CN1057849A - 构成约束阻尼结构的阻燃阻尼涂料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及构成约束阻尼结构的阻燃无溶剂型 阻尼涂料。本发明涂料由涂于底材上的阻尼层涂料 和处于阻尼层涂料上的约束层涂料组成，所说的阻尼 层涂料由聚氨酯预聚体，鳞片状填料、扩链剂组成，固 化后形成阻尼层；所说的约束层涂料由低分子量环氧 树脂、增韧剂、固化剂、活性稀释剂、阻燃剂和助剂组 成，经固化合形成约束层。当约束层和阻尼层的厚度 与底材厚度比为1.5～3.0时，可获得在-20℃～ +60℃范围内的复合损耗因子在0.1以上。本发明涂 料阻尼性能长期稳定，易施工、可厚涂，不产生公害， 能阻燃。

Description

本发明涉及以形成有机膜为主体的涂料领域，特别是由聚氨酯和环氧树脂分别形成的纯合成膜的阻尼型涂料。

阻尼涂料是利用高分子聚合物为基料，将振动能的一部分吸收，再以“热”的形式放出，以达到减小振幅及降低振动能的目的。阻尼涂料的主要功能除减弱振动、降低噪音外，也具有隔声、隔热和一定的密封、防油、防水等性能。

本发明阻尼涂料主要用于降低舰艇、飞机、汽车、火车等的结构振动和噪声;提高其隐气能力、战术性能和使用性能。关于这类阻尼材料的研制与应用在国外已有40多年历史了，早已形成了比较成熟的研制和生产体系。阻尼材料用途极广，除用于航空、航天、舰艇和有关军事目的外，还广泛用于民用工业，在我国从60年起已研制成功几种阻尼性能较好的材料。但是，国内外的阻尼材料都普通地存在如下缺点：

（1）阻尼材料中大多数是橡胶型阻尼材料，它不适合于在弯曲及不规则表面上施工，而且需要专门的胶粘剂，其强度低，附着力差。

（2）阻尼材料中绝大多数属于自由阻尼结构，也即单层的阻尼结构。例如CN85100715A发明专利申请公开说明书，发明名称为：腻子型阻尼材料，发明人是中国科学院声学研究所候中华等人。该发明是一种涂复在振动体表面的减震、降噪用的自由阻尼材料，它是以环氧树脂与液体聚硫橡胶为基胶，以石墨、滑石、云母等粉末为填料，加入胺作为固化剂而制成。该阻尼材料不含溶剂，采用刮涂成型，常温固化，与金属有较高的粘接力，是一个优良的自由阻尼材料，但是它只能作为自由阻尼材料，不能作为约束阻尼结构的材料使用，同时无阻燃作用;阻尼温域窄，阻尼层损耗因子只有0.16～0.39，复合后，损耗因子为0.05～0.08（0～80℃）。显然，阻尼性能较低，可使用的温度范围也较窄。

还有CN1033635A，发明名称是：宽温域高阻尼聚氨酯材料，发明人是中国人解放军海军工程学院朱金华等。该发明高阻尼聚氨酯材料由端羟基氧化丙烯、二异氰酸酯和特殊的扩链剂反应制得，该材料在大于120℃的温域内阻尼因子大于0.3;在80℃温域内阻尼因子在于0.4，在50℃温域内阻尼因子大于0.5。这种材料不是涂料而是成型体，由分步合成法制成。固化温度高，不能常温固化，材料阻尼性能低。

中国人民解放军海军工程学院贾铭椿等在CN1033814A中公开了名称为“合成异链交聚合物阻尼材料：AB-交联聚合物。利用烯基封端的聚氨酯预聚物为B链，以聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯等为A链合成了AB-交联聚合物，但该材料是板材，不是涂料，需高温固化，可直接用作约束阻尼结构，但不能涂，阻尼因子较低。

