CN107722814B - 一种构成多层复合结构的阻尼涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种构成多层复合结构的阻尼涂料。本发明阻尼涂料由两种不同玻璃化转变温度（Tg）的聚氨酯阻尼涂料层和一种环氧树脂约束涂料层复合而成。所说的两种不同Tg（分别为‑60~‑40℃、‑20~0℃）的阻尼涂料层由聚氨酯预聚体、扩链剂、阻燃剂、片层状填料组成；所说的约束涂料层由低分子量环氧树脂、固化剂、活性稀释剂、阻燃剂组成。当两种不同Tg阻尼涂料层厚度各为0.8mm~1.2mm，约束涂料层和阻尼涂料层总厚度与底材厚度比为1.8~2.2时，可获得‑40~80℃温度范围内，复合损耗因子在0.12~0.28之间。本发明阻尼涂料复合损耗因子峰值高，阻尼温域宽，主要用于降低船舶振动和噪声，同时，该涂料具有优异的力学性能、工艺性能、阻燃性能。

Description

一种构成多层复合结构的阻尼涂料
技术领域
本发明涉及一种构成多层复合结构的阻尼涂料，涉及以形成有机膜为主体的涂料领域，特别是一种由聚氨酯和环氧树脂构成多层复合结构的阻尼涂料，具有减振降噪的作用，可用于舰船、飞机、汽车、机械工程等领域。
背景技术
舰船的振动及产生的噪声对于船舶和人员都会产生较大的影响，这些显而易见的影响包括：
1)船舶的振动影响船体寿命和结构安全，留下严重的安全隐患。
2)船舶的振动影响设备正常工作，尤其会大大影响精密仪器仪表的精确度。
3)船舶的振动与噪声会容易严重危害工作人员的身心健康。
4)在振动与噪声环境中长期工作生活，容易产生疲劳、烦躁的情绪，造成安全隐患。
5)对军舰而言，振动与噪声还会影响战术指标，暴露自己，遭受敌方攻击。
目前，随着我国舰船行业的迅猛发展，船舶的振动及产生的噪声问题越来越不可忽略。
阻尼涂料作为一种主动降噪材料，其原理是将振动机械能转化为热能耗散掉，使产生噪声的振动能量大大衰减，即从声(振)源上有效地控制振动和噪声。阻尼涂料主要用于产生振动和噪声的部位及经常有人员活动的舱室，如：舰船的主、辅机舱、舵机舱、空调机室等。由于涂料可直接喷涂或刮涂在结构表面上，施工方便，尤其对结构复杂的表面，更体现出它的优越性。
通过专利检索发现，CN1057849A，发明名称为：构成约束阻尼结构的阻燃阻尼涂料，发明人是化学工业部海洋涂料研究所战凤昌等。该发明的涂料由涂覆在底材上的聚氨酯阻尼层涂料和处于阻尼层上的环氧树脂约束层涂料组成，当约束层和阻尼层的厚度与底材厚度比为1.5～3.0时，可以获得在-20～60℃温度范围内较高的复合损耗因子，但是仍不能满足当今舰船对减振降噪性能的要求。
CN205635455U，实用新型名称为：一种水性梯度复合阻尼结构，发明人是青岛爱尔家佳新材料股份有限公司郭焱等。该水性梯度复合阻尼结构由低温域水性阻尼涂层、中温域水性阻尼涂层与高温域水性阻尼涂层组成，三种涂层的最大阻尼值所对应的温度分别为-15～-10℃、10～20℃、40～50℃。该水性梯度复合阻尼结构阻尼性能优异，耐水性良好。但是，该水性阻尼涂料存在如下缺点：低温、高湿环境下，成膜时干燥时间长；贮存稳定性较差。
还有，CN1082581A，发明名称为：多功能阻尼涂料层，发明人是化学工业部海洋涂料研究所黄微波等。该涂料是一种除减振降噪外，也具有隔声、隔热、防腐和一定密封性能的多功能涂料，由聚氨酯阻尼层与环氧树脂约束层组成，当约束涂料层和阻尼层总厚度与底材厚度比为1.0～1.5时，可获得-20～60℃温度范围内复合损耗因子大于0.2.但是，该多功能阻尼涂料层使用十溴联苯醚、八溴联苯醚等卤素阻燃剂，在燃烧时发烟量大，产生有毒气体。因环保问题，目前欧盟明确限制使用卤素阻燃剂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种构成多层复合结构的阻尼涂料。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明的阻尼涂料由两种不同Tg(分别为-60～-40℃、-20～0℃)的聚氨酯阻尼涂料层和一种环氧树脂约束涂料层复合而成。
