CN1597783B

CN1597783B - 一种沥青基复合阻尼材料及其制备方法和用途

Info

Publication number: CN1597783B
Application number: CN 200410046625
Authority: CN
Inventors: 张友南; 杨军; 贺才春; 谢彦飞; 王迪珍
Original assignee: South China University of Technology SCUT; Zhuzhou Times New Material Technology Co Ltd
Current assignee: South China University of Technology SCUT; Zhuzhou Times New Material Technology Co Ltd
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2004-08-02
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2024-08-02
Also published as: CN1597783A

Abstract

一种沥青基复合阻尼材料及其制备方法和用途，属于一种高分子阻尼材料的制备及利用，以高分子聚合物改性沥青为基料，再适量添加填充剂、阻燃剂、阻尼剂、其他助剂等各种无机填料后，通过加水混炼即可制作成为一种能满足本发明目的的沥青基复合阻尼材料，并在通过对复合材料的各种配合剂的种类和用量进行了系统的研究和实验考察，得到了性能比较优良的配方。可以广泛应用于各种需要减振降噪的工况场所，特别是用于洗碗机隔振垫，具有较好的减振、降噪效果，能够明显有效地减少洗碗机工作时产生的振动和噪声的特点，并且具有很好耐水性和阻燃性能。

Description

一种沥青基复合阻尼材料及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及一种沥青材料的组合物(国际分类号为C08L95/00)，尤其是指一种以沥青为基体的新型复合阻尼材料。可广泛用于各种需要减振降噪的工况场所，特别是用于减振降噪工业中，制作降低机械振动的沥青基阻尼块，它能有效地减少机械零部件工作时所产生的振动以及阻隔其所产生的噪声。

技术背景

随着现代工业的飞速发展，机器设备的性能日益提高，各工业领域机器设备正向高速、高效、高精度和自动化方向发展。但伴随这些发展而来的就是振动和噪声问题，它严重地破坏了机器设备运行的稳定性和可靠性，限制了机器性能的提高，加速结构的疲劳损坏和失效，缩短机器设备的寿命，污染环境，危害人们的健康，有的甚至会产生严重的后果。为此振动噪声控制技术得到了广泛的关注和应用，其中阻尼技术在振动噪声控制中是一种非常有效的技术。

表面阻尼处理是阻尼技术之一。这种技术已广泛应用于航天航空、交通运输、轻工纺织等行业，它是通过利用阻尼材料对结构材料进行表面处理以提高结构阻尼、抑制共振、改善结构的抗振降噪性能。表面阻尼处理通常分为两大类：其一为自由阻尼处理，在这种阻尼结构中，阻尼层随基本结构一起产生弯曲振动时，主要是通过受拉压变形而耗损振动能量。其二为约束处理，阻尼层随基本结构一起产生弯曲振动时，由于约束层的限制，主要承受剪切变形，从而产生阻尼耗能。

阻尼材料需要满足以下四个条件：第一，材料最大损耗因子峰值β_max要高，这时相应的温度T_g要和工作温度相符；第二，玻璃态转变区的温度范围ΔT_0.7要宽，以适应使用环境可能有的温度变化；第三，要有适量的弹性模量和剪切模量；第四，具有良好的工艺性能，易于粘贴，不易老化，有良好的阻燃性能等。现有的阻尼材料可以分为四类：阻尼粘弹材料，包括橡胶类、沥青类和塑料类；阻尼合金，基体包括铁基、铝基等；复合材料，包括层压材料及混合材料；库仑摩擦阻尼材料，包括不锈钢钢丝网、钢丝绳、碳素纤维和玻璃纤维等。除此之外还有一些特殊用途的阻尼材料，如阻尼陶瓷、阻尼珐琅、玻璃等。目前在工程上用得较为广泛的阻尼材料是粘弹阻尼材料，高分子聚合物。沥青基阻尼材料是通过共混法将改性后的沥青与无机物粉末经过机械加工混炼处理后得到的薄型片状材料。该材料使用时工艺简单方便，尤其对于大面积的壳体振动和噪声的控制，具有良好的效果，同时还能起到表面隔热和防腐蚀的作用。目前汽车领域已经采用了该类阻尼材料，主要用于车内的减振降噪处理，但现有的该类阻尼材料存在着受热即发出气味的缺点，而且在减振效果和阻燃性方面也有待于进一步提高。特别是现有的洗碗机隔振垫大都是采用普通橡胶制作的，减振效果较差，而且耐磨性阻燃性等方面也不理想，因此急需加以改进。

发明内容

本发明的目的之一是要针对机械零部件工作时所产生的振动，提出一种减振效果和阻燃性更好的一种沥青基阻尼材料，该种沥青基阻尼块具有较好的减振、降噪效果，能够明显有效地减少机械零部件工作时产生的振动和噪声，并且具有很好耐水性和阻燃性能。

