CN110499001A - 一种压电环氧阻尼材料的制备方法及压电环氧阻尼材料 - Google Patents

一种压电环氧阻尼材料的制备方法及压电环氧阻尼材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种压电环氧阻尼材料的制备方法及压电环氧阻尼材料。方法包括：(1)首先使用多巴胺溶液对压电陶瓷颗粒的表面进行沉积，再加入银氨络合物溶液进行沉积，水浴40‑50℃，加热1‑4h，将银单质负载在压电陶瓷的表面上；(2)首先环氧树脂进行柔性改性，加入包覆好的压电陶瓷、固化剂进行固化得到所述压电环氧阻尼材料。本发明通过将银单质负载于压电陶瓷上面，通过构建内导电回路的导电网络，达到良好的压电阻尼效果。

Description

一种压电环氧阻尼材料的制备方法及压电环氧阻尼材料
技术领域
本发明涉及阻尼材料技术领域，进一步地说，是涉及一种压电环氧阻尼材料的制备方法及压电环氧阻尼材料。
背景技术
压电阻尼复合材料，作为阻尼材料中智能阻尼的一种，通过在高分子基树脂中添加压电陶瓷，在维持基体材料原有的阻尼性能和力学性能的前提上，根据基体树脂的高粘弹性、高分子链与填料的摩擦以及压电阻尼效果达到优良的阻尼效应。其在船舶舰艇、航空航天、交通运输和石油大型管道等许多需要减振降噪的领域都有广泛应用。
现有的压电阻尼技术，通常使用0-3型压电阻尼材料，采用给聚合物进行参杂，添加导电相构建外导通回路，以此达到压电阻尼效果，但填料的增多导致在基体树脂中分散不均匀而减弱了压电阻尼效果，并且外导通回路不能确保每一个压电陶瓷颗粒都能够形成一个完整的回路，不能有效的发挥压电阻尼的效果。
发明内容
由于先有的0-3型阻尼材料是通过参杂导电相来达到构建外导通回路，但填料的增多导致在基体树脂中分散不均匀而减弱了压电阻尼效果，并且外导通回路不能确保每一个压电陶瓷颗粒都能够形成一个完整的回路，不能有效的发挥压电阻尼的效果。本发明提供了一种压电环氧阻尼材料的制备方法及压电环氧阻尼材料。通过将银单质负载于压电陶瓷上面，通过构建内导电回路的导电网络，达到良好的压电阻尼效果。
本发明的目的之一是提供一种压电环氧阻尼材料的制备方法。
包括：
(1)银包覆在压电陶瓷上
首先使用多巴胺溶液对压电陶瓷颗粒的表面进行沉积，再加入银氨络合物溶液进行沉积，水浴40-50℃，加热1-4h，将银单质负载在压电陶瓷的表面上；
(2)将银包覆的压电陶瓷加入到柔性改性后的环氧树脂中
首先环氧树脂进行柔性改性，加入包覆好的压电陶瓷、固化剂进行固化得到所述压电环氧阻尼材料。
其中，优选：
步骤(1)，
对压电陶瓷颗粒粒径在0.3-3μm；
银氨络合物溶液的浓度0.08-0.15mol/L；
多巴胺溶液的浓度范围为2g/L-8g/L。
多巴胺与压电陶瓷的质量比为(2-20)：1；优选为(5～15)：1；
银氨络合物与压电陶瓷颗粒的质量比为(5-20)：1，优选为(5～15)：1；。
步骤(2)，各组分以重量份数计：
柔性改性环氧树脂 100重量份；
银包覆的压电陶瓷 10-30重量份，优选15-25重量份；
固化剂 20-30重量份，优选24-27重量份。
固化剂为聚醚胺型固化剂，如：D230、A403、D400。
本发明中还可以根据实际情况添加其他有机助剂，如：消泡剂、分散剂等；其用量也为常规用量，技术人员可以根据实际情况添加。
所述柔性改性环氧树脂可采用现有技术中常规的柔性改性环氧树脂，柔性长链如：聚丙二醇二缩水甘油醚，聚乙二醇二缩水甘油醚等，改性方法也为常规方法。
本发明中可以优选：双酚A型环氧与聚丙二醇二缩水甘油醚的质量份比为：7：3。工艺条件为80摄氏度下搅拌0.5h。
步骤(2)，固化过程为：预固化80-85℃，2-2.5h；然后120-130℃，不低于3.5h至完全固化。
本发明的目的之二是提供一种由所述方法制备的压电环氧阻尼材料。
本发明具体可采用以下技术方案：
(1)通过化学镀的方法将银包覆在压电陶瓷(铌镁锆酸铅-钛酸铅)上：首先使用多巴胺对压电陶瓷的表面进行沉积，沉积后通过配制银氨络合物溶液，然后进行沉积后经过原位还原，将银单质负载在压电陶瓷的表面上，主要是为了将银包覆在压电陶瓷上面，以构建内导电回路的压电导电回路。