（3）新日本制铁株或会社的田中忠等在特公昭57-56389中公开了名为“制振法”的专利申请，在该专利中是有两层涂膜，并在常温固化后形成双层结构，用以提高阻尼性能。该方法是在金属底材上涂第一层涂膜，该第一层涂膜是在常温下由可塑剂和/或热可塑树脂加到低聚物和聚异氰酸酯的组合物中制成，该低聚物在一分子中具有在常温下与异氰酸酯基反应所得羟基或环氧基2个以上，该层膜损耗因子只有0.4以上;第二层涂膜是任选下列三种之一：（a）在通过游离基聚合得到的硬化不饱和树脂内含有金属微片;（b）含有上述金属微片的塑性混凝土;（c）将上述含金属微片的涂料（a）或上述涂料（b）与金属板条组合起来，这样所得的复合膜在-50～150℃温度范围内弹性模量在5×10¹⁰达因/平方厘米以上，维持其损耗因子在0.4以上。可见该发明复合涂复第一层的损耗因子较低，它还含有稀释溶剂，因此，干燥慢，阻尼性能不稳定，由于溶剂的挥发而污染环境，也不安全;第二层涂膜需经光固化，从而受阳光辐照强度的影响，如是舱内需用紫外线照射，操作麻烦，它也含有稀释溶剂如苯乙烯等，在施工时和未交联前易燃易爆，污染环境，不安全，二层复合后的损耗因子在80Hz为0.01～0.08，并且它不能阻燃。

本发明目的在于：提供一种构成约束阻尼结构的二层涂层的涂料，该二导涂料不但是易流动液体易于涂复，并可常温固化，不含溶剂，能阻燃，具有较高损耗因子，温域宽，工艺性能优良，适合于地舰船、飞机、汽车、火车等结构的减振防噪。

本发明目的通过以下措施而达到了：在振动物底材上涂复一层无溶剂聚氨酯阻尼涂料，然后再在其上涂复一层无溶剂聚硫橡胶改性的环氧树脂构束层涂料，所说的二层涂料涂在底材上常温固化后得到约束阻尼结构。

所说的阻尼层涂料是以克当量为800～1500的聚醚作为羟基组分，由该羟基组分与二异氰酸酯反应生成含异氰酸酯基为2.2～5.0%的聚氨酯预聚体作为甲组分，在该甲组分中，二异氰酸酯的当量数是羟基组分当量数的2～2.5倍，以C3～15碳原子的二元醇和/或二元胺作为护链剂并作为乙组分，所说的甲组分对乙组分的当量比为0.8～1.2之间，除甲、乙二组分外，还有160～250目鳞片状填料，其用量为甲、乙二组分总和的25～75（重量）%。

所说的约束层涂料由下列成分组成：

低分子量环氧树脂E-44和/或E-55  100份

新戊二醇缩水甘油醚  10～30份

聚硫橡胶  20～60份

胺值为200～400的聚酰胺树脂  100～200份

阻燃剂  150～250份

助剂  1～10份

在所说的约束阻尼结构中，约束层和阻尼层的涂层总厚度对底材厚度比为1.5～3.0。

以下结合附图对本发明进行详细说明。

附图1是本发明工艺流程方框图。

本发明的特征是在底材上涂敷一层无溶剂聚氨酯阻尼层涂料，然后再在其上再涂敷一层无溶剂聚硫橡胶改性的环氧树脂约束层涂料，二层与底材构成约束阻尼结构。

阻尼层涂料是：以克当量数为800～1500的聚醚作为羟基组分，由该羟基组分与二异氰酸酯反应生成聚氨酯预聚体，以此聚氨作为甲组分，其中，二异氰酸酯选自下列二异氰酸酯组中一种或数种：甲苯二异氰酸酯（TDI）、二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）、六次甲基二异氰酸酯（HDI），二异氰酸酯的当量数是羟基组分的2～2.5倍，以C3～15碳原子的二元醇和/或二元胺作为扩链剂并作为乙组分，其中，所说的二元醇是：2，3-丙二醇， 1，4-丁二醇，1，6-己二醇，二元胺可用3，3′二氯4，4′二氨基二苯甲烷（MOCA），甲、乙二组分的当量比值在0.8～1.2之间，以便获得宽温度域高损耗因子涂料，除甲、乙二组分外，还加入160～250目的鳞状片填料，所说的填料选自下列填料组之一种或数种：云母、石墨、蛭石，填料用量为甲、乙二组分总和的25～75（重量）%，从而保证涂料的无溶剂化和高阻尼性能。

