CN1266447A - 减振复合材料 - Google Patents

Abstract

一种新颖的复合减振材料,该材料具有极强地减少机械振动的性能。该加强的减振性能是通过将高粘滞性减振流体裹夹在多孔材料空穴(如膨胀聚合物、毛毡、泡沫材料、织物、金属等)中而获得的。将流体裹夹在多孔骨架中可防止流动,而提供一稳定的复合材料,该复合材料可加工成有用的物品。这一结构可便于利用流体的高减振性能,这些流体在纯质状态下则太象流体而不适合于实际应用(实际情况是一般要求一种固体的稳定材料)。具有达到某些流体的减振性能的这种复合材料组合成一固体形式而具有稳定性,并且可用于多种需要减少机械系统的振动的应用情况下。这些应用场合包括(但不仅限于)减少使飞机、汽车、航天器、加工工具、运动器械、磁盘驱动部件和装置、如电子/电器部件、变压器、电缆等发出噪音或性能降低的振动。另外,这些复合材料可用于改变或调谐多种系统的力学响应以产生所需的冲击或振动响应。

Description

发明名称 减振复合材料

发明领域

本发明涉及由两种材料组成的振动减振制品，1)提供机械稳定性的多孔骨架，和2)对冷液流性能不稳定但具有高粘滞损失特性的材料。

发明背景

在正常干扰就可能引发不必要谐振的许多机械系统中，通常需要减振。例如，除非适当减振，否则在崎岖道路上行驶的汽车悬架系统会发生大幅度的不必要振动。典型的悬架系统由连接在底盘和车轴之间的大弹簧组成，在遇到颠簸时它可具有顺从性。这使得底盘质量响应于冲击的加速缓慢。使用可产生与弹簧压缩或伸长速度相反的力的减震器可提供适当的减振效果并抑制振动。

汽车悬架系统的谐振频率和尺寸会影响减震器的结构，即这些吸振材料通常具有相当复杂的机械构造(含有流体、动态密封等)。但是许多系统都较适于采用本质上可对振动具有减振作用的材料。尤其当发生小振幅和/或高频的振动时，需要将具有良好减振性能的材料直接安装在振动部件上。

用于减振的材料应当响应于变形具有大的粘滞损失。这些粘滞损失通常用动态杨氏模量或动态剪切模量定量表示。不论何种情况，从定义上来说动态储能模量与响应于一正弦应力而产生的应变振幅成正比(根据是需要切剪还是需要杨氏模量，此时的应变可以是剪切或拉伸应变)。类似的，从定义上来说损失模量与响应于应变正弦应力速率所产生的的应力振幅成正比。在一特定的振动频率下，动态剪切损失模量与动态剪切储能模量之比或者动态杨氏损失模量与动态杨氏储能模量之比通常以tanδ表示。在材料中损失模量的大小定量表示其耐变形的粘滞阻力，而tanδ定量表示此阻力与弹性响应有关的相对数值(McCrum等人所著的Anelastic and Dielectric in PolymericMaterials，John Wiley and Sons 1967)。

尽管减振性能可用拉伸/压缩模量和剪切模量这两种方式来表示，但是这两组模量相互间具有确定的关系。具体地说，动态剪切模量和动态杨氏模量的相互关系由取决于泊松比的关系联系起来，并且该关系还依赖于频率。由于在特定的频率下杨氏模量和剪切模量的关系被限制在相对较窄的范围内，因此两组模量通常以接近单调的方式互动。因此实际上可用动态剪切模量或杨氏模量中的任一种来定量表示减振性能。为清楚起见，在下文所有讨论、分析和描述中均使用动态杨氏模量。另外，将本文以后使用的tanδ被限定为在给定频率下动态杨氏损失模量与动态杨氏储能模量之比，并将所有的动态损失和储能模量通称为杨氏模量。

减振材料必须具有的特殊性能都受到典型用途约束条件的支配。由于减振材料独特的机械性能，使之通常不作为结构材料，而是与较硬的结构元件结合用于一系统中。为此，在某一特定系统中要求使用尽可能少的减振材料，这样可使减振部件的成本、体积或质量最小。在航天、航空或汽车用途(此时重量是重要因素)和在加入减振部件会增加质量而影响系统的响应/性能的场合下(例如减小磁盘驱动器读/写磁头中的振动就需要轻质部件，以便不会不利地影响磁头的动量)，这尤为重要。出于该原因，本发明的目的是提供这样的材料，即相对于系统中其它材料的储能模量，它具有尽可能最高的损失模量。

对动态损失模量与动态储能模量之比tanδ也具有约束。即使具有很大的动态损失模量，极硬的材料也会受到弹性作用的支配而表现得象弹簧那样。因此，在某一特定频率下，即使很大的动态损失模量也不足以确保有优良的减振特性。故还需要动态损失模量与动态储能模量之比尽可能大，才能确保相对于纯粹弹性行为具有足够的损耗。

已采用许多方法使材料性能足以达到减振目的。已开发了特殊配方的交联聚合物，它们可在特殊用途下表现出减振作用。已开发出环氧树脂配方以用于如美国专利5,270,888所揭示的对磁性记录头减振，以及如美国专利4,488,282所揭示的对用于制造高密度信息磁盘的切割刀组件减振。用作减振的丙烯酸共聚物可从市场上购得，它是片状的，并如美国专利3,817,356所揭示的利用挠性的磁性材料夹在钢板中。如美国专利5,434,214所揭示的已开发出硅有机化合物作为叶片减振。另外，如美国专利5,331,062所揭示的，已在声波减振上应用聚氨酯-环氧树脂配方的网状物。已获得这样的交联聚合物配方，即在20℃下、频带为0.1-10⁵Hz时动态损失模量接近10⁹达因/cm²，并且tanδ足以在典型的减振场合下提供合理的性能。另外，这些配方被设计得对冷液流具有足够的阻力，而使之能用于上面概括所述的例子中。

然而减振特性的改善通常是在降低其它所需性能的前提下取得的。具体地说，控制克分子重量、交联度等来提高内部损失，通常会产生不必要的蠕动阻力，因为在这些系统中的内部损失与冷液流都是很相关。所以将已知化合物的减振特性提高至超出某一个值，通常会导致该材料即使仅在重力影响下也不能保持其形状。由于在实际应用中这些特性是很不想要的，因此这严重阻碍了取得符合实用要求的改进减振特性。出于这原因，在上面所述所有现有技术中，在具有良好机械稳定性的制品中可获得的减振性能受到基本的限制。

因此，为推进现有技术的显著进步，需要开发既可产生高减振性能又具有力学稳定性的机理。本发明的目的是提供一种意想不到的材料制造方法，制得的材料具有相当高的减振性能和特殊的抗冷液流性能。如以下说明书中将详细描述的那样，本发明复合材料能获得这种稳定性和减振性能。

在减振复合材料领域中，现有技术的一个例子是Teroson有限公司在美国专利4,374,172中公开的泡沫材料结构，它将减振材料以不同的空间浓度结合在泡沫材料中而在给定系统中修整其减振性能。但是，Teroson未提到存在冷液流的材料的稳定化。事实上，将少量的减振材料粘结在泡沫材料中不能保证机械稳定性或者不能提供所需的高减振性能复合材料。必须认真地选择减振材料，因为例如如果泡沫材料太顺从或不能被充满，其性能则会受到限制。但Terson的专利对这一点未作启示。

其它现有技术涉及将纤维混入减振材料中，或者将这种材料层压在高强度材料层之间。如美国专利4,304,694所揭示的，已将高拉伸强度的纤维混入特殊配方的减振树脂中，以制得具有合理减振特性的、用作高强度挠性梁的材料。另外，如美国专利5,368,916所揭示的，已将减振材料层压在高强度聚合物膜之间，并如美国专利5,487,928所揭示的，已将该减振材料夹在很高强度的纤维加强材料之间，以试图获得较高强度的减振复合材料。

尽管纤维复合材料和层压/夹板结构能改善力学性能稳定的减振材料的拉伸强度，但是这种材料在对复合材料冷液流进行显著的改进方面仍存在很大不足。在基体材料出现蠕变的情况下，复合材料中未连接的纤维发生相对移动是可能的。类似地，将不稳定材料层压在较高强度层之间会使这些层发生相对移动且必然不稳定。因此只要基体材料随时间变化而流动，则这种结构本身就是不稳定的。这种不稳定性对这些复合材料的制约与其作为基体的那些减振材料一样。出于该原因，美国专利4,304,694、5,368,916和5,487,928未对高损失、机械性能不稳定的减振材料的真实稳定化作出启示。因此需要寻找在这些结构的高强度部件之间提供连通性的机制，并且结合一可将不稳定减振材料锁定在结构中的机制。这种技术将具有显著的新颖性，并且可能生产出这样的材料，即在机械性能稳定形式下具有从未取得的减振性能。

对能优化总体减振性能的应用已有减振材料几何形状也作了大量工作(Sun等人所著结构元件的振动减振，Prentice Hall，1995)。众所周知的，通过使用当振动发生时可在减振材料中产生切剪变形的约束层，可显著增强某种减振材料的有效性能。然而，所用减振材料的基本动态损失仍将存在减振限制。例如假定在一固定的约束层几何形状时，只有通过使用具有较大损耗的减振材料才能实现性能的改善。

由于受约束层或其它几何形状增强措施的应用将具有现有减振特点所产生的限制，所以需要具有改进损失模量的材料，并且在某些特殊应用场合下还必需在各种频宽之间具有足够大的tanδ。另外，还需要材料是通用的，以响应于特殊应用场合中所存在谐振而进行修整。最后，在获得所需的减振性能的同时必须不会使其它重要的物理性能恶化到不能接受的程度。

在上述现有技术中，所采用粘弹性减振材料被进行特殊的修整以使之拥有良好的抗冷液流阻力。出于这个原因，减振性能(即减小波动或振动的振幅)由于冷液流有关的机械稳定性的折衷影响目前已受到限制。显然，一种将这些技术扩展到将可使用拥有极高损失性能但又存在固有的不必要冷液流的减振材料的载体将具有极好实用性和价值。

发明概述

本发明涉及复合减振材料，该材料通过将力学不稳定的材料结合在永久地粘结减振材料的多孔结构中而获得稳定性来防止冷液流。本发明还设计了这样一种具有极好减振性能的结构，以实现将粘滞性成分结合在结构中的目的。此原理是新颖的，并且可形成一种机制，可用于生产具有极高损耗特性的新类型减振复合材料。

本发明的一个目的是将对冷液流力学不稳定的高减振性能材料结合到一复合结构中，而该结构相对冷液流是固有地稳定的。高性能减振材料的复合稳定化可用于需要材料在一段时间内具有改进的减振能量、尺寸稳定性和强度的场合下。本发明提供了复合材料，这些材料的总体减振性能比现有由聚合物配方制成的材料在损耗特性和耐冷液流的阻力方面明显地好。本发明还可使不同特性的多种减振材料稳定，如温度稳定度、在不同的频带中有较高的损耗，及为用于特殊场合可修整化学特性。同样地，可采用将填充物、包括(但不仅限于)炭黑、金属粉末或无机粉末结合在当作骨架的材料中或采用粘滞性成分以进一步修整物理特性。另外，采用惊人数量的不同的多孔基体都可实现不同减振材料的稳定化，它们各自在特定的应用场合下都具有独特的实用性(例如除气性、导电率)。包括不同减振成分和多孔基体的经稳定处理的材料也可制造成(但不仅限于)包括薄膜、片材或管材等形状。

