CN103059257B - 一种以石墨烯作为导电通道的辐照改性聚氨酯压电阻尼材料及其制备方法 - Google Patents
一种以石墨烯作为导电通道的辐照改性聚氨酯压电阻尼材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103059257B CN103059257B CN201310026295.5A CN201310026295A CN103059257B CN 103059257 B CN103059257 B CN 103059257B CN 201310026295 A CN201310026295 A CN 201310026295A CN 103059257 B CN103059257 B CN 103059257B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene
- preparation
- irradiation
- damping
- damping material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Polyurethanes Or Polyureas (AREA)
Abstract
本发明公开了一种以石墨烯作为导电通道的辐照改性聚氨酯压电阻尼材料及其制备方法。该方法包括如下步骤：（1）将聚醚酯多元醇、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、催化剂、石墨烯、压电陶瓷粉、二乙氧基丁炔二醇和1,4-丁二醇进行混合得到混合物料；所述混合物料经真空除泡后倒入模具中经流延成片得到片材；（2）将所述片材进行热熟化，然后经真空模压得到板材；（3）将所述板材进行辐照，然后经电极化处理即得。本发明通过石墨烯导电通道的引入，极大地增加了材料的介电常数、提高了材料的阻尼性能。本发明提供的方法通过辐照对材料进行交联处理，使得材料在辐照的作用下，提高材料的力学性能，同时，降低了材料的后熟化时间，生产工艺简化，材料阻尼性能好。
Description
技术领域
本发明涉及一种以石墨烯作为导电通道的辐照改性聚氨酯压电阻尼材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。
背景技术
各种机械设备在运转及工作过程中，都会产生不同程度的振动和噪声，阻尼减振降噪技术是有效控制振动和噪声的方法之一。阻尼材料是一种能吸收振动机械能并将它转化为热能而损失的新型功能材料。高分子材料由于结构的特殊性而广泛用作阻尼材料，它是利用高分子材料的粘弹性，把机械振动能量转变为热能耗散掉，从而达到减振降噪的目的。因此，高分子阻尼材料得到了广泛的应用。其中，聚氨酯阻尼材料因其易加工、无毒、且具有良好的阻尼性能，成为最重要的高分子阻尼材料之一而得到了很大的发展。
但是，无论单一聚合物还是互穿聚合物网络（IPN），很难同时满足阻尼材料的以下两个要求：一是玻璃化转变区内的损耗因子（tgδ）高，二是转变区温度范围大。因为玻璃化转变区损耗峰的高度和宽度不能独立地调节，损耗峰宽度的增加导致其峰值的降低。因此，必须提出新的减振原理，研制新的阻尼材料。基于上述原因，将压电材料与聚合物复合制备阻尼材料成为阻尼材料领域一个极具吸引力的研究方向。
在聚氨酯弹性体中加入压电粒子、导电粒子等功能相制备的阻尼材料。材料一旦受到振动的干扰，压电粒子就能将振动的动能转化为电能，导电粒子再将其转化成热能散耗。因此，压电阻尼材料在高分子阻尼材料的原有阻尼机理的基础上又增加了压电效应产生的阻尼效果，其工作原理就是利用高分子材料的粘弹阻尼特性和压电粒子的压电效应，实现机“械能—电能—热能”的转变，提高了材料的阻尼性能。
20世纪90年代，日本学者Sumita等在聚合物基体（如偏氟乙烯PVDF）中加入压电颗粒、导电颗粒、增强材料颗粒等，制备了一系列压电阻尼材料。研究发现符合材料组分比例、压电颗粒种类、导电颗粒种类和含量、界面作用等因素对材料阻尼减振性能都有影响。Baz A等研究了添加压电棒的活性压电材料（APDC）的阻尼效果；Ray M C和Mallik N研究了活性约束层对智能压电材料阻尼性能的影响；Egusa等用PZT陶瓷颗粒作填料，环氧树脂作基材，制成了高压电活性的压电复合物，可以用作传感器元件和激励相应元件，可对振动和噪声有感应作用。日本也有专利报道通过对聚合物分子极性基团的改性以及加入介电材料制备具有阻尼性能的复合材料。
最近几年，国内一些学者也开始从事这方面的研究，但相关报道还很少。成国祥等以PZT压电陶瓷微粒为填料，分别与丙烯酸共聚物和环氧树脂复合制备可用于声音控制领域的PZT/高分子复合膜。贺江平等提出了用聚苯胺包覆压电陶瓷粉末、以聚苯胺作为导电通道的新思路。通过原位聚合方法实现了聚苯胺（PANI）包覆锆钛酸铅压电陶瓷粒子，采用FTIR、TG、SEM研究了其结构和形态，用不同浓度的盐酸掺杂复合物，以改变包覆物种聚苯胺的电导率。周成飞等以PZT为添加物制备了浇注聚（氨酯－酰亚胺）弹性体，并对其阻尼性能进行了研究。
目前的研究，主要是将导电石墨、聚苯胺等导电组分添加到阻尼材料基体中，由于导电石墨和聚苯胺本身的导电效果有限，添加量较大，因此极大的限制了导电通道将电能转换为热能的效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种以石墨烯作为导电通道的辐照改性聚氨酯压电阻尼材料及其制备方法，本发明提供的制备方法主要是通过化学合成制备以石墨烯为导电通道，以压电陶瓷粉（锆钛酸铅PZT-4）为压电组分的聚氨酯压电阻尼材料，以辐射技术对材料进行辐照处理，通过高压油浴极化处理材料使其具有压电效应。