本发明的目的之二是提出一种生产所述的沥青基阻尼材料的生产工艺方法，该生产工艺能降低制造成本。

本发明的目的之三是提出所述的沥青基阻尼材料的用途。

本发明是通过如下技术方案来实现的：通过实验和研究表明，利用高分子聚合物改性沥青为基料，再适量添加填充剂、阻燃剂、阻尼剂、其他助剂等各种无机填料后，通过加水混炼即可制作成为一种能满足本发明目的的沥青基复合阻尼材料，并在通过对复合材料的各种配合剂的种类和用量进行了系统的研究和实验考察，得到了性能比较优良的配方。本发明的阻尼材料组成基本成分及配比如下：(质量份)

改性沥青 100

填充剂 50-260

阻燃剂 30-160

阻尼剂 30-280

其他助剂 5-80

本发明的沥青基阻尼材料中改性沥青是核心成分，对材料的整体性能起着很大作用，目前，工业应用的改性沥青大部分是用SBS对沥青进行改性，SBS是目前世界上应用最广泛的沥青改性剂之一，SBS是一种热塑性弹性体，是以丁二烯与1，3-苯乙烯为单体，采用阴离子聚合制得的线型结构或星型结构的嵌段共聚物。它能增强沥青的抵抗永久变形性能，并减少温度敏感性。尤其是它的胶乳形式的使用越来越广泛，它可以有效地改善沥青的柔性，增强沥青的抵抗永久变形性能，并减少温度敏感性。SBS的改性效果与SBS的品种、分子量密切相关，星型SBS的改性效果优于线形。本发明所用的改性沥青也可以通过SBR来改性得到。

本发明所用的填充剂可以选用碳酸钙、硫酸钡、高岭土和硅藻土等无机物的一种或几种组合。加入填充后，这些无机填料能够很好的填充到高分子链之间的空隙结构中，起到很好的填充作用，还能够保证制品的尺寸稳定性，并能大大的降低生产成本。

本发明所用的阻燃剂可以是氢氧化镁或氢氧化铝的一种或两种的材料组合，由于在氢氧化镁、氢氧化铝分子结构中本身含有结晶水，燃烧时能够放出水分子，从而达到阻燃的目的。

本发明所用的阻尼材料主要是蛭石粉。无机阻尼材料的阻尼作用主要是由于材料本身具有层状结构，或者线性结构，在共混材料受到外力作用时，无机材料的片层之间或线性针状微观结构之间会产生相互的摩擦，从而消耗部分机械能，转化为热能，这样可以起到减振、阻尼效果。蛭石是一种层状结构的含镁的水铝硅酸盐，外形似云母，因为其受热膨胀时呈挠曲状，形态酷似水蛭，故此称为蛭石。蛭石矿物的名称来自拉丁文，带有″蠕虫状″、″虫迹形″的意思。中文称蛭石为像水蛭一样弯曲的矿物。蛭石化学成分(Mg、Fe、AL)₃[(Si、AL)₄O₁₀(OH)₂]·4H₂O，但常变化不定，单斜晶系，通常呈片状，呈褐、黄褐或古铜色，油脂光泽，硬度1～1.5，密度2.4～2.7g/cm³。蛭石的形态有粗细两种，粗者多由黑云母等转化而来，保持云母片状或鳞片状形态特征；细者呈土状，它具有隔热、耐冻、抗菌、防火、吸声好等优点。

本发明所加入的其它助剂主要是为了改善加工工艺，加入定量的滑石粉可以解决混炼时粘辊的问题，而且便于成型。

本发明所述沥青基阻尼材料的制备方法为：

第一步：采用SBS对沥青进行改性，按照常规改性沥青制备方法制作出改性沥青备用。

第二步：按照配比将改性沥青和其他无机填充料称量好，在捏合机中进行混炼。此时，需要加入适量的水(配比约为1∶20)。

第三步：待无机填料均匀混合后，即可在三辊或四辊压延机上成型出片，片材的具体规格(包括厚度、形状等)根据实际使用要求而定。

目前，改性沥青片材工业化批量生产的设备主要是：剪切磨和捏合机，成型的时候加上三辊或四辊压延机。剪切磨主要是用来将聚合物分散在沥青的工艺过程，捏合机是用于将无机填充料加入改性沥青的工序，批量生产的工艺可能与上面还有所不同，需要根据设备的具体情况进行调整。

按照本发明所述的配方和配比，以及制作工艺所做出的沥青基复合阻尼材料具有以下优点：

1、由于采用了改性沥青作为基料并加入了阻尼剂，因而具有很好的减振效果，能够明显有效地减少机械零部件工作时产生的振动和噪声；

2、由于在材料中添加了阻燃剂，提高了材料的阻燃性和高温热稳定性，并且具有很好耐水性和阻燃性能；

3、由于在材料中添加了填充剂，使得本发明的沥青基复合阻尼材料生产工艺较常规的生产工艺的成本更低，能降低制造成本。

本发明可以广泛应用于各种需要减振降噪的工况场所，特别是用于洗碗机隔振垫，具有较好的减振、降噪效果，能够明显有效地减少洗碗机工作时产生的振动和噪声的特点，并且具有很好耐水性和阻燃性能。

