CN110330844A - 多层约束阻尼涂层结构及其制备方法和用途以及汽车板和车辆 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种多层约束阻尼涂层结构，该涂层结构包括设于基材上的第一阻尼层，以及依次覆盖在所述第一阻尼层上的第二阻尼层和第三阻尼层；其中，所述第一阻尼层由含有短纤维的水性丙烯酸树脂固化而成；所述第二阻尼层由水性丙烯酸树脂固化而成；所述第三阻尼层由含有长纤维的水性丙烯酸树脂固化而成。本公开提供的多层约束阻尼涂层结构，各阻尼层均为水性阻尼涂层，不受基材的异形结构限制，应用范围较广；同时，各阻尼层自身和各阻尼层间均能发挥阻尼作用，因此阻尼性能较好。

Description

多层约束阻尼涂层结构及其制备方法和用途以及汽车板和 车辆
技术领域
本公开涉及阻尼材料技术领域，特别涉及一种多层约束阻尼涂层结构及其制备方法和用途以及汽车板和车辆。
背景技术
汽车在启动状态下，车身结构振动会产生振动噪声，振动噪声是影响汽车乘坐舒适性的重要因素。应用阻尼材料，可以有效控制车身结构振动，从而减少振动噪声的产生。
阻尼材料可将固体机械振动能转化为热能消耗掉，从而有效控制结构振动和噪声。目前的阻尼材料主要包括沥青阻尼材料、橡胶阻尼材料和水性阻尼材料等。
然而，沥青阻尼材料和橡胶阻尼材料主要以片材形式应用，对基材的异形结构(例如曲面结构)赋型性较差，应用范围受限；水性阻尼材料的阻尼性能较差。
发明内容
本公开的目的是提供一种多层约束阻尼涂层结构及其制备方法和用途，该涂层结构应用范围较广，且阻尼性能较好。
为了实现上述目的，本公开提供一种多层约束阻尼涂层结构，该涂层结构包括设于基材上的第一阻尼层，以及依次覆盖在所述第一阻尼层上的第二阻尼层和第三阻尼层；其中，
所述第一阻尼层由含有短纤维的水性丙烯酸树脂固化而成；所述第二阻尼层由水性丙烯酸树脂固化而成；所述第三阻尼层由含有长纤维的水性丙烯酸树脂固化而成。
可选地，所述第一阻尼层中，相对于100重量份的所述水性丙烯酸树脂，所述短纤维的含量为3～13重量份；
所述第三阻尼层中，相对于100重量份的所述水性丙烯酸树脂，所述长纤维的含量为18～45重量份。
可选地，所述短纤维包括气相生长纳米碳纤维，所述短纤维的长度为0.01～0.02mm，长径比为70～150；所述长纤维包括芳纶、聚酯纤维、聚丙烯纤维和玻璃纤维中的至少一种，所述长纤维的长度为3～8mm。
可选地，所述第一阻尼层的厚度为0.2～0.5mm，所述第二阻尼层的厚度为1.3～2mm，所述第三阻尼层的厚度为0.5～1mm；
优选地，所述第一阻尼层的厚度为0.2～0.3mm，所述第二阻尼层的厚度为1.8～2mm，所述第三阻尼层的厚度为0.7～0.9mm。
可选地，所述水性丙烯酸树脂含有30～45重量份的丙烯酸乳液、10～20重量份的水、0.5～2重量份的成膜助剂、0.3～1重量份的消泡剂、0.3～1重量份的分散剂、2～8重量份的阻燃剂、16～30重量份的填料和0.6～2重量份的增稠剂。
可选地，所述丙烯酸乳液包括具有核壳结构的IPN互穿网络水性乳液；所述成膜助剂包括十二碳醇酯、乙二醇丁酯和丙二醇苯醚中的至少一种；所述消泡剂包括非离子型聚硅氧烷消泡剂和/或矿物油消泡剂；所述分散剂包括聚羧酸钠盐和/或丙烯酸酯类共聚物铵盐；所述阻燃剂包括氢氧化铝、磷酸铝、硼酸锌和氢氧化镁中的至少一种；所述填料包括云母粉和/或滑石粉；所述增稠剂包括无机增稠剂和有机增稠剂，其中，所述无机增稠剂包括膨胀土和/或蒙脱石，所述有机增稠剂包括丙烯酸和/或聚氨酯缔合型增稠剂。
