CN102896836A

CN102896836A - 一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材及其制备方法

Info

Publication number: CN102896836A
Application number: CN2012104041177A
Authority: CN
Inventors: 陈枫; 肖宇; 王杨辉; 田兵; 李莉; 郑玉峰
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2012-10-22
Filing date: 2012-10-22
Publication date: 2013-01-30

Abstract

一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材及其制备方法，它涉及一种复合阻尼板材及其制备方法，本发明是为解决现有的表层为316L不锈钢的复合钢板，其抗拉强度较低，耐腐蚀性较差，以及现有的复合阻尼材料，阻尼效果差的技术问题，本发明制备方法按以下步骤进行：将镍钛记忆合金板材和聚氨酯板材放在热压机中，在温度为185~195℃，压力为40~50N的条件下，压制5~20min，取出空冷。本发明的复合阻尼板材抗拉强度为600~800MPa，在Nacl溶液中镍离子的析出量为0.17μg·ml^-1，抗拉强度高，耐腐蚀性好，阻尼损耗因子达0.2，减振降噪效果好，可以广泛用于客车、火车、轮船以及建筑物中。

Description

一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合阻尼板材及其制备方法。

背景技术

振动与噪音的危害是巨大的，其不仅破坏机械设备运行的可靠性和稳定性，而且会污染环境，危害人类的健康。事实证明，阻尼技术是控制结构共振和噪音的最有效的方法。其中阻尼材料是一种广泛使用的阻尼技术，可分为粘弹性阻尼材料、高阻尼合金和智能型阻尼材料。目前，阻尼材料作为一种环保产品，广泛应用于工程机械、建筑土木、航天航空、精密仪器和交通运输等领域。

单质阻尼材料在工程应用上各有缺陷。如目前应用较为广泛的高聚物阻尼材料，当高聚物处在玻璃化转变温度附近时，部分链段能协同运动，既可吸收足够的振动能，也可将振动能转化为热能耗散掉，这时，高聚物具有高的阻尼因子，能够起到良好的减振效果。高聚物虽然有很好的阻尼性能，但是本身强度不高。金属阻尼材料虽然强度很高，但是其耐腐蚀性和阻尼性能不好。所以人们将金属与聚合物复合在一起，制备出减振的阻尼复合材料，不仅可以发挥各自的性能优势，而且还可以优势互补，目前现有的为典型阻尼复合材料为复合钢板，它在钢板之间复合了一层高分子阻尼材料，钢板在噪声或振动的激励下产生振动，其振动能迅速传递给夹合在基板之间的高分子阻尼材料，使阻尼材料剪切变形，将噪声或振动激发的能量部分转化为热能而消耗，实现减少振动降低噪声的目的，目前的复合阻尼钢板较多采用316L不锈钢作为约束层，但其抗拉强度为480~520MPa，抗拉强度较低，文献《NiTi合金腐蚀性能研究》报道了316L不锈钢浸泡于质量分数为0.9%的Nacl溶液中50天后，镍离子的析出量为0.30μg·ml^-1，耐腐蚀性差，另有专利号为ZL02256581.7，名称为《一种镍钛记忆合金与压电陶瓷薄膜多层复合阻尼材料》的实用新型专利，该复合阻尼材料由镍钛形状记忆合金薄片基体、二氧化钛过渡层、贫钛过渡层与压电陶瓷薄膜成复合而成，该专利通过过渡层将镍钛形状记忆合金薄片基体与压电陶瓷薄膜有机的结合，主要解决的是金属与陶瓷异质间结合以及变形不匹配的问题，而压电陶瓷的阻尼机理是利用压电效应产生的自由电荷通过导电组分将电能转变为热能，进而消耗掉部分机械能以提供阻尼性能，与公认的高阻尼聚合物相比，阻尼效果要低。并且压电陶瓷材料脆性大，成型加工困难，不能获得任意形状，耐冲击性也较差，在使用方面会受到一定限制。且目前现有的复合阻尼材料，其阻尼损耗因子一般为0.08~73×10^-3，阻尼效果较差，因此寻找一种力学性能优异，耐腐蚀性好，阻尼效果高的复合阻尼材料是非常必要的。

发明内容

本发明是为解决现有的表层为316L不锈钢的复合钢板，其抗拉强度较低，耐腐蚀性较差，以及现有的复合阻尼材料，阻尼效果差的技术问题，而提供一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材极其制备方法。