本发明的另一个目的是提供机械稳定的减振材料，这些材料适用于可提高性能加强作用的约束层或其它几何形状中。本发明提供的材料(薄膜、片材、管材或其它形式)可以是叠置的、加压粘结的、粘结剂粘结的、超声波焊接的或以其它机械连接方式结合到诸如约束层的结构中以获得最大的减振性能。另外，本发明形成的材料具有足够的机械强度和整体性以在叠层或其它结构中提供良好的性能特性、包括结构整体性，而这些结构需要在具有长期的机械整体性的同时具有减振性能。

这些目的可通过本发明的产品获得，该产品是一包括填充到一多孔聚合物、陶瓷、玻璃或金属基体的空穴中的高动态损耗粘弹性材料的薄膜、片材或管材复合材料。多孔聚合物基体可包括(但不仅限于)一经氟化处理的有机聚合物、如微孔膨胀PTFE或PVDF；诸如聚酰胺的聚合物毡，例如NOMEX或其它合成织物或毛毡；聚酰胺、聚烯烃、聚氨基甲酸乙酯；以及闭合或开口(微孔)单元泡沫材料聚合物，包括(但不仅限于)聚烯烃、例如聚丙烯、PVC或醋酸纤维素。多孔陶瓷可包括(但不仅限于)多孔烧结的二氧化硅、碳化物、矾土等。多孔金属基体可包括(但不仅限于)烧结多孔矾土和不锈钢。

粘弹性成分可由这些材料组成，包括(但不仅限于)聚合树脂、如未固化的环氧树脂，如低聚全氟化碳、低克分子重量氟化碳的氟化碳，聚氨基甲酸乙酯，丙烯酸，硅酮，聚异丁乙烯和石蜡的氟化碳，通过3号试验方法确定，它们的力学下降时间都少于10⁴秒，最佳地，力学下降时间小于500秒。

如2号试验方法和1号分析方法规定，在从0.1赫兹至10⁵赫兹的频率带中的至少一点处，包括在部分极硬基体(多孔金属、陶瓷和玻璃)中的复合材料较佳地具有超过1.0×10⁹达因/厘米²的动态损失模量标准曲线，最佳的在相同频率带中至少一点处动态损失模量标准曲线超过1.5×10⁹达因/厘米²。

如2号试验方法和1号分析方法规定，在从0.1赫兹至10⁵赫兹的频率带中的至少一点处，包括在部分较软基体(多孔聚合物、毛毡等)中的复合材料较佳地具有超过1.0×10⁹达因/厘米²的动态损失模量标准曲线，最佳的在相同频率带中至少一点处tanδ标准曲线超过0.1，且动态损失模量标准曲线超过1.5×10⁹达因/厘米²。

不论是硬的或软的，如4号试验方法中所确定的，这些复合材料各自具有足够的机械稳定性以产生一小于1.0毫米的下降位移，最佳的下降位移小于0.5毫米。

附图简述

图1是其骨架内粘有一种不稳定粘弹性材料的封闭微孔结构的示意图。通过封闭单元穴的相对抗渗性可防止粘弹性材料冷液流。

图2示出在一个开口单元穴多孔结构中裹夹的一微滴的不湿润性流体的示例。注意要使小滴从微孔中出来，就必须使微滴表面被骨架结构的元件刺破。因此，表面张力将小滴裹夹在微孔中。

图3示出了在毛细管中移动的流体微滴前进和后退的接触角。注意，在微滴前进侧的接触角大于后退侧的接触角。这表示需要正压力来克服表面张力，并使微滴以一定速度移动。

图4示出了一种硬盘驱动器的分解图，该驱动器的两个区域中有本发明的减振材料。

图5示出了本发明的减振材料的详细截面图，该减振材料在图30的装置中示出。

图6示出了一种包含本发明减振材料的印刷电路板。

图7示出了采用本发明材料的一种马达系统。

图8示出了采用本发明材料的一种车辆的车身板。

图9示出了一种包含本发明材料的叠层金属结构，这种金属结构可用于托架或托盘等物件中。

图10示出了结合到诸如一飞机的运载器面板上的本发明材料。

图11示出了一种包含本发明材料的网球拍切开图。

图12示出了一种包含本发明材料的钻杆。

图13示出了粘到一钢制垫片上的矩形样品以为系统的动态力学分析作准备。注意，这个系统是实际应用的典型代表，并且是通过确定这个系统中的减振情况构成应用于实际的真实情况的。还请注意，该样品是采用一些对系统响应有影响的粘结剂固定的。

图14示出了一种三点弯曲装置，它用于对贴有减振材料的钢制垫片进行动态力学分析。注意，DMA仪器对简支垫片中心施加了一偏移量，并测量所产生的力响应。

图15示出了一种用于通过动态力学分析真实地确定模量的纤维薄膜夹具。注意，DMA对所考虑的材料施加了直接变形，并测定一纯材料的力响应。经过对样品截面面积做标准化处理来计算模量。

图16示出了一种圆柱形板夹具，它用于对材料圆盘施加固定的应力，以在动态力学分析仪器中进行动力下降测试。注意，将压缩力施加到夹具以产生已知的压缩应力。作为时间函数对所造成的板位移进行测量。

图17是扫描电子显微照片，示出了例1-3中所使用的膨胀PTFE带的微孔结构。注意，节点的复杂结构由原纤维相互连接。还要注意，这些结构的大致尺寸为10μm数量级。

图18提供了在20℃参照温度下所绘出的的时间-温度标准曲线，它是用1号分析法得到，以表明对于结合了钢制垫片的系统的有效动态损失模量，并采用1号试验法测量。图中示出了例1复合材料(由ePTFE和一低克分子重量类型的氟-低聚物构成)的三条样品标准曲线，还示出例1中所描述的市场买得到的丙烯酸共聚物材料的三条样品标准曲线。

图19示出参照温度为20℃的时间-温度标准曲线，用1号分析法得到，以表明对结合了钢制垫片的系统的有效tanδ，用1号试验法测量。图中示出由ePTFE和低克分子重量类型的氟-低聚物构成的复合材料的三条样品标准曲线，和市场买得到的丙烯酸共聚物材料的三条样品标准曲线。

图20示出参照温度为20℃的时间-温度标准曲线，使用1号分析法得到，用于表明纤维薄膜几何形状的动态损失模量，使用2号试验法测量。图中示出由ePTFE和低克分子重量类型的氟-低聚物构成的复合材料的三条样品标准曲线，和市场买得到的丙烯酸共聚物材料的三条样品标准曲线。

图21示出参照温度为20℃的时间-温度标准曲线，使用1号分析法得到，用于表明纤维薄膜几何形状中的tanδ，用2号试验方法测量。图中示出由ePTFE和低克分子重量类型的氟-低聚物构成的复合材料的三条样品标准曲线，和市场买得到的丙烯酸共聚物材料的三条样品标准曲线。

图22在例2中描述，该图示出参照温度为20℃时的时间-温度标准曲线，用1号分析法得到，表明结合了钢制垫片的系统的有效动态损失模量，用1号试验法测量。图中示出由ePTFE和低克分子重量类型的氟-低聚物构成的复合材料的三条样品标准曲线，和市场买得到的丙烯酸共聚物材料的三条样品标准曲线。

图23示出参照温度为20℃的时间-温度标准曲线，用1号分析法获得，表明结合了钢制垫片的系统的有效tanδ，用1号试验法测量。图中示出由ePTFE和低克分子重量类型的氟-低聚物构成的复合材料的三条样品标准曲线，和市场买得到的丙烯酸共聚物材料的三条样品标准曲线。

图24示出参照温度为20℃的时间-温度标准曲线，用1号分析法得到，表明纤维薄膜几何形状中的动态损失模量，使用2号试验法测量。图中示出由ePTFE和低克分子重量类型的氟-低聚物构成的复合材料的三条样品标准曲线，和市场买得到的丙烯酸共聚物材料的三条样品标准曲线。

图25示出参照温度为20℃的时间-温度标准曲线，用1号分析法得到，表明纤维薄膜几何形状中的tanδ，用2号试验法测量。图中示出由ePTFE和低克分子重量类型的氟-低聚物构成的复合材料的三条样品标准曲线，和市场买得到的丙烯酸共聚物材料的三条样品标准曲线。

图26在例3中描述，该图并示出了参照温度20℃时的时间-温度标准曲线，用1号分析法得到，表明了结合钢制垫片的系统的有效动态损失模量，用1号试验法测量。图中示出由ePTFE和一环氧树脂构成的复合材料的三条样品标准曲线，和市场买得到的丙烯酸共聚物材料的三条样品标准曲线。

图27示出参照温度为20℃时的时间-温度标准曲线，用1号分析法得到，表明结合了钢制垫片的系统的有效tanδ，用1号试验法测量。图中示出由ePTFE和环氧树脂构成的复合材料的三条样品标准曲线，和市场买得到的丙烯酸共聚物材料的三条样品标准曲线。

图28示出参照温度为20℃时的时间-温度标准曲线，用1号分析法得到，表明纤维薄膜几何形状中的动态损失模量，用2号试验法测量。图中示出由ePTFE和环氧树脂构成的复合材料的三条样品标准曲线，和市场买得到的丙烯酸共聚物材料的三条样品标准曲线。

图29示出参照温度为20℃时的时间-温度标准曲线，用1号分析法得到，表明纤维薄膜几何形状中的tanδ，用2号试验法测量。图中示出由ePTFE和环氧树脂构成的复合材料的三条样品标准曲线，和市场买得到的丙烯酸共聚物材料的三条样品标准曲线。

图30是一个扫描电子显微照片，示出制造例4-5复物材料所用的NOMEX非织造毡的结构。注意，它的结构由内部互联的聚合物纤维构成，它形成了弯曲的内部网络。

图31示出参照温度为20℃时的时间-温度标准曲线，使用1号分析法得到，表明结合了钢制垫片的系统的有效动态损失模量，用1号试验法测量。图中示出由NOMEX毡和低克分子重量类型的氟-低聚物构成的复合材料的三条样品标准曲线，和市场买得到的丙烯酸共聚物材料的三条样品标准曲线。

图32示出参照温度为20℃时的时间-温度标准曲线，使用1号分析法得到，表明结合了钢制垫片的系统的，用1号试验法测量。图中示出由NOMEX毡和低克分子重量类型的氟-低聚物构成的复合材料的三条样品标准曲线，和市场买得到的丙烯酸共聚物材料的三条样品标准曲线。