本公开还提供一种制备上述任意一项所述的多层约束阻尼涂层结构的方法，该方法包括如下步骤：
S1.将水性丙烯酸树脂与短纤维混合，得到第一混合料；
S2.将水性丙烯酸树脂与长纤维混合，得到第二混合料；
S3.将所述第一混合料、水性丙烯酸树脂和第二混合料依次喷涂和/或涂覆在基材上，得到多层约束阻尼涂层结构。
本公开还提供上述任意一项所述的多层约束阻尼涂层结构在减振降噪中的应用。
本公开还提供一种汽车板，该汽车板上设有上述任意一项所述的多层约束阻尼涂层结构。
本公开还提供一种车辆，该车辆包括上述的汽车板。
通过上述技术方案，本公开提供的多层约束阻尼涂层结构，各阻尼层均为水性阻尼涂层，不受基材的异形结构限制，应用范围较广；同时，各阻尼层自身和各阻尼层间均能发挥阻尼作用，因此阻尼性能较好。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是本公开实施例提供的多层约束阻尼涂层结构的结构示意图。
附图标记说明
1 基材 2 第一阻尼层
3 第二阻尼层 4 第三阻尼层
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
本公开提供了一种多层约束阻尼涂层结构，该涂层结构包括设于基材上的第一阻尼层，以及依次覆盖在所述第一阻尼层上的第二阻尼层和第三阻尼层；其中，
所述第一阻尼层由含有短纤维的水性丙烯酸树脂固化而成；所述第二阻尼层由水性丙烯酸树脂固化而成；所述第三阻尼层由含有长纤维的水性丙烯酸树脂固化而成。
上述技术方案中，水性丙烯酸树脂为水性阻尼材料，因此各阻尼涂层均为水性阻尼涂层，可通过喷涂或涂覆的方式应用于基材上，因此其应用不受基材的异形结构(例如曲面结构)限制，应用范围较广；同时，各阻尼层自身和各阻尼层间均能发挥阻尼作用，因此阻尼性能较好。
本公开的多层约束阻尼涂层结构含有的水性阻尼涂层，质量较轻，成本较低。
根据本公开，短纤维可以改善第一阻尼层的附着性，使本公开的多层约束阻尼涂层结构容易附着在基材上，提高基材与多层约束阻尼涂层结构的振动传递效果。第一阻尼层中水性丙烯酸树脂和短纤维的相对含量可以在较大范围内变化。例如，在本公开的第一阻尼层中，相对于100重量份的所述水性丙烯酸树脂，所述短纤维的含量可以为3～13重量份。优选地，相对于100重量份的所述水性丙烯酸树脂，所述短纤维的含量可以为5～9重量份。在上述优选范围内，第一阻尼层的附着性更好，多层约束阻尼涂层结构更容易附着在基材上，基材的振动效应能更好地传递到多层约束阻尼涂层结构中。
根据本公开，长纤维能在第三阻尼层中形成约束层，与基材、第一阻尼层和第二阻尼层形成夹层结构，基材振动时，夹层之间发挥阻尼作用。第三阻尼层中水性丙烯酸树脂和长纤维的相对含量可以在较大范围内变化。例如，在本公开的第三阻尼层中，相对于100重量份的所述水性丙烯酸树脂，所述长纤维的含量可以为18～45重量份。优选地，相对于100重量份的所述水性丙烯酸树脂，所述长纤维的含量可以为30～40重量份。在上述优选范围内，长纤维在第三阻尼层中形成的约束层的模量更高。
根据本公开，所述短纤维的种类可以在较宽的范围内选择。例如，所述短纤维可以包括气相生长纳米碳纤维。
