一種夾心阻尼復合結構浮力材料及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種夾心阻尼復合結構浮力材料，包括芯材、面材和阻尼涂層，芯材為浮力材料模塊，浮力材料模塊包括環氧樹脂、環氧活性稀釋劑、固化劑、硅烷偶聯劑和空心玻璃微珠，經過預混、捏合、模壓、固化，切割成固體的浮力材料模塊，面材為高剛度纖維增強環氧玻璃鋼、薄鋼板或鋁合金板；阻尼涂層為聚醚型聚氨酯彈性體，涂敷在芯材與芯材、芯材與面材、面材與面材之間。本發明使得傳統的固體浮力材料有更高的防水密封性及阻尼性能，使固體浮力材料應用范圍更為廣泛。
【專利說明】一種夾心阻尼復合結構浮力材料及其制備工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種聚合物基輕質復合材料，具體涉及一種夾心阻尼復合結構浮力材料及其制備工藝。
【背景技術】
[0002]目前在航空、航天、航海及其他工程領域對具有低密度、高剛度、大阻尼減振復合材料的需求不斷增加，由于夾芯復合材料具有良好的比剛度、比強度、大阻尼特性，廣泛應用于艦艇、潛水器的減振、吸聲、提供浮力的領域。隨著阻尼減振技術的不斷發展，從自由阻尼涂層逐漸發展到約束阻尼涂層結構及插入阻尼涂層結構。阻尼敷設形式也從單層阻尼發展到多層阻尼結構，多層阻尼多層約束的間隔處理，已成為夾芯復合結構中一種主要的敷設工藝形式。
[0003]中國專利CN 201110037996.X報道了一種夾心阻尼復合材料，由外層、內層和阻尼涂層構成。其中外層為結構層，是一種高剛度纖維增強樹脂基復合材料，內層為夾心層，由硬質泡沫塑料構成。阻尼涂層位于結構層與結構層之間或位于結構層與夾心層之間。材料的外層和內層共同構成夾心結構，以提供材料整體的剛度和強度，使材料具有較高的結構阻尼減振降噪性能。
[0004]美國專利USP4，021，589，USP 5,973,031報道一種空心玻璃微珠填充不飽和聚酯樹脂制造的浮力材料。由不飽和聚酯，過氧化甲乙酮為固化劑制備聚酯樹脂基體。填充空心玻璃微珠和空心聚合物微球作為降低密度的基質制備浮力材料，表層外護聚乙烯、聚氨酯彈性體或玻璃纖維增強的聚合物基復合材料，浮力材料的密度為0.60g/cm3.是一種具有包覆層的浮力材料。
[0005]中國專利CN200410030821.6報道了一種化學發泡法制備的具有夾層結構的固體浮力材料，由芯材和面材組成，芯材是一種高強度硬質泡沫塑料，面材是噴涂聚氨酯彈性體，該固體浮力材料密度為0.33g/cm3，壓縮強度為5.5Mpa。以上專利均未報道具有夾心阻尼復合結構的浮力材料制備方法。
[0006]
【發明內容】
本發明克服現有技術的不足，提出一種夾心阻尼復合結構浮力材料及其制備工藝，本發明的目的是提供一種低密度、高剛度、大阻尼夾心復合結構固體浮力材料，其特點是采用具有優良粘結性能和阻尼性能的聚氨酯彈性體，作為芯材與芯材、芯材與面材、面材與面材之間的黏接阻尼涂層，制得多層阻尼結構的多功能浮力材料。使得傳統的固體浮力材料有更高的防水密封性及阻尼性能，使固體浮力材料應用范圍更為廣泛。
[0007]本發明的技術方案為，一種夾心阻尼復合結構浮力材料，包括芯材、面材和阻尼涂層，芯材為浮力材料模塊，浮力材料模塊包括環氧樹脂、環氧活性稀釋劑、固化劑、硅烷偶聯劑和空心玻璃微珠，經過預混、捏合、模壓、固化，切割成固體的浮力材料模塊，浮力材料模塊的配比按100質量份環氧樹脂計為:環氧樹脂100，環氧活性稀釋劑20-25，固化劑40— 80，硅烷偶聯劑3—5，空心玻璃微珠85—100 ;面材為高剛度纖維增強環氧玻璃鋼、薄鋼板或鋁合金板；阻尼涂層為聚醚型聚氨酯彈性體，涂敷在芯材與芯材、芯材與面材、面材與面材之間；聚醚型聚氨酯彈性體是一個聚氨酯彈性體阻尼涂層，聚氨酯彈性體阻尼涂層包括A組份和B組份，A組份為異氰酸酯預聚體；B組份包括羥基聚醚、胺擴鏈劑、有機硅消泡劑、氫氧化鋁、云母粉、有機膨潤土、硅烷偶聯劑和填料，B組份以100質量份聚醚多元醇計為:羥基聚醚100，胺擴鏈劑30，硅烷偶聯劑12，有機硅消泡劑6，填料35，氫氧化鋁210，云母粉35，有機膨潤土 1.5。