图33示出参照温度为20℃时的时间-温度标准曲线，使用1号分析法得到，表明用2号试验法测量所得纤维薄膜几何形状中的有效动态损耗模量。图中示出由NOMEX毡和低克分子重量类型的氟-低聚物构成的复合材料的三条样品标准曲线，和市场买得到的丙烯酸共聚物材料的三条样品标准曲线。

图34示出参照温度为20℃时的时间-温度标准曲线，使用1号分析法得到，用2号试验法测量所得纤维薄膜几何形状中的有效tanδ。图中示出由NOMEX毡和低克分子重量类型的氟-低聚物构成的复合材料的三条样品标准曲线，和市场买得到的丙烯酸共聚物材料的三条样品标准曲线。

图35将在例5中描述，该图示出了在参照温度为20℃时的时间-温度标准曲线，使用1号分析法得到，表明结合了钢制垫片的系统的有效动态损失模量，用1号试验法测量。图中示出由NOMEX毡和环氧树脂构成的复合材料的三条样品标准曲线，和市场买得到的丙烯酸共聚物材料的三条样品标准曲线。

图36示出在参照温度为20℃时的时间-温度标准曲线，使用1号分析法得到，表明结合了钢制垫片的系统的有效tanδ，用1号试验法测量。图中示出由NOMEX毡和环氧树脂构成的复合材料的三条样品标准曲线，和市场买得到的丙烯酸共聚物材料的三条样品标准曲线。

图37示出在参照温度为20℃时的时间-温度标准曲线，使用1号分析法得到，表明了纤维薄膜几何形状中的动态损失模量，用2号试验法测量。图中示出由NOMEX毡和环氧树脂构成的复合材料的三条样品标准曲线，和市场买得到的丙烯酸共聚物材料的三条样品标准曲线。

图38示出在参照温度为20℃时的时间-温度标准曲线，使用1号分析法得到，表明了纤维薄膜几何形状中的tanδ，用2号试验法测量。图中示出由NOMEX毡和环氧树脂构成的复合材料的三条样品标准曲线，和市场买得到的丙烯酸共聚物材料的三条样品标准曲线。

发明的详细描述

为便于理解，必须关于这里所使用的冷流来定义力学不稳定材料的含义。从实际的观点来看，稳定性的一个度量是由材料保持其形状和随着时间推移在重力作用下不流动的能力来确定的。由于存在这一习性，从某种程度来说，在所有的材料中(虽然这可能慢得在人类的时间量程中无法测量到)，任何不稳定性的确定将需要建立一实用的解析准则(虽然有一定的随意性)。在下文的讨论中，将被定义为不稳定的一种材料是：在压缩应力的作用下，一标准圆盘状的材料将在特定一段时间内蠕动而达到预定的应力为。具体地，在所定义的应力作用下，材料必须在少于10⁴秒的下降时间内(如在下面的3号试验法中所描述的)位移3mm。这样的定义是非常保守的，仅限于对那些在要求形状稳定的应用场合下完全不适用的材料。

按照类似的方法，必须定义给定复合材料的稳定性。为便于此后所有的讨论，只要在加载3×10⁴秒(如在4号试验法中定义的)的条件下其下降位移小于1.0mm，就将此复合材料定义为力学稳定的。此外，这种对稳定性的定义是保守的，因为在上述的标准条件下，当显示出小于此变形量的材料将是极稳定的并将在无限的重力作用下保持其形状(至少在人类的时间量程中)。

将可能包含一种或多种单独化学成份的不稳定(根据试验方法3所确定的不稳定度含义)粘弹性减振材料结合到力学稳定的多孔材料基体中，就可实现本发明的目的。这种多孔材料可以由包括(但不限于)呈织物或毡、微孔结构或烧结粉末形式的聚合材料、金属、或玻璃材料，它们具有开口或封闭单元孔穴。为了确保具有很好的复合性能，使粘弹性减振材料(或多种材料)的修整适合在有关的特定频带中提供最佳性能。将粘弹性材料局部或全部地填充在聚合物基体的空穴中。基体的变形导致了减振材料的变形而提供良好减振性能，同时下面的多孔骨架提供了机械整体性，并限制了减振成分的流动。因此，复合制品既具有接近于粘弹性原材料的减振性能，又具有良好的机械稳定性。复合材料的这一方面令人激动和新颖之处在于，由于冷液流而不适于实际应用的减振材料首次利用多孔骨架而变得稳定了。

在本发明的一个实施例中，机械不稳定的粘弹性材料(根据3号试验法中提供的对不稳定性的定义)被裹夹在一多孔材料的封闭空穴中。图1示出了这一封闭空穴结构的示意图。此处，粘弹性减振材料(1)被完全封闭在封闭的空穴结构(2)的各个空穴中。假定减振成分经过空穴壁的扩散是可以忽略的，并且多孔骨架是稳定的，则减振成分完全被裹夹在防止冷液流的复合材料中。另外，假定封闭空穴结构由足够硬的材料构成，则复合材料结构的变形可导致减振成份的变形和复合材料所需的减振响应。

在本发明的第二实施例中，将力学不稳定的粘弹性减振材料(根据3号试验法中提供的对不稳定性的定义)粘结到一空穴开口的多孔材料结构中。由于多孔基体的机械完整性，复合材料对于冷液流是稳定的，从而根据试验方法4所确定的施加负载3×10⁴秒之后，复合材料下降位移低于1.0mm。另外，在从0.1到10⁵Hz的频带中的至少一点处，复合材料具有极好的减振特性，其中动态损失模量和tanδ分别超过10⁹达因/cm²和0.1，这是由于存在被裹夹在结构中的减振成分引起的。

各个这样的实施例都可以通过多种工艺制成。封闭的空穴材料可以通过下面方式生产，这些方法包含(但不限于)：在高温下将粘弹性成份混合到熔融形式的最终基体材料中(它可能通过分批或挤压技术得到)，将粘弹性成分混合到随后硬化或交联以生产一基体的材料中，烧结已与粘弹性成份适当混合的基体材料粉末，等等。在开口空穴材料中，假定粘弹性材料在一特别的开口空穴基体中湿润，则这些材料的复合材料可通过任一种技术生产，这种技术中，在高于其熔融温度的条件下使多孔材料与粘弹性材料接触。还可采用真空浸输、gravier印制等用来加速进行加工。当所需的粘弹性成分在骨架中无湿润性时，减振成分可以在一溶剂系统中溶化，其中溶剂系统是可湿润的，用于将材料吸入骨架中，并进行干燥以将减振成分留在其中。另外，包含(但是不限于)真空浸输、gravier印制以及涂敷架板等以引起湿润的工艺也可以用于将不可湿润的粘弹性材料吸入一确定的骨架中。

本发明所提供的复合材料的稳定性与多孔基体中的粘弹性减振材料的裹夹情况有关。多孔基体的功能是既提供整体机械稳定性(克服冷液流的阻力、强度等)，又可将粘弹性减振材料结合到它的多孔结构中。多孔基体的粘结作用是藉由粘弹性材料裹夹在完全封闭的空穴中而在封闭空穴多孔结构中发生的。在开口空穴基体中，粘结可通过多种方法完成。

用于粘结开口空穴基体的一种机制是减振材料和多孔壁之间的接触角。接触角产生了毛细管作用力(由表面张力引起)，这种毛细管作用力将材料裹夹在多孔中。这些作用力在多孔媒质中是众所周知的(J.Bear所著“多孔媒体中流体动力”，Dover，1972)，其中流体甚至可能会自然湿润，并且将其本身吸收在特殊结构中。即使是对于非湿润性流体，虽然存在与阻止流体吸入结构相同的力，但在某些情况下一旦吸收也趋向于使其稳定在材料中。这些情况例如包括在一多孔材料的曲折基体中流体自由表面必须通入较小的孔隙中以便移动。图2示出这种系统的一个例子，其中一小滴流体(3)通过弯曲的路径被限制在骨架(4)的大孔中。虽然这些路径是通向空穴内部的，但是需要微滴的表面被打破以及释放所需的正压力。另外，即使在小的毛细管中，不湿润性的流体将响应于任何可能使之在其中移动的压力而经历一恢复力。如图3所示，这是由于：当流体的前部(6)在一表面上移动时的后方接触角(5)几乎总是小于前方接触角(7)时的结果。由此，作为动态湿润效果的结果，回复力还存在于毛细管中，或其它更曲析结构中。

除了毛细管作用力之外，一些开口穴多孔结构的高度曲折性能，或结构内孔隙小的特性可能会裹夹粘弹性材料，粘弹性材料一旦被吸收到结构中就仅很大的能以粘滞阻力流过材料。阻力是由于粘弹性材料在多孔基体的曲折孔隙中运动的结果。这样的压力都是由于在受约束几何形状中流动引起变形的结果。由于减振材料的粘弹性性能需要它们对变形表现出高度粘滞阻力，所以在高度约束的几何形状中的位移会导致很大的流动阻力。特别是在具有非常小的多孔孔隙的系统中，对流动的阻力可能是相当大的。因此，与表面张力结合，对受约束几何形状中的粘滞力引起的变形的阻力可提供粘弹性减振材料在多孔结构中额外稳定性。

可存在这些机制的任何结合并在一具体结构中相互作用以达到粘结目的。不论粘结作用如何，粘弹性减振材料都可保持被约束在多孔基体材料中，并且较佳地基本上均匀地分布在其中。

本发明的材料可以有许多不同的应用。这些改进的减振材料将非常有价值的一个产业是硬盘驱动器产业(磁性驱动器和光学驱动器)。在一般用于计算机的磁驱动器中，通常多个部位都采用减振件，以减小可能引起性能问题或声学问题的振动。为了有助于减少从驱动器发出的噪音，本发明的材料可以施加到硬盘驱动器的盖子上的一受约束层中。这在图4中被大致地示出，并在图5中示出得更为清楚，其中利用各侧面上的一种粘结剂(11)将减振材料(8)粘到盖子(9)和约束层(10)上。除了通常改善减振性能之外，本发明的材料为目前买得到的材料提供了额外的实用性，这是由于其具有可被修整为适应一具体的磁盘驱动器的声音谐振的能力。由于这种谐振模式可以在不同的驱动器之间变化(即由于所选用的主轴马达组件、磁头传动装置等)，并且减振件修整峰值性能的能力可以大大减小声音输出。注意，图中所示的粘结剂选择是可以改变的，并由每一个界面的需要确定，这包含(但不仅限于制造问题)盖子与约束层材料的选择。因而，用于将减振材料粘结到约束层的粘结剂可与用于将减振材料粘结到盖子的粘结剂不同。

振动常常引起声音问题的另一个部位是在音圈电动机上(VCM)。VCM组件(12)，如图4所示，用于使磁头组组件移动，并且这个磁性传动装置的粗糙阶梯状运动常常引起谐振。通过使用粘结剂(14)将一层减振材料(13)施加到VCM板(16)的顶部，可减小VCM中的谐振，从而减小声学噪音。除了改善频率特殊减振性能的价值之外，本发明材料可在此应用中提供额外的实用性，这是因为对减振材料进行专门修整而使材料减少化合物的除气能力，后者可能损坏驱动器元件或使性能降低。自然地，一约束层(15)还可以用另一种粘剂层(14)贴到减振材料(13)的相反侧上。如同最后一个例子，用于约束层的材料可以根据应用的需要改变，对于粘结剂也是如此。