所说的约束层涂料是聚硫橡胶改性的环氧树脂涂料，该涂料由低分子量环树脂E-44和/或E-55  100份，作为活性稀释剂的新戊二醇缩水甘油醚10～30份、作为活性稀释剂的分子量为800～1200的聚硫橡胶20～60份、作为固化剂的胺值为200～400的聚酰胺树脂100～200份和阻燃剂150～250份，该阻燃剂选自下列阻燃剂组中的一种或数种：三氧化二锑、氢氧化铝、氢氧化镁，其用量为150～250份，此外，为实现约束层的阻燃化和优良施工性能，还加入1～10份的助剂如轻质碳酸钙和/或玻璃纤维。

当以上所说的约束阻尼结构中的约束层和阻尼总厚度与底材厚度比为1.5～2.0时，可获得在-20～60℃温度范围内的复合损耗固子在0.1以上。

本发明约束阻尼结构的阻尼涂料及约束阻尼结构的制法如下（见附图1）。

将液化的二异氰酸酯加温到50～80℃，向其中滴加聚醚，边搅拌边保持在上述温度范围，最后升温到100℃左右，即可制成聚氨酯预聚体，在该聚氨酯预聚体内加入扩链剂和鳞片状填料即可制成无溶剂型聚氨酯阻尼层涂料;另外，将环氧树脂、增韧剂、活性稀释剂，阻燃剂混合均匀后，加入固化剂、助剂搅拌均匀，即可制成无溶剂型约束层涂料。

将上述阻尼层涂料涂于底板上，再在该阻尼层涂料上涂以约束层涂料，固化后即成为具有约束组尼结构的阻燃无溶剂型阻尼涂层。

附图1中，I是具有约束阻尼结构的底材，其中，1代表约束层，2代表阻尼层，3代表底材，例如钢片。

本发明约束阻尼结构的阻尼层及约束层的性能见附表1。

具有本发明约束阻尼结构的钢板底材的复合损耗固子在各温度和频率下的

数据见附表2。

表2

测试温度	频率Hz	复合损耗因子η
			50℃	225	0.112
40℃	229	0.122
			30℃	244	0.133
20℃	254	0.140
			10℃	271	0.130
－10℃	296	0.128

本发明关于构成约束阻尼结构涂层的阻燃非溶剂型涂料吸取了CN85100715A 腻子型阻尼材料的损耗因子高、阻尼温度域宽以及既是非溶剂型涂料、又施工方便等优点，但是其损耗因子仍然比较低，在19～20℃，频率为85～95Hz时，其损耗因子为0.16～0.39，而本发明阻尼层的损耗因子在-25～+65℃为0.65～1.24，可见单从阻尼层的阻尼特性来说本发明也具有突出效果，涂层与底材复合后的损耗因子，CN85100715A在0℃～80℃范围内（涂层与厚度比为2）时为＞0.05，而本发明在-10～+50℃时为0.112～0.140。从此也看出本发明的优良效果。

本发明还吸取了特公昭57-56389专利中的双层涂层结构的优点，然而本发明阻尼层与该专利第一层羟基组成不同，而且其阻尼层在-20～150℃的损耗因子只在0.4以上，而本发明在-25～+65℃为0.65～1.24;本发明不用溶剂而特公昭57-56389的第二层具有稀释溶剂，而且在第二层中有金属薄片、塑性水泥甚至金属板条、金属网等。这对于飞机、舰艇所用涂料不大适用，因为增加了构件本身的重量。该专利实施例中复合损耗因子在800Hz下为0.118～0.21，本发明在-10℃～50℃、225～296Hz下复合损耗因子0.128～0.112，本行业人员都知道损耗因子与频率成正比关系，当本发明复合涂层构件在800Hz测试时，当不低于对比文献的阻尼性能。本发明还可在任何结构面上施工，涂层附着力高，耐油、耐压、耐海水、抗冲击性能好，此外，本发明能阻燃，不含溶剂，不产生公害，其阻燃性能可保证涂层在经受气割和/或电焊时，不燃自息，使涂料施工不受动火因素的限制，适用于舰艇，飞机舱中施工。