根据本公开，所述短纤维的长度和长径比可以在较大的范围内变化，例如，所述短纤维的长度可以为0.01～0.02mm，长径比可以为70～150，优选地，所述短纤维的长度可以为0.014～0.018mm，长径比可以为110～130。在上述优选范围内，第一阻尼层的附着性更好，阻尼性能更好。
根据本公开，所述长纤维的种类可以在较宽的范围内选择。例如，所述长纤维可以包括芳纶、聚酯纤维、聚丙烯纤维和玻璃纤维中的至少一种。
根据本公开，所述长纤维的长度可以在较大的范围内变化，例如，所述长纤维的长度可以为3～8mm，优选地，所述长纤维的长度可以为4～6mm。在上述优选范围内，长纤维在第三阻尼层中形成的约束层的模量更高，而且第三阻尼层的阻尼性能更好。
根据本公开，所述多层约束阻尼涂层结构中的所述第一阻尼层、第二阻尼层和第三阻尼层的厚度可以在较大范围内变化。例如，在本公开的多层约束阻尼涂层结构中，所述第一阻尼层的厚度可以为0.2～0.5mm，所述第二阻尼层的厚度可以为1.3～2mm，所述第三阻尼层的厚度可以为0.5～1mm；
优选地，在本公开的多层约束阻尼涂层结构中，所述第一阻尼层的厚度可以为0.2～0.3mm，所述第二阻尼层的厚度可以为1.8～2mm，所述第三阻尼层的厚度可以为0.7～0.9mm。在上述优选范围内，本公开提供的多层约束阻尼涂层结构的阻尼性能更好。
根据本公开，具有减振和/或降噪作用的水性丙烯酸树脂均可用于本公开。
根据本公开，组成所述水性丙烯酸树脂的原辅料成分和相对含量可以在较大范围内变化。例如，所述水性丙烯酸树脂可以含有30～45重量份的丙烯酸乳液、10～20重量份的水、0.5～2重量份的成膜助剂、0.3～1重量份的消泡剂、0.3～1重量份的分散剂、2～8重量份的阻燃剂、16～30重量份的填料和0.6～2重量份的增稠剂。
优选地，所述水性丙烯酸树脂可以含有35～40重量份的丙烯酸乳液、15～18重量份的水、1～1.5重量份的成膜助剂、0.5～0.7重量份的消泡剂、0.7～0.9重量份的分散剂、3～6重量份的阻燃剂、20～25重量份的填料和1～1.5重量份的增稠剂。在上述优选范围内，所述水性丙烯酸树脂的阻尼性能更好。
根据本公开，组成所述水性丙烯酸树脂的各原辅料成分的种类可以在较宽范围内选择。例如，所述丙烯酸乳液可以包括具有核壳结构的IPN互穿网络水性乳液；所述成膜助剂可以包括十二碳醇酯、乙二醇丁酯和丙二醇苯醚中的至少一种；所述消泡剂可以包括非离子型聚硅氧烷消泡剂和/或矿物油消泡剂；所述分散剂可以包括聚羧酸钠盐和/或丙烯酸酯类共聚物铵盐；所述阻燃剂可以包括氢氧化铝、磷酸铝、硼酸锌和氢氧化镁中的至少一种；所述填料可以包括云母粉和/或滑石粉；所述增稠剂可以包括无机增稠剂和有机增稠剂，其中，所述无机增稠剂可以包括膨胀土和/或蒙脱石，所述有机增稠剂可以包括丙烯酸和/或聚氨酯缔合型增稠剂。
优选地，所述填料可以为云母粉和滑石粉的组合物，其中，云母粉和滑石粉的重量比为1:1；所述增稠剂可以为无机增稠剂和有机增稠剂的组合物，其中无机增稠剂和有机增稠剂的重量比为1:1。在上述优选情况下，水性丙烯酸树脂的阻尼性能更好。
本公开的第二方面提供了一种制备上述任意一项所述的多层约束阻尼涂层结构的方法，该方法包括如下步骤：
S1.将水性丙烯酸树脂与短纤维混合，得到第一混合料；
S2.将水性丙烯酸树脂与长纤维混合，得到第二混合料；