除了与噪音有关的减振之外，较好的减振材料也可用于改善磁盘驱动器的读/写性能而提供一更耐用的设计，并且还通过减少会影响元件性能的振动而增加驱动器的可靠性。放置这些减振件的部位包括(但不仅限于)臂/悬臂(17)、主轴马达(18)以及弯曲电路(19)。在所有这些例子中，修整材料以提高清洁度的能力将再次成为有价值的。同样地，改进的减振性能将增加各种情况下的实用性。例如，减振材料可以是最优化的以减少磁头传动装置或主轴系统中的力学谐振作用。已知这些谐振会限制控制环的稳定性，从而导致磁头或主轴系统的工作频带宽度减小。谐振作用的减小从而可提高驱动器子系统的响应时间。另外，由于有较高的减振性能/单元体积，所以只需非常少量的这种材料就可在相近谐振频率条件下改进性能。所以，由减振件产生的额外质量与机械组件本身相比较小。这在高速封闭环系统中是一个重要的考虑因素。如先前的例子所述，减振材料将可采用一种或多种粘结剂安装到振动元件和约束层上(如果有的话)。

减振性能高且质量轻的特点对于磁盘驱动器之外的其它封闭环系统都是有利的。为了增加如用于自动化装配操作的自动装置的响应时间，移动臂组件设计成具有最小的转动惯性。较高惯性的负荷会限制装置的稳定性，并且在系统的传动比增益以提高响应时间时可能导致失控。装置中惯性的减小可对机械刚度产生不利影响，这又会导致在控制系统工作频带宽度中的不必要谐振。较低的刚度本身表现为机械负载和驱动器马达上的位置和/或速度传感器之间的连接很弱，这又会造成控制不稳定和/或不精确。加入本发明的减振材料会改善这种控制情况，同时不会显著改变系统的惯性。

本发明的材料还提供其它感应电子设备的附加值。经修整的振动减振可有助于提高诸如精密光学系统、CD-ROM、激光器、摄像机、测试装置、计算机、打印机、立体声系统、CD放音机、话筒等物品的响应、精度和性能。例如，图6示出了一印刷电路板的图片。减振材料(20)可利用一粘结层(22)固定到电路板(21)上。(最好采用粘结剂再将一约束层(23)固定到减振材料上)。除了修整减振材料以适应这一特定系统的谐振之外，本发明减振材料还可包括设计用来提供额外实用性的填充剂(24)、如绝缘强度、导热性等。另一个例子示出在图7中，该图示出了一代表性的马达系统，该系统可用于诸如盒带放音机和摄像机等物品中。减振材料(25)可采用粘结层(28)固定在驱动马达(26)和盖(27)之间以使结构振动最小并实现静音操作。另外为各个界面所选择的粘结剂也可以是不同的。

在又一个例子中，本发明的材料可应用于精密光学系统中。为测量微小尺寸所设计的光学系统包括干涉仪和全息检测系统等。由于这些系统的分辨率一般都是在所采用的光线波长的数量级范围内，所以小振动都会对装置精度产生显著的干扰。一减振系统可引入该设计中，使之优化以减少由振动引起的噪音。由于这些新发明的减振材料构成极其纯净，所以它们特别适用于包括精密光学部件的应用场合。

本发明的材料还可具有使地面运输所用车辆噪音减到最小的实用性。车辆(诸如轿车、卡车、小型客车和军用车辆)需要在多个部位采用减振材料以使振动最小。这些应用场合包括(但不仅限于)门板、车身板、阀盖、托架、底盘、排气系统、发动机座等。这些机械和结构部件各自具有其本身的谐振特征，并且这些振动的组合作用经常产生显著的噪音和结构振动。改进的减振材料可使其设计发生根本变化。图8示出了采用粘结层(32)固定到一车身板(30)的减振材料(29)和一约束层(31)。图9示出了如托架和底盘等物件所用的叠层金属结构，其中金属层(33)都采用粘结层(35)粘到减振材料(34)上。(另外，可根据所粘结的不同金属等来选择粘结剂)。除了减振性能之外，还可从本发明的材料中获得其它的实用性，这部分是由于修整化学相容性和温度阻力的能力。类似的，这种材料每单位体积的减振性能越大就只需使用更少量的这种材料，因而形成一低质量系统，而可由于对降低燃料消耗的影响是有利的。

航空航天工业对改进的减振材料的需求也很大。在商用飞机中，减振材料经常用于机壳上以减少引起结构性金属损坏的振动和惯性噪音。图10示出了采用粘结层(39)粘到一飞机(37)表壳和一约束层(38)上的本发明减振材料。在所有应用场合中，粘结方式的选择可以调整以便最适合于所粘结的金属和其它类似的要求、如工作温度等。类似的，约束层和减振材料的选择可调整以满足某一飞机设计的特殊性能需求。本发明减振材料还可用于卫星和其它航天飞机以使发射振动、助推火箭等的损坏作用最小。另外，这些改进的减振材料将有助于进一步保护所有飞行器上的敏感控制设备。在各个这些应用中，本发明的材料可提供从未有过的减振性能以及其它有益性能、如较低质量、热传递容量等。

本发明材料还可用于改善运动器材的性能。网球拍、棒球球棒和高尔夫球杆等物品都具有其设计上的“最有效击球点”。当用这些器材击球时，如果击球是在此区域之外，就会引起振动，而这些振动会使运动员分心和干扰运动员。在这些应用场合中采用本发明的振动减振材料可减少物理应力，这一应力可传递到身体上。以类似方式，滑雪板中的振动会有损性能并且使滑雪者分心。改进的减振材料将对那些要求运动者所使用的设备具有极高性能产生有利的作用。图11示出了这种材料是如何应用于一典型球拍中的：减振材料(40)采用一粘结层(43)固定到一球拍框(41)内侧和一约束层(42)上。请注意，减振系统在球拍上、即运动设备其它任何部件内部(或上面)的放置部位与特定物品的设计和设计的谐振模式有关。可使粘结和约束层的选择与约束配合，并且本发明材料将能够被修整而以目前所不能提供的技术使减振性能最佳。

改进减振材料的另一种重要应用场合是控制加工操作过程中、诸如铣削或车削工作过程中所产生的机械震动。具体地，在任何工件或刀具夹具在切削力作用下经历显著变形的切削操作情况下，经常会发生震动，这种震动一般称为震颤。轻微的震颤会使表面不光洁并限制切削工具的使用寿命，而剧烈的震颤会导致工具、工件和夹具的立即损坏。固定到夹具、工具夹头、工件或加工系统其它部件上的减振材料可用来限制这些震动和作用。具体地，本发明材料可以多种物理形式使用、如固定到加工部件上的带条以用来减少震颤。图12示出了对钻杆上进行一约束层减振处理的实施例。钻杆(44)采用粘结层(47)固定到减振材料(45)和一同轴管状约束层(46)上。

本发明的还可用于减少机械振动，该振动是发生在电线和电缆中的，并会造成声音或电噪音。例如用于海底声学阵列所用的电缆在电流流过电缆时存在机械震动，一般称为琴弦振动。这些震动由阵列水下测音器测量为噪音，并且将信号限制在由地震和监视阵列可获得的信号/噪音(比)。所以由本发明所提供的带护套电缆在增加此系统敏感度方面具有实用性。例如，一减振护套(它还起到一不导电的绝缘件的作用)可用于控制一声音阵列中的震颤。在其它的一些敷设电缆应用中，当要求极低的电噪音时，由电缆的机械运动或振动所产生的摩擦电噪音可出现严重的信号以对噪音问题。所以在此系统中采用减振材料来限制机械震动可有益于减少此噪音。在同轴及带状电缆系统中，结合有减振材料以作为隔音的绝缘件或作为一附加层以减少摩擦电噪音。最终，变压电线和其它能源传送线/电缆系统通常存在着由交流电引起的振动。这些振动会产生噪音(如电源变压器所陪随的嗡嗡声)。本发明的减振材料可用于控制这种噪音，即用作电线护套或分离件。

可用本发明的改进减振材料来增强性能的另一个领域是电器设备。在诸如洗碗机的电器中，振动会引起明显的结构上的噪音。如在所讨论的其它应用中，加入本发明的减振材料可提供现有技术不能获得的显著减振效果。

试验方法和分析方法

为了确定各种减振成分的有关指标，根据动态力学分析(DMA)开发和采用了两种专门的试验方法。这些方法可直接确定一特定材料的减振性能和对其它系统有关的粘滞性损失作分析比较。还详细地限定了一种专门的理论分析，即用于从这些方法所产生的数据中得出高频减振性能。还进一步确定了两种试验方法，它们可定量地表示材料对出现冷液流所表现出的相对趋势。如下文讨论中所明确概括到的，这些方法可用于评估在这些实例中材料的相对减振性能和力学稳定性。另外，这些方法可用于限定所附权利要求和讨论中的复合材料特性。

试验方法1-3点弯曲状态下钢垫片的减振性能

这一试验方法包括将一条标准的矩形被试验材料样品粘到一钢梁上，采用DMA确定一个频率范围内的有效损失模量和复合系统的tanδ。采用一厚度为0.051厘米、宽为1.27厘米、杨氏弹性模量为1.8×10¹²达因/厘米²的标准钢梁。该材料是利用一非常薄的一层粘结剂粘结到钢梁上的。由于所用的特定粘结剂会影响样品的试验结果，为此采用非常薄的一层粘弹性减振材料。在为进行比较而在其它材料上所进行的试验中，采用从3M公司所购得商标名为ISD112的标准粘结剂。粘结到钢垫片的此材料样品厚度为0.165厘米、长1.91厘米且具有与钢垫片完全一样宽的标准尺寸。如图13所示，此样品(48)采用适当的粘结剂(50)粘到钢垫片块(49)长度中心。然后，采用DMA确定此复合系统的有效动态损失和存储模量，并进一步计算一有效tanδ。

用于确定复合系统的有效动态损失和存储模量的专门DMA试验方法包括采用一标准的三点弯曲几何形状。钢梁(49)简单地支撑在DMA仪器中的两个分开距离为4.8厘米的支杆(51)之间。固定到DMA力传递装置上的第三条支杆(52)放置成与垫片系统中心接触，并且直接位于减振材料样品(48)中心上方，如图14所示。150至200gmf的静止力施加到中心支杆上以保证在动态试验过程中始终接触。在整个试验过程中将此力控制为误差±5％。在施加了在所需误差范围内的静止力之后，通过改变上、下支杆之间的相对距离将一振动应变施加到垫片系统上。控制在垂直于垫片上表面方向上的上、下支杆之间的相对距离δ以符合正弦波形

