CN101480859A

CN101480859A - 一种聚合物基阻尼梯度材料及其制备方法

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Publication number: CN101480859A
Application number: CNA2009100960255A
Authority: CN
Inventors: 张�诚; 沈伟; 马淳安
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2009-01-23
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2009-07-15

Abstract

本发明公开了一种聚合物基阻尼梯度材料及其制备方法，所述聚合物基阻尼梯度材料是首先将功能性添加剂加入极性聚合物基体中，通过熔融共混制备一系列功能性添加剂浓度不同的有机杂化共混物，然后将功能性添加剂浓度不同的有机杂化共混物各自压成片状而得到的厚度相同一系列阻尼片材，再将所述的一系列阻尼片材有序叠加复合在一起，使各阻尼片层的功能性添加剂浓度沿厚度方向呈梯度分布，从而得到所述的聚合物基阻尼梯度材料。本发明所述的聚合物基阻尼梯度材料，其不同阻尼层间的组分/性能的组合可以自由控制，制备方法简单，适合工业化生产。同时该阻尼梯度材料对有效阻尼温域的拓宽有明显的效果，在减震降噪阻尼材料领域具有广阔的应用前景。

Description

一种聚合物基阻尼梯度材料及其制备方法

(一)技术领域

本发明涉及一种阻尼材料，尤其涉及一种聚合物基阻尼梯度材料及其制备方法，该聚合物基阻尼梯度材料可应用于减震降噪阻尼材料领域。

(二)背景技术

聚合物材料的阻尼性能是由其玻璃化转变区决定的。聚合物基阻尼材料作为一类环保功能材料，由于其比重轻、易于加工，产生内耗较大等优点，广泛应用于交通工具、产业机械、精密仪器等领域的减震降噪，其研究开发不仅能产生重大的社会效益和经济效益，而且具有广阔的应用前景。

单一聚合物材料的玻璃化转变区较狭窄，作为阻尼材料使用经常无法满足宽温域阻尼的要求。采用共混和共聚的多相体系可达到扩大阻尼温域的目的，但受限于聚合物各组分本身的Tg，拓宽效果有限。此外，宽温域的聚合物基阻尼材料也可以通过互穿网络结构得到，但一般用作涂料，很少作为结构材料使用，而且互穿网络结构的合成工艺复杂，溶剂去除困难，成本较高。

功能梯度材料(functional gradient material，FGM)，即材料的组分和结构从材料的某一方位(一维、二维、三维)向另一方位连续地变化，使材料的性能和功能也呈现梯度变化的一种新型材料。常用的功能梯度材料主要涉及陶瓷/金属、无机物、高分子、有机物和生物体等材料领域。

通过不同聚合物材料以及聚合物与其它材料的巧妙梯度复合得到的高分子功能梯度材料，可以综合并优化体系中不同高分子材料的特殊性能。根据高分子功能梯度材料的组成特点，可将其分为四种类型：高分子梯度共聚物材料、填充复合型高分子功能梯度材料、共混型高分子功能梯度材料和互穿网络型高分子功能梯度材料。目前聚合物基功能梯度材料已成为材料领域的热门研究课题，在许多技术领域乃至日常生活领域都有着极大的潜在应用前景。例如可参见：唐建国等人的专利CN101225534(2008.07)；聂俊、杨林、许红光的专利CN101220126(2008.07)；刘青等人的专利CN1358770(2002.07)；Yi-Qing Wang等人，大分子快讯(Macromol.Rapid Commun.)，2006，27：1162；陈春海等人的专利CN1654515(2005.08)；M·谢勒等人的专利CN1382166(2002.11)。

本发明是将聚合物基阻尼材料和梯度技术相结合，提供了一种有效拓宽玻璃化转变区的新方法。此聚合物基阻尼梯度材料的制备和应用尚未见文献和应用报道。

(三)发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种聚合物基阻尼梯度材料及其制备方法，用本发明制备的聚合物基阻尼梯度材料能明显拓宽有效阻尼温域。

本发明涉及的一种聚合物基阻尼梯度材料，其结构是由多个阻尼层有序叠加复合而成。各阻尼层在组成、结构和性能上存在梯度变化。

聚合物阻尼层至少选自单种聚合物、2种或2种以上聚合物、极性聚合物和功能性添加剂混合体、聚合物和无机填料混合体或聚合物互贯网络中的一种。

本发明所采用的具体技术方案为：所述聚合物基阻尼梯度材料是首先将功能性添加剂加入极性聚合物基体中，所述的功能性添加剂与极性聚合物基体的质量比为0～100:100，通过熔融共混制备一系列功能性添加剂浓度不同的有机杂化共混物，然后将功能性添加剂浓度不同的有机杂化共混物各自压成片状而得到厚度相同的一系列阻尼片材，再将所述的一系列阻尼片材有序叠加复合在一起，使各阻尼片层的功能性添加剂浓度沿厚度方向呈梯度分布，从而得到所述的聚合物基阻尼梯度材料。

