Hz范围内tanδ为0.78～0.88，密度为0.83g·cm^-3。

具体实施方式六：本实施方式的空心微珠/环氧灌封阻尼浆料及制备方法与具体实施方式三不同之处在于：

(1)所用空心微珠为平均粒径90μm和60μm各50wt.％；

(2)预热时间为4h；

(3)硅烷偶联剂KH-550的无水乙醇溶液浓度为18wt.％，其中硅烷偶联剂KH-550的量为空心微珠的10wt.％，所用空心微珠质量为50g，干燥时间为5h；

(4)缩水甘醚类环氧树脂、聚酰胺651和N，N二甲基苯胺的质量比20:4:1，加入的环氧丙烷丁基醚为总量的18wt.％，超声分散时间为20min。真空干燥箱内50℃真空除气；

(5)固化温度和时间分别为60℃/5h，80℃/9h。

性能测试结果：其T_g为75℃，在50～800Hz范围内tanδ为0.80～0.89，密度为0.82g·cm^-3。

具体实施方式七：本实施方式的空心微珠/环氧灌封阻尼浆料及制备方法与具体实施方式三不同之处在于：

(1)预热时间为5h；

(2)硅烷偶联剂KH-550的无水乙醇溶液浓度为20wt.％，其中硅烷偶联剂KH-550的量为空心微珠的10wt.％，所用空心微珠质量为60g，与硅烷偶联剂的无水乙醇溶液的混匀时间为30min，干燥时间为5h；

(3)A:B＝80:20，加入的稀释剂为总量的18wt.％，超声分散时间为20min，此时空心微珠为70vol.％，真空干燥箱内真空除气20min；

(4)固化温度和时间分别为60℃/5h，80℃/8h。

性能测试结果：其T_g为72℃，在50～800Hz范围内tanδ为0.78～0.87，密度为0.82g·cm^-3。

具体实施方式八：本实施方式的空心微珠/环氧灌封阻尼浆料及制备方法与具体实施方式三不同之处在于：

(1)预热温度为100℃；

(2)硅烷偶联剂KH-550的无水乙醇溶液浓度为18wt.％，其中硅烷偶联剂KH-550的量为空心微珠的9wt.％，所用空心微珠与硅烷偶联剂的无水乙醇溶液的混匀时间为30min，干燥时间为4h；

(3)缩水甘醚类环氧树脂、聚酰胺651和N，N二甲基苯胺的质量比35:8:2，加入的稀释剂为总量的16wt.％，超声分散时间为12min，此时空心微珠为55vol.％，并且未采用真空除气；

(4)固化温度和时间分别为60℃/5h，80℃/9h。

性能测试结果：其T_g为74℃，在50～800Hz范围内tanδ为0.77～0.85，密度为0.80g·cm^-3。

Claims

1、一种灌封阻尼浆料，其特征在于所述浆料为含有50～70vol.％空心微珠的环氧树脂-聚氨酯体系混合浆料；其中空心微珠是表面改性后的空心微珠，空心微珠表面改性是按下述方法进行的：先将空心微珠依次进行清洗、干燥、预热处理；再将硅烷偶联剂配制成10～20wt.％的无水乙醇溶液，其中硅烷偶联剂的用量为空心微珠的6～10wt.％，将上述空心微珠与无水乙醇溶液在40～60℃的温度下混匀20～30min，然后在100～120℃的温度下干燥2～5h，得到表面改性的空心微珠。

2、根据权利要求1所述的灌封阻尼浆料，其特征在于所述浆料中含50vol.％空心微珠。

3、根据权利要求1所述的灌封阻尼浆料，其特征在于所述浆料中含55vol.％空心微珠。

4、根据权利要求1所述的灌封阻尼浆料，其特征在于所述浆料中含60vol.％空心微珠。

5、根据权利要求1所述的灌封阻尼浆料，其特征在于所述浆料中含70vol.％空心微珠。

6、根据权利要求1、2、3、4或5所述的灌封阻尼浆料，其特征在于所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，所述环氧树脂为缩水甘醚类环氧树脂。

7、根据权利要求1、2、3、4或5所述的灌封阻尼浆料，其特征在于所述空心微珠为铝硅酸类空心陶瓷球颗粒，其平均粒径为60～140μm。

8、一种权利要求1所述的灌封阻尼浆料的制备方法，其特征在于所述方法为：(1)空心微珠依次进行清洗、干燥、预热处理；(2)将硅烷偶联剂配制成10～20wt.％的无水乙醇溶液，其中硅烷偶联剂的用量为空心微珠的6～10wt.％，将上述空心微珠与无水乙醇溶液在40～60℃的温度下混匀20～30min，然后在100～120℃的温度下干燥2～5h，得到改性后的空心微珠；(3)在环氧树脂-聚氨酯体系中加入上述改性后的空心微珠，超声分散10～20min，真空除气，得到含有50～70vol.％空心微珠的环氧树脂-聚氨酯体系混合灌封浆料。

9、根据权利要求8所述的灌封阻尼浆料的制备方法，其特征在于所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，环氧树脂为缩水甘醚类环氧树脂。

10、根据权利要求8所述的灌封阻尼浆料的制备方法，其特征在于所述空心微珠为铝硅酸类空心陶瓷球颗粒，其平均粒径为60～140μm。