在振动物底材上涂覆一层较低Tg(-60～-40℃)的聚氨酯阻尼涂料，然后在其上涂覆一层较高Tg(-20～0℃)的聚氨酯阻尼涂料，最后在较高Tg(-20～0℃)的聚氨酯阻尼涂料上涂覆一层环氧树脂约束涂料，所说的三层涂料固化后得到本发明的多层复合结构的阻尼涂料。
以上所说的两种不同Tg阻尼涂料层厚度各为0.8mm～1.2mm，约束涂料层和阻尼涂料层总厚度与底材厚度比为1.8～2.2时，可获得-40～80℃温度范围内，复合损耗因子在0.12～0.28之间。
a)较低Tg(-60～-40℃)阻尼涂料层：以聚氨酯预聚体作为A组分，所述聚氨酯预聚体的异氰酸酯基含量为1％～4％，由当量为800～1200的聚醚作为羟基组分和二异氰酸酯反应生成，其中，二异氰酸酯当量数是羟基组分当量数的2～2.3倍。以C4～6碳原子的二元醇作为扩链剂，扩链剂与液体阻燃剂、片层状填料共同组成B组分。A组分对B组分的当量比为1～1.2。
所述片层状填料细度为80～400目，液体阻燃剂和片层状填料用量占A、B组分总用量的50～80％(重量比)；
b)较高Tg(-20～0℃)阻尼涂料层：以聚氨酯预聚体作为A组分，所述聚氨酯预聚体的异氰酸酯基含量为9.5％～12％，由当量为400～1500的两种聚醚作为羟基组分和二异氰酸酯反应生成，其中，二异氰酸酯当量数是羟基组分当量数的3～4倍。以C4～6碳原子的二元醇与/或芳香族二胺作为扩链剂，扩链剂与液体阻燃剂、片层状填料共同组成B组分。A组分对B组分的当量比为0.9～1.1。
所述片层状填料细度为80～400目，液体阻燃剂和片层状填料用量占A、B组分总用量的40～70％(重量比)。
c)约束涂料层，具有以下成分和含量(质量份)：
Figure BDA0001438015100000021
Figure BDA0001438015100000031
较低Tg阻尼涂料层中，所说的二异氰酸酯是二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI-50)、甲苯二异氰酸酯(TDI 80/20)、多苯基多亚甲基二异氰酸酯(PAPI)的一种；所说的二元醇为1，4-丁二醇、新戊二醇、1，4-环己二醇、1，6-己二醇中的一种或多种。
较高Tg阻尼涂料层中，所说的二异氰酸酯是二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI-50)和甲苯二异氰酸酯(TDI 80/20)、多苯基多亚甲基二异氰酸酯(PAPI)中的一种；所说的扩链剂是1，4-丁二醇、1，6-己二醇、3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯甲烷(MOCA)、3，5-二甲硫基甲苯二胺(E-300)中的一种或多种。
两种不同Tg阻尼涂料层中，液体阻燃剂是三(2-氯乙基)磷酸酯(TCEP)、三(2-氯异丙基)磷酸酯(TCPP)、甲基膦酸二甲酯(DMMP)中的一种；所说的片层状填料是云母粉、石墨、蛭石粉的一种或多种。