S3.将所述第一混合料、水性丙烯酸树脂和第二混合料依次喷涂和/或涂覆在基材上，得到多层约束阻尼涂层结构。
本公开的方法过程相对简单且容易控制。
本公开的第三方面提供了上述任意一项所述的多层约束阻尼涂层结构在减振降噪中的应用。本公开提供的多层约束阻尼涂层结构减振降噪效果较好，为工业生产中的减振降噪处理提供了新的途径，在工业生产上具有广泛的应用前景。
本公开的第四方面提供了一种汽车板，该汽车板上设有上述任意一项所述的多层约束阻尼涂层结构。设有上述多层约束阻尼涂层结构的汽车板，振动噪声较小，而且质量较轻，成本较低。
本公开的第五方面提供了一种车辆，该车辆包括上述的汽车板。该车辆质量较轻，成本较低，NVH性能较好，具有用户体验良好的优势。
下面通过实施例来进一步说明本公开，但是本公开并不因此而受到任何限制。
本公开实施例中所使用的材料、试剂、仪器和设备，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
将丙烯酸乳液、水、成膜助剂(丙二醇苯醚)、消泡剂(矿物油消泡剂)、分散剂(聚羧酸钠盐)和阻燃剂(氢氧化铝)混合，于500rpm转速下充分搅拌混匀，然后加入填料(云母粉和滑石粉的组合物，重量比为1:1)并于1200rpm转速下充分搅拌均匀，最后加入增稠剂(膨胀土和丙烯酸类增稠剂的组合物，重量比为1:1)，并于1200rpm转速下充分搅拌均匀，得到水性丙烯酸树脂；将短纤维(气相生长纳米碳纤维，长度为0.018mm，长径比为120)与上述水性丙烯酸树脂混匀，得到第一混合料；将长纤维(聚丙烯纤维，长度为5mm)与上述水性丙烯酸树脂混匀，得到第二混合料；将上述第一混合料喷涂和/或涂覆在基材上，得到第一阻尼层，然后，将上述水性丙烯酸树脂喷涂和/或涂覆在上述第一阻尼层能上，得到第二阻尼层，最后，将上述第二混合料喷涂和/或涂覆在上述第二阻尼层上，得到第三阻尼层，得到本实施例的多层约束阻尼涂层结构，如图1所示。
本实施例中，制备上述水性丙烯酸树脂时，相对于35重量份的丙烯酸乳液，水的用量为15重量份，成膜助剂的用量为1.5重量份，消泡剂的用量为0.7重量份，分散剂的用量为0.7重量份，阻燃剂的用量为5重量份，填料的用量为20重量份，增稠剂的用量为1重量份。
本实施例中，制备上述第一混合料时，相对于100重量份的上述水性丙烯酸树脂，短纤维的相对用量为8重量份。
本实施例中，制备上述第二混合料时，相对于100重量份的上述水性丙烯酸树脂，长纤维的相对用量为35重量份。
本实施例的多层约束阻尼涂层结构，包括设于基材上的第一阻尼层，以及依次覆盖在所述第一阻尼层上的第二阻尼层和第三阻尼层，按照标准《GB/T 18258阻尼材料阻尼性能测试方法》，测得第一阻尼层的厚度为0.3mm，第二阻尼层的厚度为2mm，第三阻尼层的厚度为0.9mm。
实施例2
按照实施例1的方法制备多层约束阻尼涂层结构，所不同的是：制备第一混合料时，相对于100重量份的上述水性丙烯酸树脂，短纤维(气相生长纳米碳纤维，长度为0.01mm，长径比为70)的相对用量为13重量份。
实施例3
按照实施例1的方法制备多层约束阻尼涂层结构，所不同的是：制备第一混合料时，相对于100重量份的上述水性丙烯酸树脂，短纤维(气相生长纳米碳纤维，长度为0.02mm，长径比为150)的相对用量为3重量份。
实施例4