Δ＝A sin(2πft)+Δ₀，

其中，A是运动振幅，f是需要测量时的频率，t是从振动应变开始时的时间，以及Δ₀是由钢垫片厚度和静止力所确定的静止值。使运动振幅A标准化为7.84×10^-3厘米，这样由流变软件所确定的应变幅度为0.005％。

采用DMA仪器，将振动应变施加到系统上并且在3个完整的2π运动循环过程中测量它所产生的动态力。由于系统中所产生的减振损失，故所产生的动态力F与所施加的应变不是很同步的。动态力可表示为：

F(t)＝F_ampsin(2πft+δ)+F₀，

其中F_amp是动态力的总体振幅，δ是由减振损失所产生的相位偏差，以及F₀是静止力的值。众所周知的，此公式可以很容易地被改写为两个单独的动态力之和，其中之一完全与原始应变同步(一纯粹的弹性项)，另一个与原始应变差90度(与纯粹的粘滞或阻尼有关的项)。此动态力表示式然后可变为：

F(t)＝F_ampcos(δ)sin(2πft)+F_ampsin(δ)cos(2πft)+F₀，

当以此形式描写时，F_ampcos(δ)表示与应变完全同步的动态力分量(一纯粹的弹性或存储分量)，而F_ampsin(δ)表示与应变差90度的动态力分量(一与纯粹的粘滞性或损失有关的项)。作为通常的表示法，这些同相及有相位差的力可以表示为：

F’＝F_ampcos(δ)

和

F″＝F_ampsin(δ)

这些力现在可用于计算系统的有效动态损失和存储模量以及一有效tanδ。

为了接下来理解有效动态损失的定义和存储模量，重要的是先理解用定量表示的垫片和减振材料系统的有效复合模量。通过一般用于确定三点式弯曲情况下的钢梁模量所用方法的条件，这是最容易理解的。

从基本的弹性理论可以得知，作为在其中心加载的一简支梁位移的函数为： $F\left(\mathrm{\Δ}\right)=\frac{48\mathrm{EI}}{1^3}\mathrm{\Δ},$

其中E是构成梁的材料的杨氏模量，1是下支点之间的距离，Δ是梁的中心点位移量，以及I是梁的横截面矩，并且为： $I=\frac{{\mathrm{wT}}^3}{12},$

其中，w是梁宽，T是梁厚度。此表示式可依据其它参数求出材料的杨氏模量以得出 $E=\frac{1^{3}F}{4w{T}^3\mathrm{\Δ}}$

一般地，采用相同表示式的动态形式，可以模拟地计算出在一特定频率f时一梁的动态存储模量E’。 $E\text{'}\left(f\right)=\frac{1^3{F}^{\′}\left(f\right)}{4w{T}^3\mathrm{\Δ}}$

类似地，材料的动态损失模量可通过将力的损失分量替换成相同的表示式以得出 $E\text{'}\text{'}\left(f\right)=\frac{1^3{F}^{\′\′}\left(f\right)}{4w{T}^3\mathrm{\Δ}}$

因而当被试验的系统具有一简支梁几何形状时，动态损失和存储模量的计算是相当不重要的。然而，对于将一由梁和一粘结样品构成的复合系统作为一复合系统来试验时并非如此。对于这样一种系统，如果不对梁和样品中的应变进行复杂分析，就不可能严格地确定系统的两个特殊元件的动态模量。

虽然通过对梁和样品系统进行试验来确定减振材料的动态模量是复杂的，但这一系统的响应是减振材料性能的相对尺度。为此，需要定义这一系统的有效模量以及一有效tanδ，虽然它们并不能代表系统元件的真实数值，但可确定不同的标准样品的特性。为此，复合系统的有效动态模量被定义为 $E{\text{'}}_{\mathrm{eff}}\left(f\right)=\frac{1^3{F}^{\′}\left(f\right)}{4w{T}^3\mathrm{\Δ}}$ 以及 ${E^{\′\′}}_{\mathrm{eff}}\left(f\right)=\frac{1^3{F}^{\′\′}\left(f\right)}{4w{T}^3\mathrm{\Δ}}$

其中，1、w和T分别是钢垫片的长度、宽度和厚度取值。类似地，一有效tanδ被定义为 ${\tan }_{\mathrm{eff}}\mathrm{\δ}=\frac{{E^{\′\′}}_{\mathrm{eff}}\left(f\right)}{{E^{\′}}_{\mathrm{eff}}\left(f\right)}$

这些数值表示对只对材料梁进行试验所获得的值，该材料可精确地产生与减振样品结合的钢垫片一样的力响应。

比较由不同减振材料构成的样品的有效动态损失模量和有效tanδ，可提供区别一真实系统中这些材料相对特点的手段。具有极高减振性能的材料与其它材料相比将产生较高的动态损失模量和tanδ。系统的有效tanδ可更透彻地理解一特定材料是如何作为一元件在真实系统中发生作用的，在该系统中需要对极硬的金属元件减振。另外，这一试验可以直接说明一真实粘结情况下的实际性能。

采用由Rheometric Scientific制造并设计的Rheometrics Solids AnalyzerII(RSAII)的动态力学分析器可进行所有示出的试验。在Rheometrics软件(Rhios版本4.0.1)中所采用的专门试验方法是默认动态应变试验。该方法中的参数都用对数设定为扫描频率从每秒1度至每秒100度。该方法的应变输入为0.005％。该试验方法所用的3点弯曲几何形状设定为长度是支杆的标准分离距离(4.8厘米)，宽度设定为钢垫片的标准宽度(1.27厘米)以及厚度设定为钢垫片的厚度(0.051厘米)。

试验方法2-在纤维薄膜几何形状状态下的动态模量的直接确定

虽然通过确定3点弯曲状态下的一钢垫片上的减振性能可以对减振性能作相对比较，但也可以直接确定减振复合材料的损失和存储模量。虽然可在一粘结系统中的直接测量法不采用这一试验，但这些基础材料数值的直接知识在预测多种应用场合下的性能是很有用的。

用于确定一复合材料的动态损失和存储模量的专门DMA试验方法包括将材料切成宽0.635厘米、长3.0厘米的带子。然后样品(53)如图15所示的夹在一DMA试验夹具(54)中。所采用的标准夹爪表面宽度为1.25厘米、厚0.38厘米。试验中所采用标准度量长度(夹爪之间的距离)是2.3厘米。然后将样品置于一静止力下，该力足以防止样品在动态试验过程中弯曲，并且在整个过程中将该力控制在5％内。一旦该静止力已处于所需的误差范围内，上、下夹爪之间的距离D就可被控制成符合正弦波形：

D＝Asin(2πft)+D₀，

其中，A是振幅，f是振动频率，以及D₀是由一开始安装的样品长度和静止力所确定的样品静止尺度。运动的幅度确定为可在特殊的试验条件下产生适当的信号(在保持线性粘滞度的前提下)。

采用DMA仪器，这些振动应变可施加到系统上，所产生的动态力可在3个完整的2π运动循环中测得。就象在三点弯曲试验中一样，然后将所产生的动态力F写成为与应变同步的项(一弹性分量)和一与应变差90度(纯粹的粘滞或减振项)之和。然后动态力表示式为

F(t)＝F_ampcos(δ)sin(2πft)+F_ampsin(δ)cos(2πft)+F₀

当以此形式描写时，F_ampcos(δ)表示与应变同步的动态力分量(一纯粹的弹性或存储分量)，而F_ampsin(δ)表示与应变差90度的动态力分量(一纯粹粘滞性或损失有关的项)。作为通常的标示，这些同步或不同步力可表示为

F’＝F_ampcos(δ)，

和

F″＝F_ampsin(δ)，

这些力现在可用于计算材料的动态损失和存储模量以及tanδ。

根据一些典型的定义，动态损失和存储模量现在都定义为 $E\text{'}\left(f\right)=\frac{F^{\′}\left(f\right)}{\mathrm{Tw}}\frac{1}{A/L}$ 和 $E^{\′\′}\left(f\right)=\frac{F\′\′\left(f\right)}{\mathrm{Tw}}\frac{1}{A/L}$

其中T是样品的测量厚度，w是标准样品宽度，以及L是样品的量度长度。tanδ采用典型的定义来计算： $\tan \mathrm{\δ}=\frac{E^{\′\′}\left(f\right)}{E^{\′}\left(f\right)}$

这些数值现在表示在特定频率和应力下内部弹性和粘滞性应力的基础材料特性代表。

采用由Rheometric Scientific制造并设计的Rheometrics Solids AnalyzerII(RSAII)的动态力学分析仪可进行所有示出的试验。在Rheometrics软件(Rhios版本4.0.1)中所采用的专门试验方法是默认动态应变试验。该方法中的参数都用对数设定为扫描频率从每秒1度至每秒100弧度。该方法的应变输入为0.005％。该试验方法所用的3点弯曲几何形状设定为长度是支杆的标准计量距离(4.8厘米)，宽度设定为钢垫片的标准宽度(1.27厘米)以及厚度设定为钢垫片的厚度(0.051厘米)。

试验方法3-力学下降时间确定

为了定量地表示粘弹性减振材料相对冷液流的不稳定性，已研究出一种用于测量材料相对所施加应力的变形响应的试验方法。此试验方法包括将一标准圆盘材料(55)置于一DMA仪器中的两个圆形平板(56)之间，并且如图16所示地将该系统施加一恒定的压缩负载。在所产生的恒定应力作用下，材料表现出蠕动响应，而造成板的相对运动。测量此运动并且于定量地表示在一外应力作用下材料显示出冷液流的程度。

为了提供不同材料之间的系统性比较，需特别注意要保证圆盘和板表面之间的接触是被润滑的，这样在这些界面上发生滑移边界状态。这可在材料中形成接近纯粹的挤压流动，并且防止剪切变形(这将导致复杂的响应)。(例如请见1987年Wiley第一卷中由Bird等人所著的“聚合液体的动态情况”以及1968年JohnWiley and Sons中由Middleman所著的“高聚合物流动”)。如图16所示，由经氟化处理的润滑脂构成的(由E.I.DuPont DeNemours公司出售的商品名为Krytox GPL-226)薄润滑层(57)施加在表面上以保证良好的滑移状态。此润滑剂是限于不会与所考虑的材料发生明显的相互作用，从而可提供一良好的润滑层而不会对圆盘起到溶剂作用。

由于在近似大气温度条件下进行比较是理想的，所以此试验方法要在将温度控制在20℃条件下进行。圆盘尺寸为可在一合理的试验时间内提供良好的变形信号。此标准圆盘尺寸为直径1.6厘米，厚为0.83厘米，如图16所示。

在20℃条件下平衡圆盘和夹具系统之后，用DMA将一35gmf的压缩力施加到系统上。然后用仪器测量板的压缩位移，并作为时间函数。下降时间限定为要使板在所施负载作用下被压缩3毫米所需的时间(注意这段时间对于高度稳定或弹性材料而言是无限长久的)。为了用于本发明的所有描述、在所举例子中的数据和权利要求书中所用的说明，被定义为相对冷液流不稳定的一种材料是下降时间小于10⁴秒。