约束涂料层中，所说的环氧树脂是E-44或E-51中的一种；所说的胺类固化剂胺值为300～500；所说的阻燃剂为氢氧化镁[Mg(OH)3]、可膨胀石墨(EG)、氧化锌、三氧化二锑、氢氧化铝[Al(OH)3]的一种或多种；所说的其它填料为滑石粉、钛白粉、玻璃纤维、玻璃微珠、重质碳酸钙等的一种或多种；所说的活性稀释剂为缩水甘油醚类、缩水甘油酯中的一种或两种；所说的触变剂为有机膨润土、气相法白炭黑、聚酰胺蜡、氢化蓖麻油中的一种或多种；所说的偶联剂为有机铬络合物、硅烷类、钛酸酯类和铝酸化合物中的一种；所说的消泡剂为矿物油类、有机硅类、聚醚类中的一种。
本发明的多层复合结构的阻尼涂料制备工艺如下：
将聚醚升温至110～120℃，开启真空泵，抽真空脱水2h，降温至50～60℃，边搅拌边加入计量好的二异氰酸酯，缓慢升温至80～82℃，在该温度下反应2.5h，即可制得聚氨酯预聚体。于高速搅拌机料缸中，添加一定量扩链剂、液体阻燃剂、片层状填料，在1000r/min的转速下分散20min，即可制得分散均匀的B组分。将A、B组分按一定比例混合均匀，即可制得无溶剂聚氨酯阻尼涂料。根据不同配方，可以分别参照该工艺，制备不同Tg的无溶剂聚氨酯阻尼涂料。
将环氧树脂、阻燃剂、其它填料、活性稀释剂、触变剂、偶联剂、消泡剂混合均匀后，
加入固化剂搅拌均匀，即可制得无溶剂环氧树脂约束涂料。
在振动物底材上涂覆一层较低Tg的无溶剂聚氨酯阻尼涂料，然后在其上涂覆一层较高Tg的无溶剂聚氨酯阻尼涂料，再在两层聚氨酯阻尼涂料上涂覆一层无溶剂环氧树脂约束涂料，所说的三层涂料固化后得到本发明构成多层复合结构的阻尼涂料。
本发明的有益效果
本发明阻尼涂料复合损耗因子峰值高，阻尼温域宽，主要用于降低船舶振动和噪声，同时，该涂料具有优异的力学性能、工艺性能、阻燃性能。
具体实施方式
实施例1
取当量为1000的聚醚100克，甲苯二异氰酸酯17.4克，反应后加入1，4-丁二醇4.5克，三(2-氯乙基)磷酸酯10克，200目云母粉120克，混合均匀后涂覆于底材，该层为较低Tg阻尼涂料层；取当量为400的聚醚40克，当量为1000的聚醚100克，二苯基甲烷二异氰酸酯100克，反应后加入1，6-己二醇35克，三(2-氯乙基)磷酸酯50克，200目云母粉300克，混合均匀后涂覆在较低Tg阻尼涂料层上层，该层为较高Tg阻尼涂料层；取E-44环氧树脂100克，胺值为300的固化剂40克，氢氧化铝100克，滑石粉40克，缩水甘油醚类活性稀释剂6克，聚酰胺蜡3克，有机铬络合物类偶联剂1克，矿物油类消泡剂0.5克，混合均匀后涂覆在较高Tg阻尼涂料上层，该层为约束涂料层。固化后，经测试，在-40～80℃温度范围内，复合损耗因子在0.12～0.28之间。
实施例2
取当量为900的聚醚90克，二苯基甲烷二异氰酸酯25克，反应后加入新戊二醇5.2克，三(2-氯异丙基)磷酸酯8克，100目石墨130克，混合均匀后涂覆于底材，该层为较低Tg阻尼涂料层；取当量为600的聚醚120克，当量为1200的聚醚60克，多苯基多亚甲基二异氰酸酯135克，反应后加入3，5-二甲硫基甲苯二胺80克，三(2-氯异丙基)磷酸酯58克，100目石墨320克，混合均匀后涂覆在较低Tg阻尼涂料层上层，该层为较高Tg阻尼涂料层；取E-44环氧树脂100克，胺值为350的固化剂38克，三氧化二锑150克，玻璃纤维50克，缩水甘油醚类活性稀释剂7克，气相法白炭黑2克，硅烷类偶联剂1.5克，有机硅消泡剂0.5克，混合均匀后涂覆在较高Tg阻尼涂料上层，该层为约束涂料层。固化后，经测试，在-40～80℃温度范围内，复合损耗因子在0.12～0.28之间。
实施例3