本发明中所述的功能性添加剂与极性聚合物基体的质量比为0～100:100，当取0:100时，即在制备阻尼片材时，不添加功能性添加剂。

本发明所述的极性聚合物的分子内至少具有下列极性基团中的一种：酰胺基、腈基、酯基、卤素；所述的极性聚合物优选为丙烯酸酯类弹性体、氯化聚乙烯、氯化丁基橡胶、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或丁腈橡胶；所述的极性聚合物最优选为丙烯酸酯类弹性体。

本发明所述的功能性添加剂至少选自一种化合物或低聚物，所述的化合物或低聚物的官能团至少含有羟基、羧基、氨基、羰基或氟、氯、溴、氧、硫、氮杂原子的一种。所述的功能性添加剂优选为KT-B(2，2′-亚甲基-双(4-甲基-6-叔丁基苯酚))、AO-80(3，9-双{1，1-二甲基-2-[β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酰氧基]乙基}-2，4，8，10-四氧杂螺环(5，5)十一烷)、AO-60(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)、DZ(N，N-二环己基-2-苯并噻唑亚磺酰胺)或BPSR(4，4′-硫代-双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)。所述的功能性添加剂最优选KT-B。

本发明还提供了一种上述聚合物基阻尼梯度材料的制备方法，包括如下具体步骤：

(1)在高于极性聚合物熔融温度10℃～20℃的温度条件下，将极性聚合物基体混炼4～6分钟得到纯基体样品。极性聚合物基体用量由具体的开炼设备的投料参数而定，熔融温度由不同的极性聚合物基体决定。

(2)在与步骤(1)相同的混炼温度下，将纯基体样品与功能性添加剂共混5～10分钟，从而得到一系列功能性添加剂浓度不同的有机杂化共混物样品，所述的功能性添加剂与极性聚合物基体的质量比为0～100:100。

(3)分别将一系列功能性添加剂浓度不同的有机杂化共混物样品在高于混炼温度10℃～20℃、压力为5～15MPa的条件下模塑2～5分钟，然后在空气中冷却至室温，得到一系列阻尼片材。其片层厚度视模具而定。

(4)将阻尼片材有序叠加，使各阻尼片层的功能性添加剂浓度沿厚度方向呈梯度分布，在低于极性聚合物熔融温度10℃～20℃、压力为0.1～5MPa(保证各阻尼片层不受压变形)的条件下放置5～60秒，使阻尼片层间受热粘接但又不相熔融，得到所述的聚合物阻尼梯度材料。

本发明所述的聚合物基阻尼梯度材料可应用于减震降噪阻尼材料领域。

本发明所述的聚合物基阻尼梯度材料，其不同阻尼层间的的组分/性能的组合可以自由控制，因此制备方法简单，适合工业化生产。同时该阻尼梯度材料对有效阻尼温域的拓宽有明显的效果，在减震降噪阻尼材料领域具有广阔的应用前景。

(四)附图说明

图1为本发明实施例1制得的聚合物基阻尼梯度材料和比较例1、2制得的材料的阻尼效果比较示意图，其中tanδ为损耗因子。

图2为本发明实施例2制得的聚合物基阻尼梯度材料和比较例1、3、4制得的材料的阻尼效果比较示意图。

(五)具体实施方式

下面以具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但本发明的保护范围不限于此。

本实施例采用的原料：聚合物基体采用丙烯酸酯类弹性体，功能添加剂选用KT-B。

实施例1

首先使用双辊开炼机，在120℃下将100g聚合物基体混炼5分钟得到纯基体样品。在相同温度下，将另100g聚合物基体混炼5分钟，再与20g功能性添加剂共混5分钟得到共混物样品。然后分别将它们在140℃、15MPa的压力下模塑5分钟，随后在空气中冷却，得到厚度为1.5mm的阻尼片材。将这两阻尼片材在90℃、压力为0.5MPa的条件下放置20秒，使阻尼片层间受热粘接但又不相熔融，从而得到叠加复合的聚合物基阻尼梯度材料。阻尼效果评估结果在图1中曲线所示。

实施例2

首先使用双辊开炼机，在120℃下将100g聚合物基体混炼5分钟得到纯基体样品。在相同温度下，将另两份100g聚合物基体混炼5分钟，再分别与40g、100g功能性添加剂共混5分钟，得到添加剂含量分别为40phr、100phr的两种共混物样品。然后分别将它们在140℃、15MPa的压力下模塑5分钟，随后在空气中冷却，得到厚度为1.5mm的阻尼片材。将这三阻尼片材在90℃、压力为0.5MPa的条件下放置20秒，使阻尼片层间受热粘接但又不相熔融，从而得到叠加复合的聚合物基阻尼梯度材料。阻尼效果评估结果在图2中曲线所示。

为了说明本发明在拓宽材料的阻尼温域上具有明显的效果，在这里还采用了4个比较例及其测定结果对本发明的效果进行了说明，比较例所采用的原料相同于实施例采用的原料。

比较例1

使用双辊开炼机，将100g聚合物基体在120℃下混炼5分钟得到纯基体样品。将其在140℃、15MPa的压力下模塑5分钟，随后在空气中冷却，得到厚度为1.5mm的阻尼片材。阻尼效果评估结果在图1中曲线比较例1(或图2中曲线比较例1)所示。