用于进行所举例子中所示所有试验的专门DMA仪器是Rheometrics RSA II。用于进行此试验的软件是Rheometrics RHIOS 4.0.1版本。所用的试验方法是恒定应力默认试验，并且应力被设定为可保持恒定力为35gmf。试验所用的几何形状是直径设定为1.6厘米、长度设定为0.83厘米的圆柱形。由试验方法采用以获得适当控制的估计粘滞性参数被设定为3.0×10⁵P，并允许有可接受的应力误差。

试验方法4-力学下降位移确定

为了定量表示复合材料或其它稳定材料的相对稳定性，必须对材料进行分析比较，这些材料在长时间应力作用下会有效地显示出少许蠕动或不出现蠕动。为了这种比较，是对一标准圆盘材料施以在3号方法中所采用的确定程序。然而由于稳定材料显示出少许冷液流或不出现冷液流，所以施加3×10⁴秒的应力，并且测量所产生的偏移。将长期偏移定义为在施加应力之后材料的下降位移以用于本文的所有讨论和分析。

重要的是认识到只要由施加应力就会产生弹性变形，故即使完美的弹性材料也将经历一些下降位移。一般地，采用上述程序，最稳定的弹性体和塑料将经历小于0.5毫米的位移。为此，当力学下降位移小于1.0毫米时，可将这种材料定义为相对冷液流是力学稳定的。由于任何可满足此约束条件的材料远超过在典型减振应用情况下的应力作用下保持形状所需的稳定性极限，所以这一定义是对稳定性相当保守的定义。

分析方法1-时间温度叠加

虽然需要对不同材料在非常宽的频率范围中(且已扩展到声频范围内)的减振性能进行比较，所以在此频率下的动态力学试验是困难且高成本的。商用DMA仪器可接受的典型频率范围从低于1赫兹(它除了进行试验的时间必须足够长之外不存在特别的技术困难)至接近30赫兹。虽然此范围足以分析与非常低频率情况有关的性能，但一般的情况需要了解超过22千赫的频率条件下的减振性能情况。作为许多聚合物特性情况的典型情况，高频性能的理解可通过在不同温度范围下所取得的低频数据分析而获得。用于此分析的技术一般称作为时间温度叠加。

时间温度叠加技术是众所周知的并且在文献中有记载。然而为了防止不清楚情况，以下将详细地描述该分析中所用的特定方法。该方法是根据这样的事实，即与聚合材料与频率有关的机械特性是用温度以一特殊形式度量的。具体地，产生材料动态特性的松弛过程在温度下降时明显减慢。所以当在某一频率条件下在外应变作用之下，在某一特定参照温度时的动态过程与在另一较低温度而较高频率条件下发生的情况具有特定的关系。假定对由温度变化产生的定量有适当的理解，则与一材料中动态特性有关依赖于高频的信息是可从低温条件下测得的低频动态特性中获得的。

为了下文的讨论，所考虑的聚合物系统中的动态模量假定为遵守以下作为温度函数的定量法则： $E\text{'}{(}_{}f,T_{\mathrm{ref}}))=\frac{T_{\mathrm{ref}}}{T_{\mathrm{new}}}E\text{'}(\mathrm{\α}(T_{\mathrm{ref}},T_{\mathrm{new}})f,T_{\mathrm{new}}),$ 和 $E^{\′\′}(f,T_{\mathrm{ref}}))=\frac{T_{\mathrm{ref}}}{T}{E}^{\′\′}(\mathrm{\α}(T_{\mathrm{ref}},T_{\mathrm{new}})f,T_{\mathrm{new}}),$

其中α(T_ref，T_new)是经验时间量度因素，它可补偿作为温度函数的内部松弛时间的变化，T_ref是进行参照测量时的绝对温度，以及T_new是进行另一组测量时的绝对温度。为了构造一在特定参照温度条件下的所谓时间一温度标准曲线，要用给定的DMA仪器在实际上可实现的最宽频率范围中在不同温度下进行一系列测量。所选择的温度应靠得足够接近，这样一次适当度量就可在度量动态模量中发生重叠(或接近重叠)。这可通过调整直至获得适当的连续(或接近连续)曲线来确定量度常数α(T_ref，T_new)。在一特定参照温度下所形成的标准曲线表示在该特定温度在一非常宽的频率范围中所期望的动态模量。

所表示的所有时间温度叠加标准曲线是通过直接调整在不同温度下由频率扫描所组成的温度量度原始数据而构造成的。此量度常数α可以调整直至在不同温度下的温度量度数据之间获得重叠。

此同一程序接着可产生E″标准曲线以用于表示三点弯曲和纤维薄膜状态下的数据。

虽然一般对纤维薄膜数据应用这一分析显然是极其正确的，但此方法用于对一复合系统的三点弯曲数据进行分析精确度就不明显了。然而可以证明在对具粘贴到其表面上的减振复合样品的钢梁进行三点弯曲试验的情况下，此技术还可以形成精确的时间-温度标准曲线以表示有效的E″。

对于钢复合系统而言时间温度叠加方法具有普遍性是由于动钢梁动态损失模量微不足道的。因此，该系统的有效E″和任何有关的时间-温度叠加是由样品特性产生的。然而应当注意，这种叠加不应当应用到钢垫片/复合样品系统的存储模量，但不将予以证明。只对三点弯曲状态下的数据进行E″的时间温度叠加分析。由于钢梁的动态存储模量很大程度上支配了系统的有效E’，所以虽然样品特性可在此值上具有显著的作用，但难以精确地限定tanδ的确切时间-温度叠加。然而为了提供适当的相对比较，将一有效tanδ定义为 $\tan \mathrm{\δ}=\frac{{E^{\′\′}}_{\mathrm{master}}(f,T_{\mathrm{ref}})}{{E^{\′}}_{\mathrm{eff}}\left(f_{\mathrm{scaled}}\right)}$

其中E’_effE(f_scaled)是在某一特定定量频率时系统的非温度量度的有效存储模量，以及E″_master(f_lT_ref)是在某一特定频率时所产生的动态损失模量标准曲线的值。

另外，请注意在形成所有时间温度叠加标准曲线中只有在时间温度叠加通常被认为是可行的温度范围中才应用该方法。具体地，由于标准曲线特性的不连续变化造成的相位过渡在一标准曲线的构造中是非故意渡过的。另外，请注意要保证材料响应仅由结构的减振部件支配，这样可保持时间-温度分析的正确性。

例1

用两种单独成分制成一复合材料。第一种成分是由E.I.DuPont DeNemours公司出售的粘弹性减振材料，即作为一PTFE溶剂(代号为TE-5039A)。从化学成份上来说，此减振材料是一低聚全氟化碳化合物，其低聚克分子重量分布主要是由制造和提纯时所要用的生产和分离工艺确定的。此例所采用的特定批号的材料(批号59420-2)具有接近2.3℃的玻璃过渡温度(由DuPont公司的DMA分析确定)。在室温下，此低聚物将缓慢流动以填充一容器，即在其中放置数小时后。在温度升高时(近似50℃左右)，基体变得更易流动且易于倾倒。另外，流体与PTFE成一接触角，该角度小于90度并且自然地湿润开口的多孔PTFE材料。虽然此材料具有很高的动态损失特性并且极适合减振目的，但它相对冷液流是机械性能不稳定的，即测量的平均下降时间47.3秒(用3号试验方法对7个同样样品进行试验，此数据的平均标准偏差确定为3.27秒)。因此，此材料在大多数实际减振情况下是不适用的并且必须经稳定处理才能用于通常的场合。

包括复合材料成品的第二成分是一根据美国专利3,953,566启示而制造的膨胀多孔PTFE带。此多孔带具有较大的开口空穴含量。此带的测量松密度为0.265grams/cc(6个同样样品的平均标准偏差为0.005grams/cc)。带测量厚度为1.455毫米(6个同样样品的平均标准偏差为0023毫米)，并且平均单位重量是3.83×10^-2g/cm²。根据ASTM试验方法D-638-95测得此带的纵向基体张力强度是25.5Kpsi(5个同样样品的平均标准偏差为1.16Kpsi)，而测得横向MTS是3.81Kpsi(5个同样样品的平均标准偏差为400psi)。图17示出了此材料内部空穴结构的电子扫描显微图，以显示复杂微孔内节点和微丝结构。

这两个成分的复合材料是通过在150℃温度下用氟-低聚物湿润多孔PTFE带而制成的。此PTFE带先是将其侧边约束在一骨架上以防止在高温下收缩。然后在一烤箱中在150℃条件下加热装有低聚物的容器直至低聚合物流态化。然后将低聚物直接倒在PTFE带表面上并使材料空穴中低聚物湿润进入。然后将受约束材料加热到150℃，而使低聚物完全吸入PTFE带的空穴结构中。然后将复合材料在室温下冷却，从而完成制造过程。复合材料的最终松密度测量出为2.069g/cc(6个同样样品的平均标准偏差为0.039g/cc)。最终复合材料厚度测量出为1.45毫米(6个同样样品的平均标准偏差为0.0258毫米)，单位重量为0.319g/cm²。

在室温和升高温度的条件下对此材料的稳定性作长期的检测。发现低聚物在材料中是稳定的，并且在几个月的时间内在室温下减振成分不会从复合材料中分离或流出。另外，发现在温度超过70℃时，一个小时之后，复合材料中的减振成份也没有出现分离流动。所以，从质量方面来看，该复合材料相对冷液流是极其稳定的。

另外，藉由4号试验方法通过确定力学下降位移对该复合材料的稳定性进行检测。复合材料的平均下降位移测量为0.285毫米(3个同样样品的平均标准偏差为0.085毫米)，而表现出对冷液流具有很高的阻力。

切割复合材料的样品以便粘结到钢垫片，并且接下来采用1号试验方法进行3点弯曲试验。通过将非常少量的氟-低聚物加热到一液态可将样品粘到适当的钢垫片上，并且将一冷的样品放在热的低聚物层上。在冷却时，在样品和金属表面之间获得一良好的暂时粘结状态。以此方式制成三条钢垫片样品并按1号试验方法、在-10、0、10、20、30及40℃下进行试验。然后采用1号分析方法进行时间温度叠加分析以产生在20℃的参照温度下用于表示有效E″的3个样品标准曲线。作为参考，在从3M公司购得的商品名为ISD110的减振材料上进行一系列类似的测量。众所周知3M材料具有极好的减振特性。在温度为-10、0、10、20、30以及40℃的温度下对此材料的三条样品进行试验。此材料三条样品的时间温度叠加标准曲线是在20℃的参照温度下采用1号分析方法构成的。这些时间温度标准曲线示出在图18中，其中线58a、58b和58c示出了在此例作为减振样品的有效E″，以及线59a、59b和59c示出了3M材料的有效E″。