取当量为800的聚醚80克，多苯基多亚甲基二异氰酸酯26克，反应后加入1，4-环己二醇5.9克，三(2-氯异丙基)磷酸酯5克，160目蛭石粉130克，混合均匀后涂覆于底材，该层为较低Tg阻尼涂料层；取当量为600的聚醚120克，当量为1200的聚醚60克，甲苯二异氰酸酯87克，反应后加入3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯甲烷100克，三(2-氯异丙基)磷酸酯20克，160目蛭石粉400克，混合均匀后涂覆在较低Tg阻尼涂料层上层，该层为较高Tg阻尼涂料层；取E-51环氧树脂100克，胺值为380的固化剂35克，可膨胀石墨150克，钛白粉56克，缩水甘油酯类活性稀释剂5克，有机膨润土2克，钛酸酯类偶联剂1克，聚醚类消泡剂0.5克，混合均匀后涂覆在较高Tg阻尼涂料上层，该层为约束涂料层。固化后，经测试，在-40～80℃温度范围内，复合损耗因子在0.12～0.28之间。
实施例4
取当量为1200的聚醚120克，甲苯二异氰酸酯17.4克，反应后加入1，6-己二醇5.9克，甲基膦酸二甲酯6克，400目云母粉160克，混合均匀后涂覆于底材，该层为较低Tg阻尼涂料层；取当量为500的聚醚100克，当量为1000的聚醚50克，二苯基甲烷二异氰酸酯125克，反应后加入1，4-丁二醇35克，甲基膦酸二甲酯10克，400目云母粉450克，混合均匀后涂覆在较低Tg阻尼涂料层上层，该层为较高Tg阻尼涂料层；取E-51环氧树脂100克，胺值为400的固化剂30克，氢氧化镁150克，重质碳酸钙56克，缩水甘油酯类活性稀释剂5克，氢化蓖麻油1.6克，铝酸化合物类偶联剂1.2克，聚醚类消泡剂0.7克，混合均匀后涂覆在较高Tg阻尼涂料上层，该层为约束涂料层。固化后，经测试，在-40～80℃温度范围内，复合损耗因子在0.12～0.28之间。
实施例5
本发明构成多层复合结构的两种不同Tg的阻尼层和约束层的性能见附表1。
将本发明构成多层复合结构的阻尼涂料涂覆在钢板底材上，测得的各温度下的复合损耗因子数据见附表2.
附表1构成多层复合结构的两种不同Tg的阻尼层和约束层的性能
Figure BDA0001438015100000051
Figure BDA0001438015100000061
附表2各温度下的复合损耗因子数据
Figure BDA0001438015100000062
Figure BDA0001438015100000071
本发明关于构成多层复合结构的阻尼涂料吸取了CN1057849A“构成约束阻尼结构的阻燃阻尼涂料”无溶剂、复合涂层阻燃及较高的复合损耗因子的优点，并且，进一步提高了阻尼涂料的复合损耗因子及阻尼温域。
本发明还吸取了CN205635455U“一种水性梯度复合阻尼结构”专利的多层复合阻尼结构复合损耗因子较高，阻尼温域宽的优点。通过涂覆两种不同Tg阻尼涂层，拓宽了阻尼温域，使得在较宽的温度范围内，复合损耗因子较高。本发明优于该实用新型的地方在于，以无溶剂聚氨酯与无溶剂环氧取代水性涂料，克服了水性涂料存在的高温高湿条件干燥时间长、贮存稳定性差等缺点。
还有，本发明吸取了CN1082581A“多功能阻尼涂料层”的优点，使得涂料除了减振降噪外，还能起到隔声、防腐及一定密封的性能。区别于该涂料的是，本发明在未使用含卤阻燃剂的情况下，阻尼涂料的阻燃性能优异。

Claims (5)

1.一种构成多层复合结构的阻尼涂料，其特征在于，包括由两种不同玻璃化转变温度Tg的聚氨酯阻尼涂料层和一种环氧树脂约束涂料层复合而成；
所说的两种不同Tg分别为-60~-40℃、-20~0℃；
所述的阻尼涂料从外到内的复合顺序是：环氧树脂约束涂料层、Tg为-20~0℃的聚氨酯阻尼涂料层、Tg为-60~-40℃的聚氨酯阻尼涂料层；