一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材采用三层复合结构，由上表层、下表层和中间的阻尼层压制而成；其中上表层、下表层为镍钛记忆合金板材，该镍钛记忆合金板材中镍的质量分数为50.7%~51%，该镍钛记忆合金板材的厚度范围为0.2~1mm；阻尼层为聚氨酯板材，其玻璃化温度为-43~-47℃，其加工温度为180~195℃，其厚度范围为0.1~2mm。

制备上述的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材的方法，按以下步骤进行：将上表层、下表层的镍钛记忆合金板材和阻尼层的聚氨酯板材放在热压机中，在温度为185~195℃，压力为40~50N的条件下，压制5~20min，然后取出，空冷，得到镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材。

本发明有益效果：

本发明的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材采用三层复合结构，包括上表层、下表层和中间阻尼层，上表层和下表层采用镍钛记忆合金板材，其强度和硬度高，且耐磨和耐腐蚀性能优于一般金属材料，中间阻尼层采用的是有弹性的聚氨酯，其玻璃化转变温度范围宽，具有高的阻尼因子，与金属间的黏合性能好，本发明的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材的制备方法，利用聚氨酯本身具有的良好粘合性将镍钛记忆合金板材粘结在一起，加压固化，得到的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材，其抗拉强度为600~800MPa，抗拉强度较高，浸泡于质量分数为0.9%的Nacl溶液中50天后，镍离子的析出量为0.17μg·ml^-1，耐腐蚀性好，阻尼损耗因子可达0.2，具有较好的减振降噪效果，且本发明的制备方法对镍钛记忆合金板材进行砂纸打磨和超声处理，不仅可以去除镍钛记忆合金板材表面的氧化层和污垢，还可以在复合过程增加接触面积，提高与阻尼层的结合力，生产工艺简单，成本较低，可以广泛用于客车、火车、轮船以及建筑物中。

附图说明

图1是实施例1制备的镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材的阻尼损耗因子测试曲线图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材，其特征在于一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材采用三层复合结构，由上表层、下表层和中间的阻尼层压制而成；其中上表层和下表层为镍钛记忆合金板材，阻尼层为聚氨酯板材。

本实施方式的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材采用三层复合结构，包括上表层、下表层和中间阻尼层，上表层和下表层采用镍钛记忆合金板材，其强度和硬度高，且耐磨和耐腐蚀性能优于一般金属材料，中间阻尼层采用的是有弹性的聚氨酯，其玻璃化转变温度范围宽，具有高的阻尼因子，与金属间的黏合性能好。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：上表层和下表层的镍钛记忆合金板材中镍的质量分数为50.7%~51%，板材厚度范围为0.2~1mm，其它步骤与参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：阻尼层的聚氨酯板材，其玻璃化温度为-43~-47℃，其加工温度为180~195℃，其厚度范围为0.1~2mm，其它步骤与参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材的制备方法，其特征在于该制备方法按以下步骤进行：将上表层、下表层的镍钛记忆合金板材和阻尼层的聚氨酯板材放在热压机中，在温度为185~195℃，压力为40~50N的条件下，压制5~20min，然后取出，空冷，得到镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材。

本实施方式的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材的制备方法，利用聚氨酯本身具有的良好粘合性将镍钛记忆合金板材粘结在一起，加压固化，得到的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材，其抗拉强度为600~800MPa，抗拉强度较高，浸泡于质量分数为0.9%的Nacl溶液中50天后，镍离子的析出量为0.17μg·ml^-1，耐腐蚀性好，阻尼损耗因子可达0.2，具有较好的减振降噪效果，且本实施方式的制备方法对镍钛记忆合金板材进行砂纸打磨和超声处理，不仅可以去除镍钛记忆合金板材表面的氧化层和污垢，还可以在复合过程增加接触面积，提高与阻尼层的结合力，生产工艺简单，成本较低，可以广泛用于客车、火车、轮船以及建筑物中。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：该制备方法按以下步骤进行：将上表层、下表层的镍钛记忆合金板材和阻尼层的聚氨酯板材放在热压机中，在温度为190℃，压力为45N的条件下，压制15min，然后取出，空冷，得到一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材，其它步骤与参数与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五不同的是：该制备方法中在压制之前，对上表层和下表层的镍钛记忆合金板材进行如下处理：将镍钛记忆合金板材放在加热炉中，加热到温度为830~870℃，保温25~35min，然后出炉，水淬，完成热处理，然后用砂纸打磨，最后在无水乙醇中超声去污，其他步骤与参数与具体实施方式四或五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四至六之一不同的是：该制备方法中对上表层和下表层的镍钛记忆合金板材进行处理的过程中，砂纸粒度为240#，打磨角度为与板材成45°，其它步骤与参数与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式四至七之一不同的是：该制备方法中对上表层和下表层的镍钛记忆合金板材进行处理的过程中，超声频率为30~70Hz，处理时间为20~30min，其它步骤与参数与具体实施方式四至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式四至八之一不同的是：该制备方法中阻尼层的聚氨酯板材是按以下方法制备的：将颗粒状聚氨酯放在热压机中，加热到在温度为180~195℃，保温25~35min，使其熔融，然后在压力为40~50N的条件下，压制5~20min，出炉空冷；其中颗粒状聚氨酯的粒度为200~300μm，其它步骤与参数与具体实施方式四至八之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式四至九之一不同的是：该制备方法中阻尼层聚氨酯板材是按以下方法制备的：将颗粒状聚氨酯放在N.N-二甲基甲酰胺溶剂中，搅拌至完全溶解，然后加热至温度为90~110℃，加热时间为15~25min，使溶剂挥发，再放在热压机中，在温度为180~195℃，压力为40~50N的条件下，压制5~20min，出炉空冷；其中N.N-二甲基甲酰胺的质量浓度为99.5%~99.9%，颗粒状聚氨酯的粒度为200~300μm，其它步骤与参数与具体实施方式四至九之一相同。