比较例2

首先使用双辊开炼机，在120℃下将100g聚合物基体混炼5分钟，再与20g功能性添加剂共混5分钟得到共混物样品。将其在140℃、15MP的压力下模塑5分钟，随后在空气中冷却，得到厚度为1.5mm的阻尼片材。阻尼效果评估结果在图1中曲线比较例2所示。

比较例3

首先使用双辊开炼机，在120℃下将100g聚合物基体混炼5分钟，再与40g功能性添加剂共混5分钟得到共混物样品。将其在140℃、15MPa的压力下模塑5分钟，随后在空气中冷却，得到厚度为1.5mm的阻尼片材。阻尼效果评估结果在图2中曲线比较例3所示。

比较例4

首先使用双辊开炼机，在120℃下将100g聚合物基体混炼5分钟，再与100g功能性添加剂共混5分钟得到共混物样品。将其在140℃、15MPa的压力下模塑5分钟，随后在空气中冷却，得到厚度为1.5mm的阻尼片材。阻尼效果评估结果在图2中曲线比较例4所示。

从图1和图2中实施例和比较例的测试结果可以看出，实施例的材料的阻尼温域均较相应的比较例的材料有明显的拓宽。

以上的实施例和比较例的阻尼损耗因子的测定按以下方法进行：

1 测试仪器：英国Trition Technology Ltd生产的Tritec 2000动态力学分析仪(DMA)。

2 测试方法：共振法

3 测试条件：将各样品在1Hz的频率和3℃/min的加热速度下，由-60～140℃，以压缩模式来测量其损耗因子。

4 材料阻尼性能表征方法：

E＝E′+iE″

Tan δ＝E″/E′

式中E′为实数模量，又称储能模量；

E″为虚数模量，又称损耗模量；

δ为应变落后于应力的相位角，又称力学损耗角；

Tanδ为损耗因子；。

Claims

1、一种聚合物基阻尼梯度材料，其特征在于所述聚合物基阻尼梯度材料是首先将功能性添加剂加入极性聚合物基体中，所述的功能性添加剂与极性聚合物基体的质量比为0～100:100，通过熔融共混制备一系列功能性添加剂浓度不同的有机杂化共混物，然后将功能性添加剂浓度不同的有机杂化共混物各自压成片状而得到厚度相同的一系列阻尼片材，再将所述的一系列阻尼片材有序叠加复合在一起，使各阻尼片层的功能性添加剂浓度沿厚度方向呈梯度分布，从而得到所述的聚合物基阻尼梯度材料；所述的极性聚合物的分子内至少具有下列极性基团中的一种：酰胺基、腈基、酯基、卤素；所述的功能性添加剂至少选自一种化合物或低聚物，所述的化合物或低聚物中的官能团至少含有羟基、羧基、氨基、羰基或氟、氯、溴、氧、硫、氮杂原子的一种。

2、如权利要求1所述的聚合物基阻尼梯度材料，其特征在于所述的极性聚合物为丙烯酸酯类弹性体、氯化聚乙烯、氯化丁基橡胶、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或丁腈橡胶。

3、如权利要求1所述的聚合物基阻尼梯度材料，其特征在于所述的极性聚合物为丙烯酸酯类弹性体。

4、如权利要求1所述的聚合物基阻尼梯度材料，其特征在于所述的功能性添加剂为2，2′-亚甲基-双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、3，9-双{1，1-二甲基-2-[β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酰氧基]乙基}-2，4，8，10-四氧杂螺环(5，5)十一烷、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、N，N-二环己基-2-苯并噻唑亚磺酰胺或4，4′-硫代-双(3-甲基-6-叔丁基苯酚。

5、如权利要求1所述的聚合物基阻尼梯度材料，其特征在于所述的功能性添加剂为2，2′-亚甲基-双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)。

6、一种如权利要求1～5之一所述的聚合物基阻尼梯度材料的制备方法，所述制备方法包括如下具体步骤：

(1)在高于极性聚合物熔融温度10℃～20℃的温度条件下，将极性聚合物基体混炼4～6分钟得到纯基体样品；

(2)在与步骤(1)相同的混炼温度下，将纯基体样品与功能性添加剂共混5～10分钟，从而得到一系列功能性添加剂浓度不同的有机杂化共混物样品，所述的功能性添加剂与极性聚合物基体的质量比为0～100:100；

(3)分别将一系列功能性添加剂浓度不同的有机杂化共混物样品在高于混炼温度10℃～20℃、压力为5～15MPa的条件下模塑2～5分钟，然后在空气中冷却至室温，得到一系列阻尼片材；

(4)将阻尼片材有序叠加，使各阻尼片层的功能性添加剂浓度沿厚度方向呈梯度分布，然后在低于极性聚合物熔融温度10℃～20℃、压力为0.1～5MPa条件下放置5～60秒，使阻尼片层间受热粘接但又不相熔融，得到所述的聚合物阻尼梯度材料。