两种不同Tg阻尼涂料层厚度各为0.8mm~1.2mm，约束涂料层和阻尼涂料层的总厚度与底材厚度比为1.8~2.2；
a)较低Tg-60~-40℃阻尼涂料层：以聚氨酯预聚体作为A组分，所述聚氨酯预聚体的异氰酸酯基含量为1%~4%，由当量为800~1200的聚醚作为羟基组分和二异氰酸酯反应生成，其中，二异氰酸酯当量数是羟基组分当量数的2~2.3倍；以C4~6碳原子的二元醇作为扩链剂，扩链剂与液体阻燃剂、片层状填料共同组成B组分；A组分对B组分的当量比为1~1.2；
所述片层状填料细度为80~400目，液体阻燃剂和片层状填料用量占A、B组分总用量的重量比是50~80%；
b)较高Tg-20~0℃阻尼涂料层：以聚氨酯预聚体作为A组分，所述聚氨酯预聚体的异氰酸酯基含量为9.5%~12%，由当量为400~1500的两种聚醚作为羟基组分和二异氰酸酯反应生成，其中，二异氰酸酯当量数是羟基组分当量数的3~4倍；以C4~6碳原子的二元醇与/或芳香族二胺作为扩链剂，扩链剂与液体阻燃剂、片层状填料共同组成B组分；A组分对B组分的当量比为0.9~1.1；
所述片层状填料细度为80~400目，液体阻燃剂和片层状填料用量占A、B组分总用量的重量比是40~70%；
c)约束涂料层，具有以下质量份的成分和含量：
分子量为200~300的环氧树脂 100份
胺类固化剂 30~40份
阻燃剂 80~150份
其它填料 30~50份
活性稀释剂 5~8份
触变剂 3~5份
偶联剂 1~2份
消泡剂 0.5~1份。
2.根据权利要求1所述的阻尼涂料，其特征在于：较低Tg阻尼涂料层中，所说的二异氰酸酯是二苯基甲烷二异氰酸酯MDI-50、甲苯二异氰酸酯TDI 80/20、多苯基多亚甲基二异氰酸酯PAPI的一种；
所说的二元醇为1,4-丁二醇、新戊二醇、1,4-环己二醇、1,6-己二醇中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的阻尼涂料，其特征在于：较高Tg阻尼涂料层中，所说的二异氰酸酯是二苯基甲烷二异氰酸酯MDI-50和甲苯二异氰酸酯TDI 80/20、多苯基多亚甲基二异氰酸酯PAPI中的一种；
所说的扩链剂是1,4-丁二醇、1,6-己二醇、3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯甲烷MOCA、3,5-二甲硫基甲苯二胺E-300中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的阻尼涂料，其特征在于：两种不同Tg阻尼涂料层中，液体阻燃剂是三(2-氯乙基)磷酸酯TCEP、三(2-氯异丙基)磷酸酯TCPP、甲基膦酸二甲酯DMMP中的一种；
所说的片层状填料是云母粉、石墨、蛭石粉的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的阻尼涂料，其特征在于：约束涂料层中，所说的环氧树脂是E-44或E-51中的一种；
所说的胺类固化剂胺值为300~500；
所说的阻燃剂为氢氧化镁Mg(OH)3、可膨胀石墨EG、氧化锌、三氧化二锑、氢氧化铝Al(OH)3的一种或多种；
所说的其它填料为滑石粉、钛白粉、玻璃纤维、玻璃微珠、重质碳酸钙等的一种或多种；
所说的活性稀释剂为缩水甘油醚类、缩水甘油酯中的一种或两种；
所说的触变剂为有机膨润土、气相法白炭黑、聚酰胺蜡、氢化蓖麻油中的一种或多种；
所说的偶联剂为有机铬络合物、硅烷类、钛酸酯类和铝酸化合物中的一种；
所说的消泡剂为矿物油类、有机硅类、聚醚类中的一种。
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