沥青基阻尼材料DMTA损耗因子测试结果如表1：

表1

频率(Hz)	扫描温度(℃)	阻尼因子
频率(Hz)	扫描温度(℃)	阻尼因子	2	0~100℃	≥0.3
10	0~100℃	≥0.25	2	0~100℃	≥0.3
10	0~100℃	≥0.25	36	0~100℃	≥0.25
46	0~100℃	≥0.25	36	0~100℃	≥0.25

现有汽车用某种沥青基阻尼材料测试结果如表2：

表2

频率(Hz)	扫描温度(℃)	阻尼因子
频率(Hz)	扫描温度(℃)	阻尼因子	2	0~100℃	≥0.10
10	0~100℃	≥0.17	2	0~100℃	≥0.10
10	0~100℃	≥0.17	36	0~100℃	≥0.15
46	0~100℃	≥0.08	36	0~100℃	≥0.15

具体实施例

下面将结合具体实施例作进一步具体说明本发明沥青基复合阻尼材料及其制作工艺和用途。

实施例一

利用SBS，采用常规方法对沥青进行改性，制成改性沥青基料，再添加各种无机填料后，制作成沥青基复合阻尼材料。材料的组成基本成分及配比如下：(质量份)

改性沥青 100

填充剂 20

阻燃剂 30

阻尼剂 120

其他助剂 5

其中：填充剂为碳酸钙；阻燃剂为氢氧化镁；阻尼剂为蛭石粉；其他助剂为滑石粉。

本实施例的制作工艺为：

第二步：按照配料比例将改性沥青和其他无机填充料称量好，在捏合机中进行混炼。此时，需要加入适量的水(配比约为1∶20)。

按照本实施例制作的沥青基复合阻尼材料，具有弹性较好的特点，可广泛用于车辆内部的减振、降噪材料。

实施例二

实施例二与实施例一的制作方法是一样的，只是材料的成份和配比有所改动，更强调材料的耐水性和阻燃性能，具体材料配比如下：(质量份)

改性沥青 100

填充剂 230

阻燃剂 65

阻尼剂 45

其他助剂 75

其中：填充剂为硫酸钡；阻燃剂为氢氧化铝；阻尼剂为蛭石粉；其他助剂为滑石粉。

按照本实施例制作的沥青基复合阻尼材料，具有高温热稳定性好，耐水性和阻燃性好的特点，可广泛用于作为高速运转的机械运动部件的减振、降噪材料(如洗碗机)。

实施例三

实施例三与实施例一的制作方法是一样的，只是材料的成份和配比有所变化，更强调材料的经济性能，具体材料配比如下：(质量份)

改性沥青 100

填充剂 50

阻燃剂 150

阻尼剂 270

其他助剂 30

其中：填充剂为高岭土；阻燃剂为氢氧化铝；阻尼剂为蛭石粉；其他助剂为滑石粉。

按照本实施例制作的沥青基复合阻尼材料，在具有优良的减振、降噪效果和高温热稳定性、耐水性和阻燃性好的条件下，并具有更为突出的是制作成本低的特点，可广泛用于作为一般机械运动部件的减振、降噪材料。

Claims

1.一种沥青基复合阻尼材料，其特征在于：所述的沥青基复合阻尼材料是由改性沥青基料，再添加各种无机填料后，制作成沥青基复合阻尼材料的，材料的组成基本成分及质量份配比如下：改性沥青100；填充剂50-260；阻燃剂；30-160；阻尼剂；30-280；其他助剂；5-80；所述的改性沥青是通过SBS来改性制成的；所述的阻燃剂是氢氧化镁或氢氧化铝的一种或两种组合；所述的填充剂是碳酸钙、硫酸钡、高岭土和硅藻土的一种或几种组合；所述的阻尼剂主要是蛭石粉；所述的其它助剂主要是滑石粉。

2.一种按照权利要求1所述沥青基复合阻尼材料的制备方法，其特征在于：

所述的一种沥青基复合阻尼材料是按下述制作工艺制作的：

第一步：采用SBS对沥青进行改性，按照常规改性沥青制备方法制作出改性沥青备用；第二步：按照配比将改性沥青和其他无机填充料称量好，在捏合机中加入适量的水进行混炼；第三步：待无机填料均匀混合后，即可在三辊或四辊压延机上成型出片，片材的具体规格，根据实际使用要求而定。

3.如权利要求1所述的一种沥青基复合阻尼材料的用途，其特征在于：所述的一种沥青基复合阻尼材料主要用于洗碗机隔振垫。