用以下试验验证本发明的有益效果：

实施例1、一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材的制备方法，其特征在于该制备方法按以下步骤进行：

一、将镍钛记忆合金板材放在加热炉中，加热到温度为850℃，保温30min，然后出炉，水淬，完成热处理，然后用240#砂纸与板材成45°进行打磨，去除表面污垢和氧化层，最后在无水乙醇中以超声频率为70Hz，处理时间为30min，进行去污，得到上表层、下表层的镍钛记忆合金板材，其厚度为0.6mm；；其中镍钛记忆合金板材中镍的质量分数为51%；

二、将颗粒状聚氨酯放在热压机中，加热到在温度为190℃，保温30min，使其熔融，然后在压力为45N的条件下，压制15min，出炉空冷，得到阻尼层的聚氨酯板材，其玻璃化温度为-45℃，加工温度为185℃，厚度为0.8mm；其中聚氨酯购买自烟台万华聚氨酯股份有限公司的型号为TPU WHT-8185的颗粒状聚醚型聚氨酯，粒度为270μm；

三、将上表层、下表层的镍钛记忆合金板材和阻尼层的聚氨酯板材放在热压机中，在温度为185℃，压力为50N的条件下，压制10min，然后取出，空冷，得到镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材。

实施例2、、一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材的制备方法，其特征在于该制备方法按以下步骤进行：

二、将聚氨酯放在N.N-二甲基甲酰胺溶剂中，搅拌至完全溶解，然后在通风橱中加热至温度为100℃，加热时间为20min，使溶剂挥发，然后放在热压机中，在温度为185℃，压力为50N的条件下，压制10min，出炉空冷，得到阻尼层的聚氨酯板材，其玻璃化温度为-45℃，加工温度为185℃，厚度为0.8mm；其中聚氨酯购买自烟台万华聚氨酯股份有限公司的型号为TPU WHT-8185的颗粒状聚醚型聚氨酯，粒度为270μm；N.N-二甲基甲酰胺的质量浓度为99.5%；

三、将上表层、下表层的镍钛记忆合金板材和阻尼层的聚氨酯板材放在热压机中，在温度为185℃，压力为50N的条件下，压制10min，然后取出，空冷，得到一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材。

试验一、对实施例1得到的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材和316L不锈钢复合钢板进行抗拉强度测试，测试过程如下：

根据GB/T228-2002测试标准，采用金属材料室温拉伸试验方法，用美国Instron3365电子万能材料试验机，对实施例1得到的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材和316L不锈钢复合钢板进行抗拉强度测试，测得316L不锈钢复合钢板的抗拉强度为520MPa，实施例1得到的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材的抗拉强度为700MPa，实施例1得到的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材抗拉强度较高。

试验二、对实施例1得到的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材和316L不锈钢复合钢板进行耐腐蚀性能测试，测试过程如下：

截取规格为10mm×10mm的实施例1得到的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材试样，依次用400#、600#、800#和1000#的砂纸对试样进行表面抛光，在室温下，将试样浸没于质量分数为0.9%的充氮脱气的Nacl溶液中，然后用电感耦合等离子体原子发射光谱仪，分别对浸泡5天、10天、20天和50天后的溶液进行镍离子浓度测量，每个浸泡时间后测量三次，取平均值，然后和文献《NiTi合金腐蚀性能研究》中测试的316L不锈钢复合钢板在质量分数为0.9%的Nacl溶液中镍离子析出量进行对比，对比结果如下表所示：