(2)通过将包覆好的压电陶瓷加入到柔性改性后的环氧树脂中：首先通过双酚A型环氧树脂进行柔性改性，通过加入一定量的含有柔性长链的聚丙二醇二缩甘油醚，然后通过将包覆好的压电陶瓷加入到基体树脂中，并通过有机助剂的加入使得压电陶瓷在改性后环氧树脂中分布均匀，再加入聚醚胺型固化剂进行固化，得到最终产品。
本申请制备的压电阻尼复合材料，处于玻璃态时候损耗因子数值明显提高，在保证力学性能的同时，具有优异的阻尼效果。
附图说明
图1实施例1未镀银压电陶瓷的扫描电镜图；
图2实施例1经镀银后压电陶瓷的扫描电镜图；
图3实施例1的压电复合材料与基体树脂的动态力学热分析图；
图4实施例2未镀银压电陶瓷的扫描电镜图；
图5实施例2经镀银后压电陶瓷的扫描电镜图；
图6实施例2的压电复合材料与基体树脂的动态力学热分析图。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。
本文通过使用Ag包覆在PMN-PT上，以达到构建内回路的目的，对于PMN-PT的表面包覆，使用银镜反应，将银化学镀在PMN-PT的表面上，首先使用多巴胺对压电陶瓷的表面进行沉积，沉积后通过配制银氨络合物溶液，然后进行沉积后经过原位还原，将银单质负载在压电陶瓷的表面上。我们对其表面进行扫描电镜观察。
实施例1：
(1)使用2.8L多巴胺溶液(浓度为8g/L)对粒径为3μm的压电陶瓷粉末(1.5g)进行表面修饰处理，然后加入1.0L的银氨络合物溶液(浓度为0.15mol/L)，银氨络合物与压电陶瓷颗粒的质量比为15:1；通过在水浴50℃下，加热4h将银离子还原成银单质并负载在压电陶瓷上。镀银前后的电镜图如图1和图2所示；从图中可以发现包覆上银单质后，压电陶瓷的表面不再光滑，压电陶瓷上都负载着银单质，有利于构建导电内回路；
(2)采用柔性改性环氧树脂(聚丙二醇二缩水甘油醚厂家：麦克林试剂公司环氧值：0.29密度1.14g/mL)5g，在搅拌过程中加入上述镀银后的压电陶瓷1.5g，搅拌工艺为50℃/0.5h，然后降至室温后加入固化剂，固化剂采用聚醚胺型固化剂(牌号为D230)1.35g,在室温搅拌0.5h后分别滴加0.005g消泡剂与分散剂(使用德国毕克有机助剂，牌号为：BYK-052N、BYK-9076)的制备出压电环氧阻尼材料。固化工艺为：预固化80℃/2.5h，120℃/4h。
测试条件：样条宽5.95mm,厚1.21mm，长为14.01mm模式为薄膜拉伸，升温速率为3℃/min。美国TA仪器公司动态热机械分析仪型号DMA Q800。
从图3中可以看出当树脂处于玻璃态时候损耗因子从0.023提升至0.086，提升至基体树脂的3.74倍。这是因为构建了导电内回路后，压电阻尼材料在树脂处于低温状态也能够有效的将外界震动能转变成内能消耗掉。
德国毕克有机助剂，牌号为：消泡剂BYK-052N、分散剂BYK-9076
BYK-052N:化学组成：破泡聚合物溶液，不含有机硅；
BYK-9076：化学组成：高分子量共聚物的烷基铵盐。
实施例2：
(1)使用2.5L多巴胺溶液(浓度为2g/L)对粒径为0.35μm的压电陶瓷粉末(1g)进行表面修饰处理，然后加入0.4L的银氨络合物溶液(浓度为0.08mol/L)，银氨络合物与压电陶瓷颗粒的质量比为5:1；通过在水浴40℃下，加热1h将银离子还原成银单质并负载在压电陶瓷上。电镜图如图4，图5所示，从图中可得知，银单质能够成功负载在压电陶瓷表面。
(2)采用柔性改性环氧树脂(聚丙二醇二缩水甘油醚厂家：麦克林试剂公司环氧值：0.29密度1.14g/mL)5g，在搅拌过程中加入上述镀银后的压电陶瓷0.5g，搅拌工艺为50℃/0.5h，然后降至室温后加入固化剂，固化剂采用聚醚胺型固化剂(牌号为D230)1.2g,在室温搅拌0.5h后分别滴加0.005g消泡剂与分散剂(使用德国毕克有机助剂，牌号为：BYK-052N、BYK-9076)的制备出压电环氧阻尼材料。固化工艺：预固化85℃/2h，130℃/3.5h。
测试条件：样条宽5.95mm,厚1.21mm，长为14.01mm模式为薄膜拉伸，升温速率为3℃/min。美国TA仪器公司动态热机械分析仪型号DMA Q800；
从图6中可以看出当树脂处于玻璃态时候损耗因子从0.023提升至0.084，提升至原来基体树脂的3.65倍。进一步验证了压电阻尼效应可以提升树脂在低温下的阻尼性能，构建了导电内回路后，压电阻尼材料在树脂处于低温状态也能够有效的将外界震动能转变成内能消耗掉。