按照实施例1的方法制备多层约束阻尼涂层结构，所不同的是：制备第一混合料时，相对于100重量份的上述水性丙烯酸树脂，短纤维(气相生长纳米碳纤维，长度为0.014mm，长径比为130)的相对用量为5重量份。
实施例5
按照实施例1的方法制备多层约束阻尼涂层结构，所不同的是：制备第一混合料时，相对于100重量份的上述水性丙烯酸树脂，短纤维(气相生长纳米碳纤维，长度为0.016mm，长径比为110)的相对用量为9重量份。
实施例6
按照实施例1的方法制备多层约束阻尼涂层结构，所不同的是：制备第二混合料时，相对于100重量份的上述水性丙烯酸树脂，长纤维(芳纶，长度为8mm)的相对用量为18重量份。
实施例7
按照实施例1的方法制备多层约束阻尼涂层结构，所不同的是：制备第二混合料时，相对于100重量份的上述水性丙烯酸树脂，长纤维(聚酯纤维，长度为3mm)的相对用量为45重量份。
实施例8
按照实施例1的方法制备多层约束阻尼涂层结构，所不同的是：制备第二混合料时，相对于100重量份的上述水性丙烯酸树脂，长纤维(聚丙烯，长度为6mm)的相对用量为30重量份。
实施例9
按照实施例1的方法制备多层约束阻尼涂层结构，所不同的是：制备第二混合料时，相对于100重量份的上述水性丙烯酸树脂，长纤维(，长度为4mm)的相对用量为40重量份。
实施例10
按照实施例1的方法制备多层约束阻尼涂层结构，所不同的是：测得第一阻尼层的厚度为0.2mm，第二阻尼层的厚度为1.3mm，第三阻尼层的厚度为0.5mm。
实施例11
按照实施例1的方法制备多层约束阻尼涂层结构，所不同的是：测得第一阻尼层的厚度为0.5mm，第二阻尼层的厚度为2mm，第三阻尼层的厚度为1mm。
实施例12
按照实施例1的方法制备多层约束阻尼涂层结构，所不同的是：测得第一阻尼层的厚度为0.3mm，第二阻尼层的厚度为1.8mm，第三阻尼层的厚度为0.7mm。
实施例13
按照实施例1的方法制备多层约束阻尼涂层结构，所不同的是：测得第一阻尼层的厚度为0.25mm，第二阻尼层的厚度为1.9mm，第三阻尼层的厚度为0.9mm。
实施例14
按照实施例1的方法制备多层约束阻尼涂层结构，所不同的是：制备水性丙烯酸树脂时，相对于30重量份的丙烯酸乳液，水的用量为10重量份，成膜助剂(十二碳醇酯)的用量为0.5重量份，消泡剂(非离子型聚硅氧烷消泡剂)的用量为0.3重量份，分散剂(丙烯酸酯类共聚物铵盐)的用量为0.3重量份，阻燃剂(磷酸铝)的用量为2重量份，填料(云母)的用量为16重量份，增稠剂(蒙脱石)的用量为0.6重量份。
实施例15
按照实施例1的方法制备多层约束阻尼涂层结构，所不同的是：制备水性丙烯酸树脂时，相对于45重量份的丙烯酸乳液，水的用量为20重量份，成膜助剂(乙二醇丁醚)的用量为2重量份，消泡剂(矿物油消泡剂)的用量为1重量份，分散剂(聚羧酸钠盐)的用量为1重量份，阻燃剂(硼酸锌)的用量为8重量份，填料(滑石粉)的用量为30重量份，增稠剂(聚氨酯缔合型增稠剂)的用量为2重量份。
对比例1
按照实施例1的方法制备多层约束阻尼涂层结构，所不同的是：仅制备水性丙烯酸树脂，并分三次喷涂在基材上。
测试例
按照标准《GB/T 18258阻尼材料阻尼性能测试方法》，在20℃下，测定实施例1～15和对比例1制备的多层约束阻尼涂层结构的阻尼损耗因子，各测定3次。测定结果见表1。
表1各多层约束阻尼涂层结构的阻尼损耗因子测定结果