实施例1

取克当量数为800的聚醚80克，甲苯二异氰酸酯21.7克，反应后加入1，3-丙二醇4.6克、160目蛭石粉26克，混合均匀涂在底材上;再取E-44环氧树脂100份、活性稀释剂新戊二醇缩水甘油醚10份，分子量为800的聚硫橡胶20份，三氧化二锑150份，玻璃纤维10份，作为固化剂的胺值为200的聚酰胺树脂160份，混合均匀后涂在阻尼层涂料上，在-20～+60℃温度范围内，其复合阻尼因子达到0.1以上。

实施例2

取克当量为1000的聚醚100克，二苯甲烷二异氰酸酯27.8克，反应后加入1，4-丁二醇5.4克，200目云母粉65克，混合均匀后涂在底材上;取E-55环氧树脂100份、新戊二醇缩水甘油醚30份，分子量为1200的聚硫橡胶40份、氢氧化铝250份，轻质碳酸钙1份、胺值为400的聚酰胺树脂150份，混合均匀后涂在上述阻尼层涂料上，在-20～+60℃温度范围内，其复合阻尼因子达到0.1以上。

实施例3

取克当量为1500的聚醚150克，甲苯二异氰酸酯17.4克，反应后加入3，3′二氯-4，4′二氨基二苯甲烷13.4克、250目石墨粉50克，混合均匀后涂在底材上;取E-44环氧树脂100份、新戊二醇缩水甘油醚20份、分子量为1000的聚硫橡胶60份、氢氧化镁200份、轻质碳酸钙7份、胺值为400的聚酰胺树脂100份，混合均匀涂在阻尼层涂料上，即可获得良好阻尼效果，在-20～+60℃温度范围内，其复合阻尼因子在0.1以上。

实施例4

取克当量为1000的聚醚100克，六次甲基二异氰酸酯（HDI）19.3克，反应后加入1，6-己二醇6.8克、160目蛭石粉89克，混合均匀后涂在底材上;取E-55环氧树脂100份、新戊二醇缩水甘油醚15份、分子量为1000的聚硫橡胶50份、三氧化二锑170份、玻璃纤维9份、胺值为200的聚酰胺树脂200份，混合均匀后涂在阻尼层涂料上，该约束阻尼结构在-20℃～+60℃温度范围内，其复合阻尼因子在0.1以上。

Claims (5)

1、阻燃型阻尼涂料，以克当量为800～1500的聚醚作为羟基组分，由该羟基组分与二异氰酸酯反应生成含异氰酸酯基为2.2～5.0%的聚氨酯预聚体，其中，二异氰酸酯的当量数是羟基组分当量数的2～2.5倍；另外还采用以聚硫橡胶改性的低分子量环氧树脂以及填料，其特征在于：在振动物底材上涂复一层无溶剂聚氨酯阻尼层涂料，然后再在其上涂复一层无溶剂聚硫橡胶改性的环氧树脂约束层涂料，所说的二层涂料常温固化后得到约束阻尼结构：

a)阻尼层涂料：以所说的聚氨酯预聚体作为甲组分，以C3～15碳原子的二元醇和/或二元胺作为护链剂并作为乙组分，所说的甲组分对乙组分的当量比为0.8～1.2之间，除甲、乙二组分外，还有160～250目鳞片状填料，其用量为甲、乙二组分总和的25～75(重量)%；

b)约束层涂料，具有由下列成分与含量：

低分子量环氧树脂E-44和/或E-55  100份

新戊二醇缩水甘油醚             10～30份

聚硫橡胶                       20～60份

胺值为200～400的聚酰胺树脂     100～200份

阻燃剂                         150～250份

助剂                           1～10份

c)在所说的约束阻尼结构中，约束层和阻尼层的涂层总厚度对底材厚度比为1.5～3.0。

2、按照权利要求1所说的涂料，其特征在于：所说的二元胺是：1，3-丙二醇、1，4-丁二醇或1、6-己二醇。

3、按照权利要求1所说的涂料，其特征在于：所说的二元胺是3，3′二氯4，4′二氨基二苯甲烷（MOCA）。

4、按照权利要求1所说的涂料，其特征在于：所说的阻燃剂选自下列阻燃剂组中的一种或数种：三氧化二锑、氢氧化铝、氢氧化镁。

5、按照权利要求1所说的涂料，其特征在于：所说的助剂是轻质碳酸钙和/或玻璃纤维。

Images