本发明提供的一种以石墨烯作为导电通道的辐照改性聚氨酯压电阻尼材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将聚醚酯多元醇、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、催化剂、石墨烯、压电陶瓷粉、二乙氧基丁炔二醇和1,4-丁二醇进行混合得到混合物料；所述混合物料经真空除泡后倒入模具中经流延成片得到片材；
（2）将所述片材进行热熟化，然后经真空模压得到板材；
（3）将所述板材进行辐照，然后经电极化处理即得到以石墨烯作为导电通道的辐照改性聚氨酯压电阻尼材料。
上述的制备方法中，所使用的聚醚酯多元醇是在聚酯多元醇的骨架上引入聚醚得到的，具有聚醚的柔性和聚酯的刚性，即柔软又具有一定强度，如山西凯西瑞科技股份有限公司提供的型号为JES-101和JES-102的聚醚酯多元醇；JES-101和JES-102的分子量均为1000。
所使用的石墨烯是一种碳质的新型材料，其面密度为0.77mg/m2，由碳六元环按照二维蜂窝状点阵结构紧密组成，其碳原子的排布相同于石墨单原子的排布；
所述压电陶瓷粉可为锆钛酸铅（PZT-4）；
所述催化剂可为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡或三乙醇胺。
上述的制备方法中，步骤（1）中，所述4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯（氢化MDI（HMDI））、催化剂、石墨烯、压电陶瓷粉、二乙氧基丁炔二醇和14-丁二醇与所述聚醚酯多元醇的质量份数比可为（30～120）：（0.5～3.0）：（0.05～1）：（10～60）：（2～6）：（2～15）：100，具体可为（50～60）：（1～2）：（0.125～0.25）：（20～40）：（4～5）：（5～9）：100、50：1：0.125：40：4：5：100或60：2：0.25：20：5：9：100。
上述的制备方法中，步骤（2）中，所述热熟化的温度可为80～120℃，具体可为80～100℃、80℃或100℃，时间可为5～8小时，具体可为4～6小时、4小时或6小时。
上述的制备方法中，步骤（2）中，所述真空模压的温度可为80～140℃，具体可为80～100℃、80℃或100℃。
上述的制备方法中，步骤（3）中，所述辐照的辐照剂量可为25～125kGy，具体可为25～50kGy、25kGy或50kGy。
上述的制备方法中，步骤（3）中，所述电极化处理的条件如下：极化温度可为80℃～140℃，具体可为80～100℃、80℃或100℃，极化电压可为800～1500V/mm，具体可为800～1000V/mm、800V/mm或1000V/mm，极化时间可为10～40min，具体可为15～20min、15min或20min。
本发明还提供了由上述方法制备得到的以石墨烯作为导电通道的辐照改性聚氨酯压电阻尼材料；本发明提供的阻尼材料以石墨烯作为导电通道，极大地提高了压电阻尼材料的能量转换效率，表现为阻尼效应极大的提高。
本发明通过石墨烯导电通道的引入，极大地增加了材料的介电常数、提高了材料的阻尼性能。本发明提供的方法通过辐照对材料进行交联处理，使得材料在辐照的作用下，提高材料的力学性能，同时，降低了材料的后熟化时间，生产工艺简化，材料阻尼性能好。
附图说明
图1为本发明提供的方法的工艺流程图。
图2为实施例1制备的阻尼材料的热失重曲线图。
图3为实施例2制备的阻尼材料的热失重曲线图。
图4为实施例1制备的阻尼材料的动态力学曲线图。
图5为实施例2制备的阻尼材料的动态力学曲线图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、制备以石墨烯作为导电通道的辐照改性聚氨酯压电阻尼材料
本发明制备的工艺流程图如图1所示。
称取聚醚酯多元醇JES-101（山西凯西瑞科技股份有限公司）100g于烧杯中，依次向烧杯中添加辛酸亚锡1.0g、石墨烯SGE-070（北京纳新天地科技发展有限公司）0.125g、压电陶瓷粉（PZT-4）40g、氢化MDI（HMDI）50g、二乙氧基丁炔二醇4g和1,4-丁二醇5g，真空除泡搅拌均匀后倒入模具，流延成片，待片材固化后备用；
（2）将步骤（1）中制备的片材置于80℃真空烘箱中进行热熟化6小时；
（3）将步骤（2）中经热熟化后的片材置于真空平板硫化机中，于80℃条件下模压整理，形成平整的板材；
（4）将步骤（3）中整理后的板材进行辐照处理，辐照剂量为25kGy；
（5）将步骤（4）中辐照处理后的板材表面贴覆铝箔，置于高温油浴极化仪中进行电极化处理，电极化处理的条件如下：极化温度为80℃，极化电压为800v/mm，极化时间为15min；
（6）将步骤（5）中电极化后的样片进行清洗，即制备得到以石墨烯为导电通道的辐照改性聚氨酯压电阻尼材料。
本实施例制备的以石墨烯为导电通道的辐照改性聚氨酯压电阻尼材料，尺寸为20cm×20cm；厚度为4mm；黑色；且具有良好的性能：根据GB/T531-1999标准测试，硬度为邵A45。
对本实施例制备的阻尼材料的热失重进行测试，升温速率为10℃/min，于氮气环境下进行测试，结果显示，该阻尼材料的5%热失重温度为296℃，50%热失重温度为360.12℃，如图2所示。