发现PTFE/氟-低聚物复合材料的有效动态损失模量的标准曲线在频宽1至10⁴赫兹条件下远远超出3M材料。可见在此频带上的有效动态损失模量超过1.0×10¹¹达因/厘米²。这证明在20℃条件下在1至10⁴赫兹频宽范围内具有极好的减振性能。有效tanδ标准曲线还示出在图19中，其中线60a、60b和60c示出了在此例中作为减振样品的有效tanδ，线61a、61b和61c示出了3M材料的有效tanδ。可见，PTFE/氟-低聚物复合材料在从0至10⁴赫兹条件下显示有效tanδ大于0.03。另外，此减振性能在一复合材料中可达到，并且具有所示的相对冷液流的力学稳定性。

还根据2号试验方法在实际上相同的温度下对PTFE/氟-低聚物复合材料和3M减振材料进行纤维薄膜试验。然后采用1号分析方法对3M材料和低聚物复合材料的三条样品在20℃参照温度下构造反映E″的时间-温度叠加标准曲线。图示20示出了形成的标准曲线之间的比较情况，其中线62a、62b和62c示出了此例中减振样品的E″，线63a、63b和63c示出了3M材料的E″。如所预期的那样，趋势与采用三点弯曲分析所获得的结果近似相同。另外，本发明复合材料在1至10⁴赫兹条件下表现出极好的减振性能，并且在在一稳定力学形式下损失模量大于1.0×10⁹达因/厘米²。图21示出了相应的tanδ值，并且在线64a、64b和64c所示例子的减振材料中实验值近似0.1至10⁴。(请注意3M材料的tanδ示出在线65a、65b和65c中)。

例2

为了证明通过对粘弹性成分进行处理而具有修整复合材料特性的能力，采用与例1相同的膨胀PTFE带制成第二个复合材料，只是采用不同克分子重量的氟-低聚物作为减振成分。另外，所用的低聚物是由E.I.DuPont DeNemours公司出售的代号为TE-5039A的产品，只是由于其明显高的克分子重量而选择不同的批号(批号59540)。如DuPont公司所测出的，此材料的玻璃过渡点为9.1℃，明显地高于用于制造例1样品的低聚物。如所预期的，较高的玻璃过渡温度表示相对冷液流具有更大的力学稳定性。然而在纯质形式下的材料仍难以在通常的减振情况下稳定，并且当该材料在一容器中放置数天时(室温下)将流动以与该容器形状相符。从质量上来说，藉由3号试验方法测试，此类低聚物的平均下降时间为5070秒(5个同样样品的标准偏差为327秒)。此证明虽然这一材料比例1所用低聚物相对冷流稳定得多，但在特殊的应用场合下仍是很不稳定的。

从较高的玻璃过渡温度还可以预期，此类低聚物具有与例1所用低聚物不同的减振特性。具体地，此类较高克分子重量材料具在特定温度下具有相当长的松弛时间，并且在较低频率下转变成较好的减振性能。如所示数据将表明的，使用这种材料5将使频率显著地改变，在该频率下观察到最大的减振性能(最大E″)是很低的值。此表示出通过选择减振成分的特性可修整复合材料特性的能力。

虽然与例1所用低聚物的倾倒能力有些不同，但较高克分子重量的材料可采用与例1所用的相同程序吸在膨胀PTFE结构之中。为了说明这一例子，可不作改变地采用这一程序，就象第一个例子中一样对从相同一卷带子上切下的膨胀PTFE进行吸入。所以除了低聚物的类别和相应特性之外，此例子的制造情况从各个方面来说都与例1是相同的。测得复合材料的最终松密度是2.081g/cc(6个同样样品的平均标准偏差是0.055g/cc)。测得最终复合材料厚度为1.62毫米(6个同样样品的平均标准偏差是0.021毫米)，并且所形成的单位重量(每单位面积的质量)是0.337g/cm²。

长期检测所形成的复合材料在室温和升高温度条件下的稳定性。发现低聚物在材料中是稳定的，并且在长达几个月的时间内在室温下无减振成分从复合材料中分离和流出的现象。另外，发现在温度超过70℃时在一小时以上的时间内该材料也未出减振成分从复合材料中分离或流出的现象。所以，从质量上来说，该复合材料相对冷流是极其稳定的。藉由4号试验方法通过对力学下降位移的确定可分析地检测复合材料的稳定度。测得复合材料的平均下降位移是0.58毫米(两个相同样品的标准偏差是0.17毫米)，表示对冷液流具有很高的阻力。

与说明例子特征相同的，对此复合材料进行一组流变试验和分析。另外，从复合材料本身和将样品粘对钢垫片上以进行3点弯曲试验这两个方面来说，此复合材料和先前例子的区别仅在于采用较高克分子重量的低聚物。就所有其它方面来说(温度、程序等)，试验和分析都是相同的。图22中线66a、66b和66c示出了采用1号试验方法和1号分析方法所获得的此例材料的三条样品的有效E″标准曲线。另外所示的三条样品的标准曲线59a、59b和59c是用于说明先前的3MISD110材料的。可见在低频条件下复合材料具有比ISD110好得多的减振性能。在从0.01赫兹至接近于100赫兹的整个频带中，有效E″超过1×10达因/厘米²，最大性能在接近0.1赫兹处。图23中线67a、67b和67c示出了此例材料的相应有效tanδ标准曲线，与线61a、61b和61c的ISD110材料结果相比，表明在0.01至100赫兹条件下值大0.03。采用2号试验方法和1号分析方法所获得的纤维薄膜结果示出在图24和25中。图24中以线68a、68b和68c示出了此例材料的损失模量标准曲线，在线63a、63b和63c中示出了上述3M材料。图25以线69a、69b和69c示出了此例材料的tanδ标准曲线，线65a、65b和65c示出了3M材料。这些结果大致上与3点弯曲试验所获得的结果一致，并且当频率从0.01至100赫兹时E″超过5×10⁸、tanδ超过0.02。

这些结果证明在从0.01至100赫兹的较低频率带内此复合材料具有极好的减振性能。虽然这些频率对于一般的应用场合来说有些低，但由于结合有较高克分子重量形式的低聚物，所以此复合材料的性能表现出通过控制减振成分可修整减振性能。具体地，通过简单地调节低聚物的克分子重量，获得最大减振性能时的频率可以改变三个以上的数量级，这些结果最终表明在此频带内可通过简单地混入低聚物成分而连续地控制最大性能的能力。相同的原理，最大性能还可以调节以与一需要减振的系统中的特殊声音频率匹配。

另外，上述的减振性能可以在用于多种情况下的一稳定、相干的机械结构中实现。虽然复合材料的减振成分相对冷液流不稳定是固有的，但在一多孔骨架中的此材料已获得稳定度而适于实际应用。

例3

为了证明通过裹夹在一多孔骨架中就可使具有不同化学和物理特性的多种材料稳定的能力，现制造由两个单独成分制成的第三种复合材料。第一个成分是由Dow化学公司(代号DEN438)出售的粘滞性减振材料作为未固化的环氧树脂原料。第二种材料是与第一个例子中相同的ePTFE带。从化学性能上来说，减振材料是一种未固化的酚醛环氧树脂。此例所采用材料的特殊批号是No.KA0501M101。此材料在室温和升高温度下主要是粘性液体。在室温下，该材料将缓慢流动以充满一容器，并在其中放置数小时。当温度升高时(在100℃左右)，该材料变得流动性非常好并且易于倾倒。即使在高温下，该流体与PTFE成大于90°的接触角，从而可防止自发地与多孔PTFE材料湿润。此材料在室温下的高动态损失模量和tanδ使其具有极好的减振特性，虽然由于冷液流而实际上难以直接应用。如藉由3号试验方法所确定的，平均力学下降时间分析测定为124秒(8个同样样品的平均标准偏差为6.29秒)。这表明该酚醛在冷液流方面是极不稳定的，并且需要在实际应用中的大多数减振情况下使之稳定化。

由于环氧材料在多孔PTFE结构是不湿润的，所以藉由例1所采用的制造程序是不能制造其复合材料的。在此情况下，要采用一PTFE湿润溶剂来溶解环氧物并且将混合物在ePTFE带的空穴结构中湿润。然后在高温下将溶剂干燥去除而在ePTFE结构中留下环氧树脂。然后重复此程序，直至在多孔ePTFE带中获得所需量的环氧树脂。用来将环氧树脂吸在带中的溶剂是丙酮。在室温下通过简单的搅拌将重量百分比为20％的环氧树脂先混合在丙酮中。为了防止在干燥时PTFE带的收缩，可将材料样品束缚在一框架上。然后将该溶液置于一真空容器中并且将PTFE带置于流体中。为了避免在带的多孔结构中裹夹空气，可再对该系统抽真空(真空度近似29英寸)。将带浸在DEN438-丙酮溶液中在真空下保持近30秒，然后取出材料并在空气中干燥。此程序总共重复7次。为了驱除残留的丙酮，可花30分钟将该材料加热到150℃。然后将复合材料冷却到室温，从而完成制造过程。复合材料的最终松密度测得为1.079g/cc(12个同样样品的平均标准偏差为0.0234g/cc)。测得最终复合材料的厚度为1.51毫米(12个同样样品的平均标准偏差为0.00962毫米)，单位重量为0.163g/cm²(单位面积的质量)。

在室温(接近22℃)下长期对最终环氧-PTFE复合材料的稳定性进行检测。虽然环氧不湿润并且能够在这些温度下流动，但未发现环氧从该结构中分离或流出的现象。另外，还对在高达130℃的高温下材料的稳定性进行检测。还发现该材料在这些温度下达到约一小时仍是稳定的。所以，虽然该复合材料由一开口穴结构和不湿润的流体状填充物组成，但对于冷液流作用具有永久的稳定性和阻力。定量地来说，如藉由4号试验方法所测得的，平均下降位移是0.253毫米(12个同样样品的平均标准偏差是0.0799毫米)。此值还可以提供额外的证据，即该复合材料相对冷液流是极稳定的，并且适于大多数的应用场合。

切割复合材料材料样品以粘到钢垫片上，接着采用1号试验方法进行3点弯曲试验。通过将非常少量的DEN438材料涂到钢垫片表面上并且样品置于该涂层上，可将样品粘到适当的钢垫片上。然后，略加热垫片，即花几分钟加热到约50℃以产生可符合要求的粘结效果。在冷却时，在样品和金属表面之间获得一良好的临时性粘结。以此方式制成三条钢垫片样品并采用1号试验方法在-10、0、10、20、30和40℃条件下进行试验。采用1号分析方法进行时间温度叠加分析以形成在20℃的参照温度下表明有效E″的标准曲线。与在相同参照温度下对3M材料进行试验所获得的结果比较，所产生的标准曲线示出在图26中。(请注意，线70a和70b示出了此例材料的有效E″值)。在图27中示出了相应的有效tanδ标准曲线，其中线71a、71b和71c示出了此例的材料。

环氧PTFE复合材料的有效动态损失模量的标准曲线表明在声音频率范围中远超出3M材料(在100至10⁴赫兹范围内大于2.0×10¹¹)。另外，有效tanδ在此相同频带中在0.05以上。此表明在20℃下在此较大的频带中具有极好的减振性能。另外，即使在温度升高的情况下，在一相对冷液流具有所论证的力学稳定度的复合材料中也可获得此减振性能。