Claims (9)

1.一种压电环氧阻尼材料的制备方法，其特征在于所述方法包括：
(1)银包覆在压电陶瓷上
首先使用多巴胺溶液对压电陶瓷颗粒的表面进行沉积，再加入银氨络合物溶液进行沉积，水浴40-50℃，加热1-4h，将银单质负载在压电陶瓷的表面上；
(2)将银包覆的压电陶瓷加入到柔性改性后的环氧树脂中
首先环氧树脂进行柔性改性，加入包覆好的压电陶瓷、固化剂进行固化得到所述压电环氧阻尼材料。
2.如权利要求1所述的压电环氧阻尼材料的制备方法，其特征在于：
步骤(1)，
对压电陶瓷颗粒粒径在0.3-3μm；
银氨络合物溶液的浓度0.08-0.15mol/L；
多巴胺溶液的浓度范围为2g/L-8g/L。
3.如权利要求2所述的压电环氧阻尼材料的制备方法，其特征在于：
多巴胺与压电陶瓷的质量比为(2-20)：1；
银氨络合物与压电陶瓷颗粒的质量比为(5-20)：1。
4.如权利要求3所述的压电环氧阻尼材料的制备方法，其特征在于：
多巴胺与压电陶瓷的质量比为(5-15)：1；
银氨络合物与压电陶瓷颗粒的质量比为(5-15)：1。
5.如权利要求1所述的压电环氧阻尼材料的制备方法，其特征在于：
步骤(2)，各组分以重量份数计：
柔性改性环氧树脂 100重量份；
银包覆的压电陶瓷 10-30重量份；
固化剂 20-30重量份。
6.如权利要求5所述的压电环氧阻尼材料的制备方法，其特征在于：
柔性改性环氧树脂 100重量份；
银包覆的压电陶瓷 20-30重量份；
固化剂 24-27重量份。
7.如权利要求5所述的压电环氧阻尼材料的制备方法，其特征在于：
固化剂为聚醚胺型固化剂。
8.如权利要求1所述的压电环氧阻尼材料的制备方法，其特征在于：
步骤(2)，固化过程为：预固化80-85℃，2-2.5h；然后120-130℃，不低于3.5h至完全固化。
9.一种由权利要求1～8之一所述方法制备的压电环氧阻尼材料。
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