根据GB/T18258-2000阻尼材料测试标准，本实施例制备的阻尼材料的阻尼因子最大值为2.85，阻尼因子大于0.5的温度区间为50～146℃，如图4所示。
根据标准ISO15186-1Acoustics-Measurement of sound insulation in buildings and ofbuilding elements using sound intensity-Part1:Laboratory measurements，本实施例制备的阻尼材料在125Hz～8000Hz频率范围内的平均隔声量为20.34dB。
根据GB/T1409-2006测试标准，本实施例制备的阻尼材料在1MHz条件下测试的相对电容率为5.11，介电损耗因数为1.05×10-1。
由上述测试结果可得知，本实施例所制备的阻尼材料具有较高的阻尼因子和阻尼温度范围，4mm厚的阻尼板材隔声量可达到20.34dB，具有优异的隔声减振性能。
实施例2、制备以石墨烯作为导电通道的辐照改性聚氨酯压电阻尼材料
本发明制备的工艺流程图如图1所示。
（1）称取聚醚酯多元醇JES-102（山西凯西瑞科技股份有限公司）1kg于烧杯中，依次向烧杯中添加辛酸亚锡20g、石墨烯SGE-070（北京纳新天地科技发展有限公司）2.5g、压电陶瓷粉（PZT-4）200g、氢化MDI（HMDI）600g、二乙氧基丁炔二醇50g和1,4-丁二醇90g，真空除泡搅拌均匀后倒入模具，流延成片，待片材固化后备用；
（2）将步骤（1）中制备的片材置于100℃真空烘箱中热熟化4小时；
（3）将步骤（2）中经热熟化后的片材置于真空平板硫化机中，100℃条件下模压整理，形成平整的板材；
（4）将步骤（3）中整理后的板材进行辐照处理，辐照剂量为50kGy；
（5）将步骤（4）中辐照处理后的板材表面贴覆铝箔，置于高温油浴极化仪中进行电极化处理，该电极化处理的条件为：极化温度为100℃，极化电压为1000v/mm，极化时间为20min；
（6）将步骤（5）中电极化后的样片进行清洗，即制备得到以石墨烯为导电通道的辐照改性聚氨酯压电阻尼材料。
本实施例制备的以石墨烯为导电通道的辐照改性聚氨酯压电阻尼材料，尺寸为60cm×60cm；厚度为4mm；黑色；且具有良好的性能：根据GB/T531-1999标准测试，硬度为邵A48。
对本实施例制备的阻尼材料的热失重进行测试，升温速率为10℃/min，于氮气环境下进行测试，结果显示该阻尼材料的5%热失重温度为288.85℃，50%热失重温度为355.21℃，如图3所示。
根据GB/T18258-2000阻尼材料测试标准，该阻尼材料的阻尼因子最大值为2.05，阻尼因子大于0.5的温度区间为70～142℃，如图5所示。
根据标准ISO 15186-1 Acoustics-Measurement of sound insulation in buildings and ofbuilding elements using sound intensity-Part 1:Laboratory measurements，本实施例制备的阻尼材料在125Hz～8000Hz频率范围内的平均隔声量为22.52dB。
根据GB/T1409-2006测试标准，本实施例制备的阻尼材料在1MHz条件下测试的相对电容率为5.31，介电损耗因数为1.17×10-1。
由上述测试结果可得知，本实施例所制备的阻尼材料具有高的阻尼因子和阻尼温度范围，4mm厚的阻尼板材隔声量可达到22.52dB，具有优异的隔声减振性能。
Claims (7)
1.一种以石墨烯作为导电通道的辐照改性聚氨酯压电阻尼材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将聚醚酯多元醇、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、催化剂、石墨烯、压电陶瓷粉、二乙氧基丁炔二醇和1,4-丁二醇进行混合得到混合物料；所述混合物料经真空除泡后倒入模具中经流延成片得到片材；
所述4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、催化剂、石墨烯、压电陶瓷粉、二乙氧基丁炔二醇和1,4-丁二醇与所述聚醚酯多元醇的质量份数比为（30～120）：（0.5～3.0）：（0.05～1）：（10～60）：（2～6）：（2～15）：100；
（2）将所述片材进行热熟化，然后经真空模压得到板材；
（3）将所述板材进行辐照，然后经电极化处理即得到以石墨烯作为导电通道的辐照改性聚氨酯压电阻尼材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述压电陶瓷粉为锆钛酸铅；
所述催化剂为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡或三乙醇胺。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述热熟化的温度为80～120℃，时间为5～8小时。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述真空模压的温度为80～140℃。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述辐照的辐照剂量为25～125kGy。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述电极化处理的条件如下：极化温度为80℃～140℃，极化电压为800～1500v/mm，极化时间为10～40min。