从上表可以看出，本公开提供的多层约束阻尼涂层结构的阻尼性能较好。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种多层约束阻尼涂层结构，其特征在于，该涂层结构包括设于基材上的第一阻尼层，以及依次覆盖在所述第一阻尼层上的第二阻尼层和第三阻尼层；其中，
所述第一阻尼层由含有短纤维的水性丙烯酸树脂固化而成；所述第二阻尼层由水性丙烯酸树脂固化而成；所述第三阻尼层由含有长纤维的水性丙烯酸树脂固化而成。
2.根据权利要求1所述的多层阻尼约束涂层结构，其特征在于，所述第一阻尼层中，相对于100重量份的所述水性丙烯酸树脂，所述短纤维的含量为3～13重量份；
所述第三阻尼层中，相对于100重量份的所述水性丙烯酸树脂，所述长纤维的含量为18～45重量份。
3.根据权利要求1所述的多层阻尼约束涂层结构，其特征在于，所述短纤维包括气相生长纳米碳纤维，所述短纤维的长度为0.01～0.02mm，长径比为70～150；所述长纤维包括芳纶、聚酯纤维、聚丙烯纤维和玻璃纤维中的至少一种，所述长纤维的长度为3～8mm。
4.根据权利要求1所述的多层约束阻尼涂层结构，其特征在于，所述第一阻尼层的厚度为0.2～0.5mm，所述第二阻尼层的厚度为1.3～2mm，所述第三阻尼层的厚度为0.5～1mm；
优选地，所述第一阻尼层的厚度为0.2～0.3mm，所述第二阻尼层的厚度为1.8～2mm，所述第三阻尼层的厚度为0.7～0.9mm。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的多层约束阻尼涂层结构，其特征在于，所述水性丙烯酸树脂含有30～45重量份的丙烯酸乳液、10～20重量份的水、0.5～2重量份的成膜助剂、0.3～1重量份的消泡剂、0.3～1重量份的分散剂、2～8重量份的阻燃剂、16～30重量份的填料和0.6～2重量份的增稠剂。
6.根据权利要求5所述的多层约束阻尼涂层结构，其特征在于，所述丙烯酸乳液包括具有核壳结构的IPN互穿网络水性乳液；所述成膜助剂包括十二碳醇酯、乙二醇丁酯和丙二醇苯醚中的至少一种；所述消泡剂包括非离子型聚硅氧烷消泡剂和/或矿物油消泡剂；所述分散剂包括聚羧酸钠盐和/或丙烯酸酯类共聚物铵盐；所述阻燃剂包括氢氧化铝、磷酸铝、硼酸锌和氢氧化镁中的至少一种；所述填料包括云母粉和/或滑石粉；所述增稠剂包括无机增稠剂和有机增稠剂，其中，所述无机增稠剂包括膨胀土和/或蒙脱石，所述有机增稠剂包括丙烯酸和/或聚氨酯缔合型增稠剂。
7.一种制备权利要求1～6中任意一项所述的多层约束阻尼涂层结构的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1.将水性丙烯酸树脂与短纤维混合，得到第一混合料；
S2.将水性丙烯酸树脂与长纤维混合，得到第二混合料；
S3.将所述第一混合料、水性丙烯酸树脂和第二混合料依次喷涂和/或涂覆在基材上，得到多层约束阻尼涂层结构。
8.权利要求1～6中任意一项所述的多层约束阻尼涂层结构在减振降噪中的应用。
9.一种汽车板，其特征在于，该汽车板上设有权利要求1～6中任意一项所述的多层约束阻尼涂层结构。
10.一种车辆，其特征在于，该车辆包括权利要求9所述的汽车板。
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