在实际上相同的温度下根据2号试验方法对环氧-PTFE复合材料进行纤维薄膜试验。然后，经过1号分析方法，构成在参照温度20℃的一E″时间-温度叠加标准曲线。图28示出了此标准曲线(线72a、72b和72c)和3M材料所获得的标准曲线(线63a、63b和63c)之间的比较。图29示出了相应的tanδ标准曲线，线73a、73b示出了此例材料，线65a、65b和65c示出了3M材料。复合材料表现出从100至10⁴赫兹频率范围中损失模量超过1.0×10⁹达因/厘米²，并且tanδ在此频带中超过0.1。总的来说，此数据表明复合材料以相对冷液流是固有稳定的形式具有极高的减振性能。

例4

已经证明了将多种不稳定的减振材料采用微孔ePTFE可稳定在一复合结构中的能力，现在说明这些复合材料可采用其它多孔聚合物骨架制成。为此，选择由DuPont de Nemours公司出售的商品名为NOMEX的厚非编织织物毛毡。由芳香族聚酰胺纤维构成的毛毡不是微孔的，但具有非常适于保持湿润流体的复杂多孔结构。图30示出了NOMEX复杂多孔结构的扫描电子显微图。测得在此例中用作骨架的NOMEX毛毡的平均松密度为0.309g/cc(6个同样样品的平均标准偏差为0.00708g/cc)，并且平均厚度为1.712毫米(6个同样样品的平均标准偏差为0.00753毫米)，平均单位重量为5.29×10^-2g/cm²。

为了将此骨架性能与例1的ePTFE骨架作直接比较，将NOMEX材料被与例1制造样品所用的相同批号氟-低聚物吸入。由于低聚物易于湿润NOMEX织物，所以可采用与制成例1中的样品一样的程序来制成一复合材料材料。对最终的复合材料进行测量，其平均松密度为1.769grams/cc(6个同样样品的平均标准偏差为0.0450g/cc)，平均厚度为2.18毫米(6个同样样品的平均标准偏差为0.039毫米)，平均单位重量为0.385g/cm²。

在室温下对此材料的稳定性进行长期检测(接近22℃)。发现在几个月的时间里低聚物未出现分离或流出现象。另外，当温度升高时(70℃)材料在一小时的时间里也是稳定的。未发现有分离现象或其它力学不稳定性。如藉由4号试验方法所确定的，可分析地确定平均力学下降位移为0.48毫米(2个同样样品的平均标准偏差为0.095毫米)。所以此复合材料对冷液流具有极高的力学稳定度和阻力。

采用1号和2号试验方法在与说明例1所用一样的温度条件下对该材料进行3点弯曲和纤维薄膜试验。图31至34示出了采用1号分析方法由此数据构成的时间-温度标准曲线，以与3M ISD110材料的结果进行比较。(请注意，在图31中，线74a、74b和74c示出了此例中材料的有效E″；在图32中，线75a、75b和75c示出了相同材料的有效tanδ；在图33中，线76a、76b和76c示出了此材料的E″；以及在图34中，线77a、77b和77c示出了此例材料的tanδ)。可见，从0.1至10,000赫兹的频率带中总的性能趋势与例1的那些相同，只是目前这一例的有效E″是双倍的，并且在特定频率时E″近似相同。由于纤维薄膜试验的绝对数量级和低聚物的相对负荷看上去是类似的，所以相对例1来说，有效E″值明显提高的原因是未知的。在任何情况下，通过3点弯曲试验和纤维薄膜试验，该例可表现出极好的减振性能，或仅就应用于钢垫片上而言。该复合材料比3M ISD110材料在声音范围内的性能好得多，即在1至10⁴赫兹时有效动态损失模量超过2.0×10¹¹达因/厘米²，并且相应的有效tanδ超过0.06。纤维薄膜试验结果表明在相同的频带中动态损失模量超过1.0×10⁹达因/厘米²，tanδ超过0.1。因而证明是具有极高力学稳定度的高减振性能复合材料。

例5

为了进一步证明可使不同的减振化合物通过采用不同骨架和减振成分而稳定，可采用先前例子中的所用的相同NOMEX骨架来制成一第五种复合材料。此时，用于例3中的粘滞性减振材料(DOW化学公司DEN438环氧树脂)可稳定于基体中。这可提供这一相同材料由NOMEX稳定的例子，这可与采用ePTFE作为骨架的例3相比。此例所用的NOMEX毛毡实际与先前例子中所用的材料相同。

虽然在高温下DEN438环氧树脂将湿润NOMEX结构，吸入基体的作用是比较弱的，并且采用与氟-低聚物所用的简单技术难以获得较高均匀性的负荷。所以为便于更好地湿润，先将一低张力表面涂层施加到NOMEX纤维表面上。虽然从力学的角度来说是几乎无意义的，但此微定量涂层可提供更好的湿润特性，而使采用与例4中低聚物所采用的相同程序使涂覆的NOMEX被DEN438湿润。在利用环氧化物湿润之前，施加到NOMEX上的特殊涂层是亲水性聚合物、四氟乙烯-乙烯醇共聚物。如美国专利5,130,024所描述的，此材料是ePTFE薄膜上的亲水涂层。由Dow DEN438湿润的最终复合材料测量出平均松密度为115g/cc(6个相同样品的平均标准偏差为7.98×10^-3g/cc)，并且平均厚度为1.90毫米(6个相同样品的平均标准偏差为0.0256毫米)，平均单位重量为0.218g/cm²。

在室温下对此材料的稳定性进行长期检测(接近22℃)。发现在几个月的时间里低聚物未出现分离或流出现象。另外，当温度升高时(150℃)材料在一小时的时间里也是稳定的。未发现有分离现象或其它力学不稳定性。如藉由4号试验方法所确定的，可分析地确定平均力学下降位移为0.39毫米(2个同样样品的平均标准偏差为7.78×10^-2毫米)。所以此复合材料对冷液流具有极高的力学稳定度和阻力。

采用1号和2号试验在与例3所采用的相同温度下对该复合材料进行试验。图35和36示出了采用1号分析方法从此数据构成的时间-温度标准曲线(示出了在图35的线78a、78b和78c，以及在图36的线79a、79b和79c中)以与3M ISD110材料的结果进行比较。图37中的线80a、80b和80c以及图38中线81a、81b和81c示出了相应的纤维薄膜试验结果。总的来说，结果都与例3所获得的结果非常相似，只是假定由于负荷偏移量和对钢梁的粘结特性略有不同，而存在较小的区别。具体地，在100至10⁴赫兹的频带中，有效损失模量超过2.0×10¹¹达因/厘米²，并且在相同频带中有效tanδ超过0.032。如通过纤维薄膜试验法所确定的，损失模量在相同的频带中超过1.0×10⁹，相应的tanδ超过0.3。因而可证明高减振性能的复合材料具有极高的力学稳定性。

Claims (27)

1.一复合减振材料，包括：

a)一多孔材料，以及

b)至少一种力学下降时间小于10⁴秒的第二种材料，所述第二种材料位于所述多孔材料的空穴中；所述复合材料力学下降位移小于1毫米，并且在0.1至10⁵赫兹频率带中至少在一点处动态损失模量标准曲线值大于1×10⁹达因/厘米²。

2.如权利要求1所述的复合减振材料，其特征在于，在0.1至10⁵赫兹频率带中至少一点处动态损失模量标准曲线值大于1.5×10⁹达因/厘米²。

3.如权利要求1所述的复合减振材料，其特征在于，在0.1至10⁵赫兹频率带中至少一点处tanδ标准曲线值大于0.1。

4.如权利要求3所述的复合减振材料，其特征在于，在0.1至10⁵赫兹频率带中至少一点处动态损失模量标准曲线值大于1.5×10⁹达因/厘米²。

5.如权利要求1所述的复合减振材料，其特征在于，第二种材料的力学下降时间小于500秒，并且复合材料的力学下降位移不大于1.0毫米，在0.1至10⁵赫兹频率带中至少一点处动态损失模量标准曲线值大于1.5×10⁹达因/厘米²。

6.如权利要求5所述的复合减振材料，其特征在于，在0.1至10⁵赫兹频率带中至少一点处tanδ标准曲线值大于0.1。

7.如权利要求1，2，3，4，5或6所述的复合减振材料，其特征在于，多孔材料是一聚合物。

8.如权利要求7所述的复合减振材料，其特征在于，所述聚合物是由经氟化处理的聚合物、一聚酰胺、一聚烯烃、一经氯化处理的聚合物或醋酸纤维素中选出的。

9.如权利要求8所述的复合减振材料，其特征在于，所述聚合物是经氟化处理的聚合物。

10.如权利要求9所述的复合减振材料，其特征在于，所述经氟化处理的聚合物是聚四氟乙烯。

11.如权利要求10所述的复合减振材料，其特征在于，所述多孔聚四氟乙烯是微孔的。

12.如权利要求1，2，3，4，5或6所述的复合减振材料，其特征在于，

所述多孔材料是从陶瓷、玻璃或金属中选出的。

13.如权利要求1，2，3，4，5或6所述的复合减振材料，其特征在于，所述第二种材料是从环氧化物、氟碳、聚氨基甲酸乙酯、丙烯酸聚合物、硅酮以及聚异丁乙烯中选出的。

14.如权利要求13所述的复合减振材料，其特征在于，所述第二种材料是低聚全氟化碳。

15.如权利要求13所述的复合减振材料，其特征在于，所述第二种材料是未固化的线型环氧树脂。

16.如权利要求7所述的复合减振材料，其特征在于，所述第二种材料是低聚全氟化碳或未固化的线型环氧树脂。

17.如权利要求9所述的复合减振材料，其特征在于，所述第二种材料是低聚全氟化碳或未固化的线型环氧树脂。

18.如权利要求11所述的复合减振材料，其特征在于，所述第二种材料是是低聚全氟化碳或未固化的线型环氧树脂。

19.如权利要求12所述的复合减振材料，其特征在于，所述第二种材料是低聚全氟化碳或未固化的线型环氧树脂。

20.如权利要求1，2，3，4，5或6所述的复合减振材料，其特征在于，多孔材料或第二种材料之一或两者都包含一填充材料。

21.如权利要求1所述的复合减振材料，其特征在于，多孔材料是微孔PTFE，第二种材料是低聚全氟化碳或未固化的线型环氧树脂。

22.一复合形式，包括将易受到振动的表面粘到如权利要求1，2，3，4，5，6或21的复合材料上。

23.如权利要求22所述的复合形式，其特征在于，该表面是一磁盘驱动装置的一部分。

24.如权利要求22所述的复合形式，其特征在于，所述表面是一车辆或飞机的一部分。

25.如权利要求22所述的复合形式，其特征在于，所述表面是一运动器材的一部分。

26.如权利要求22所述的复合形式，其特征在于，所述表面是一电线或电缆的一部分。

27.如权利要求22所述的复合形式，其特征在于，所述表面是一加工系统。

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