7.权利要求1-6中任一种方法制备得到的辐照改性聚氨酯压电阻尼材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310026295.5A CN103059257B (zh) | 2013-01-22 | 2013-01-22 | 一种以石墨烯作为导电通道的辐照改性聚氨酯压电阻尼材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310026295.5A CN103059257B (zh) | 2013-01-22 | 2013-01-22 | 一种以石墨烯作为导电通道的辐照改性聚氨酯压电阻尼材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103059257A CN103059257A (zh) | 2013-04-24 |
| CN103059257B true CN103059257B (zh) | 2014-08-20 |
Family
ID=48102177
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310026295.5A Active CN103059257B (zh) | 2013-01-22 | 2013-01-22 | 一种以石墨烯作为导电通道的辐照改性聚氨酯压电阻尼材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103059257B (zh) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103342026B (zh) * | 2013-06-26 | 2016-05-11 | 中简科技股份有限公司 | 一种共固化结构阻尼材料的制备方法 |
| CN104403070A (zh) * | 2014-11-27 | 2015-03-11 | 山东一诺威新材料有限公司 | 辐射交联改性聚氨酯弹性体的制备方法 |
| CN104877336B (zh) * | 2015-05-07 | 2018-01-09 | 北京市射线应用研究中心 | 一种聚氨酯酰亚胺基多功能复合阻尼材料及其制备方法 |
| KR20180079341A (ko) * | 2015-11-03 | 2018-07-10 | 다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨 | 소음 및 진동 흡수용 폴리우레탄 발포체 |
| CN106571423A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-04-19 | 北京航空航天大学 | 一种针状水声换能器中的新型压电复合薄膜的制备方法 |
| CN106473777A (zh) * | 2016-12-12 | 2017-03-08 | 广东技术师范学院 | 一种超声波诊断装置、工作方法以及工作程序 |
| TWI689664B (zh) | 2017-08-25 | 2020-04-01 | 研能科技股份有限公司 | 致動氣體導流裝置 |
| CN109424527B (zh) * | 2017-08-25 | 2021-03-16 | 研能科技股份有限公司 | 致动气体导流装置 |
| CN108285517B (zh) * | 2018-02-12 | 2021-08-20 | 化州市联合民生轮业有限公司 | 一种石墨烯/酯醚共聚型热固性聚氨酯复合材料及其制备方法 |
| CN108485090B (zh) * | 2018-03-30 | 2021-05-25 | 电子科技大学中山学院 | 一种高阻尼橡胶及其制备方法 |
| CN108841092A (zh) * | 2018-04-17 | 2018-11-20 | 电子科技大学中山学院 | 一种含有复合纤维的高阻尼橡胶及其制备方法 |
| CN110387121A (zh) * | 2018-04-20 | 2019-10-29 | 中国船舶重工集团公司第七一一研究所 | 复合材料、弹性元件和隔振装置及其制备方法 |
| CN112466585B (zh) * | 2020-11-12 | 2021-12-21 | 西安宏星电子浆料科技股份有限公司 | 一种低电流噪音高阻值分散性片式电阻浆料的制备方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5777292A (en) * | 1996-02-01 | 1998-07-07 | Room Temperature Superconductors Inc. | Materials having high electrical conductivity at room teperatures and methods for making same |
| US7602108B2 (en) * | 2005-05-26 | 2009-10-13 | Eastman Chemical Company | Micro-coextruded film modified with piezoelectric layers |
| CN102408701A (zh) * | 2011-09-30 | 2012-04-11 | 常熟市星源金属涂层厂 | 一种压电陶瓷与聚氨酯智能阻尼复合材料及其制备方法 |