从表中可以看出，316L不锈钢复合钢板在溶液中浸泡50天后，镍离子的析出量为0.30μg·ml^-1，实施例1的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材在溶液中浸泡50天后，镍离子的析出量为0.17μg·ml^-1，对比可知实施例1得到的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材耐腐蚀性较好。

试验三、对实施例1得到的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材进行阻尼性能测试，测试过程如下：

首先制备规格为25mm×5mm的镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材试样，然后将其放入型号为NETZSCH DMA242C的动态热机械分析仪中，采用单悬臂的测试方法，设定温度范围为-50~100℃，升温速度为5℃/min，振动频率为10Hz，振幅为30μm，试验测得实施例1制备的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材的阻尼损耗因子为0.2。

综上所述，实施例1得到的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材，其抗拉强度为700~900MPa，屈服强度为200~300MPa，力学性能优异，在质量分数为0.9%的Nacl溶液中，处理40~50天后，镍离子的析出量为0.20~0.24μg·ml^-1，耐腐蚀性好，阻尼损耗因子达0.2，具有较好的减振降噪效果，且实施例1的制备方法生产工艺简单，成本较低，可以广泛用于客车、火车、轮船以及建筑物中。

Claims

1.一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材，其特征在于一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材采用三层复合结构，由上表层、下表层和中间的阻尼层压制而成；其中上表层和下表层为镍钛记忆合金板材，阻尼层为聚氨酯板材。

2.根据权利要求1所述的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材，其特征在于上表层和下表层的镍钛记忆合金板材中镍的质量分数为50.7%~51%，板材厚度范围为0.2~1mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材，其特征在于阻尼层的聚氨酯板材，其玻璃化温度为-43~-47℃，其加工温度为180~195℃，其厚度范围为0.1~2mm。

4.制备如权利要求1所述的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材的方法，其特征在于该制备方法按以下步骤进行：将上表层、下表层的镍钛记忆合金板材和阻尼层的聚氨酯板材放在热压机中，在温度为185~195℃，压力为40~50N的条件下，压制5~20min，然后取出，空冷，得到镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材。

5.根据权利要求4所述的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材的制备方法，其特征在于该制备方法按以下步骤进行：将上表层、下表层的镍钛记忆合金板材和阻尼层的聚氨酯板材放在热压机中，在温度为190℃，压力为45N的条件下，压制15min，然后取出，空冷，得到一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材。

6.根据权利要求4或5所述的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材的制备方法，其特征在于该制备方法中在压制之前，对上表层和下表层的镍钛记忆合金板材进行如下处理：将镍钛记忆合金板材放在加热炉中，加热到温度为830~870℃，保温25~35min，然后出炉，水淬，完成热处理，然后用砂纸打磨，最后在无水乙醇中超声去污。

7.根据权利要求6所述的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材的制备方法，其特征在于该制备方法中对上表层和下表层的镍钛记忆合金板材进行处理的过程中，砂纸粒度为240#，打磨角度为与板材成45°。

8.根据权利要求6所述的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材的制备方法，其特征在于该制备方法中对上表层和下表层的镍钛记忆合金板材进行处理的过程中，超声频率为30~70Hz，处理时间为20~30min。

9.根据权利要求4或5所述的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材的制备方法，其特征在于该制备方法中阻尼层的聚氨酯板材是按以下方法制备的：将颗粒状聚氨酯放在热压机中，加热到在温度为180~195℃，保温25~35min，使其熔融，然后在压力为40~50N的条件下，压制5~20min，出炉空冷；其中颗粒状聚氨酯的粒度为200~300μm。

10.根据权利要求9所述的一种镍钛记忆合金/聚氨酯复合阻尼板材的制备方法，其特征在于该制备方法中阻尼层聚氨酯板材是按以下方法制备的：将颗粒状聚氨酯放在N.N-二甲基甲酰胺溶剂中，搅拌至完全溶解，然后加热至温度为90~110℃，加热时间为15~25min，使溶剂挥发，再放在热压机中，在温度为180~195℃，压力为40~50N的条件下，压制5~20min，出炉空冷；其中N.N-二甲基甲酰胺的质量浓度为99.5%~99.9%，颗粒状聚氨酯的粒度为200~300μm。