| CN102634187B (zh) * | 2012-04-05 | 2013-08-28 | 哈尔滨工程大学 | 压电与导电接枝型聚氨酯基复合阻尼材料及其制备方法 |
-
2013
- 2013-01-22 CN CN201310026295.5A patent/CN103059257B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103059257A (zh) | 2013-04-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103059257B (zh) | 一种以石墨烯作为导电通道的辐照改性聚氨酯压电阻尼材料及其制备方法 | |
| CN100338140C (zh) | 一种高介电常数聚酰亚胺/陶瓷复合膜及制备方法 | |
| KR20140009253A (ko) | 고분자 복합 압전체 및 그 제조 방법 | |
| CN103547548A (zh) | 高介电常数复合材料和制造方法 | |
| CN111363277B (zh) | 一种聚合物基压电薄膜及其制备方法和应用 | |
| CN102317066A (zh) | 铁电驻极体两层和更多层复合材料及其生产方法 | |
| Yang et al. | A high-performance dielectric elastomer consisting of bio-based polyester elastomer and titanium dioxide powder | |
| CN104496491A (zh) | 压电复合材料及其制备方法 | |
| CN101045808A (zh) | 一种压电陶瓷/环氧树脂复合材料的制备方法 | |
| CN110556247A (zh) | 一种三明治结构高储能低电导率聚合物基复合薄膜制备方法 | |
| Zhang et al. | PVDF-based and its copolymer-based piezoelectric composites: Preparation methods and applications | |
| CN102219523A (zh) | 一种低温共烧陶瓷吸波材料及其制造方法 | |
| CN117769346A (zh) | 具有高d33值的柔性低成本压电复合材料 | |
| CN104795488A (zh) | 高陶瓷含量压电陶瓷聚合物复合材料及其制备方法 | |
| CN105789431A (zh) | 一种压电陶瓷聚合物复合材料的制备方法 | |
| KR100978534B1 (ko) | 연료전지용 고분자 복합재료 분리판 제조방법 | |
| Yan et al. | A brief overview of the optimization of dielectric properties of PVDF and its copolymer-based nanocomposites as energy storage materials | |
| CN204936362U (zh) | 压电陶瓷聚合物复合材料结构 | |
| CN106432990B (zh) | 一种片状ZnO掺杂PVDF压电阻尼材料及其制备方法 | |
| CN100530737C (zh) | 一种高频3-3型复合压电陶瓷元件的制作方法 | |
| Tao et al. | Progress in preparation, processing, and application of high dielectric polypropylene matrix composite materials | |
| CN101820047B (zh) | 一种提高ZnO薄膜材料的压电常数的方法 | |
| CN111799106B (zh) | 平面电容的制作方法及制作装置 | |
| KR102709291B1 (ko) | 신규한 구조의 압전 복합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 압전 소자의 제조방법 및 압전 소자 | |
| Jiang et al. | Recent progress in the development of dielectric elastomer materials and their multilayer actuators |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 401, building 201, yard a 10, Jiuxianqiao North Road, Chaoyang District, Beijing 100015 Patentee after: Beijing Ray Application Research Center Co.,Ltd. Address before: Building 201, No. 10, Xianqiao North Road, Chaoyang District, Beijing 100015 Patentee before: BEIJING RADIATION APPLICATION RESEARCH CENTER |
|
| CP03 | Change of name, title or address |