[0008]制備工藝為:
將計量的環氧樹脂、環氧活性稀釋劑、硅烷偶聯劑、經過級配的空心玻璃微珠進行預混合，投入捏合機中捏合，加入固化劑捏合至物料均勻；
置于模具中熱壓成型，脫模后經過后固化制得固體浮力材料毛坯；
經修整的毛坯經機加工制成浮力材料模塊；
浮力材料模塊表面涂阻尼涂層，涂層外表面敷貼面材經室溫或加溫固化，制備具有夾芯阻尼復合結構的固體浮力材料。
[0009]上述所述的環氧樹脂:雙酚A環氧樹脂(E—51、E — 52、E — 44)、雙酚S環氧樹脂(830S)、脂環族環氧樹脂(H — 71、6201)或雜環型環氧樹脂(TDE—85、712)。
[0010]上述所述的環氧活性稀釋劑:正丁基縮水甘油醚(BGE)、苯基縮水甘油醚(PGE)、二縮水甘油醚(DGE)、二縮水甘油基苯胺(DGA)或三羥甲基丙烷三縮水甘油醚(TMPGE)。
[0011]上述所述的固化劑:聚酰胺(300#、400#、650、651)、酸酐(MeTHPA)、芳香族多元胺(DDM、DDS)、脂肪胺(593)或脂環族多元胺(IPDA)。
[0012]上述所述的娃燒偶聯劑:3_ (2，3-環氧丙氧基)丙基二甲氧基娃燒(KH560)、3-氣丙基三甲氧基硅烷(KH550)或r -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)。
[0013]上述所述的空心玻璃微珠:美國三Μ公司空心玻璃微珠，密度范圍0.125—0.60g/cm3、蛘埠玻璃鋼工業設計研究院空心玻璃微珠，密度范圍0.22—0.51g/cm3、馬鞍山礦山研究院空心玻璃微珠，密度范圍0.15—0.60g/cm3。
[0014]本發明具有如下有益效果:，
本發明提供一種低密度、高剛度、大阻尼夾心復合結構固體浮力材料，其特點是采用具有優良粘結性能和阻尼性能的聚氨酯彈性體，作為芯材與芯材、芯材與面材、面材與面材之間的黏接阻尼涂層，制得多層阻尼結構的多功能浮力材料。本發明使得傳統的固體浮力材料有更高的防水密封性及阻尼性能，使固體浮力材料應用范圍更為廣泛。
[0015]【具體實施方式】:
實施例1
稱取1200克環氧樹脂，280克環氧活性稀釋劑，55克硅烷偶聯劑，投入備有攪拌器的預混罐中，將液體物料攪拌均勻，分批投入1100克經級配的空心玻璃微珠預混合，將預混合物料投入10升捏合機中，捏合15分鐘。加入360克3，3’- 二乙基4，4’- 二氨基二苯基甲烷，150克異佛爾酮二胺固化劑，繼續捏合60分鐘至物料混合均勻。出料填入內腔尺寸200 X 200 X 100mm模具中，熱壓固化成型，脫模后經130°C后固化4小時，制得固體浮力材料毛坯，毛坯經機加工制成浮力材料模塊。材料密度0.517g/cm3，單軸抗壓強度34.2Mpa，空心玻璃微珠體積分數64.0 %
實施例2稱取180克環氧樹脂，45克環氧活性稀釋劑，11克硅烷偶聯劑，投入備有攪拌器的預混罐中，室溫下將物料攪拌均勻，分批投入180克經級配的空心玻璃微珠預混合，將預混合物料投入捏合機中，捏合15分鐘。加入136克甲基四氫鄰苯二甲酸酐，9克2-乙基-4-甲基咪唑催化劑，繼續捏合60分鐘至物料混合均勻。出料填入內腔尺寸為120X 120X 50mm模具中，熱壓固化成型，脫模后經140°C后固化4小時，制得固體浮力材料毛坯，毛坯經機加工制成浮力材料模塊。材料密度0.515g/cm3，單軸抗壓強度31.6Mpa， 空心玻璃微珠體積分數64.4 %。
[0016]實施例3
阻尼涂層的制備:阻尼層是一種聚醚型聚氨酯彈性體，由A、B兩組份構成，A組份為異氰酸酯預聚體組份為羥基聚醚、胺擴鏈劑、硅烷偶聯劑、阻尼填料等組成。
[0017] A組份的制備:
稱取400克D-2000聚醚多元醇于1000ml三口瓶中，加熱到100—110°C真空脫水1小時。降溫到60—70°C以下，投入300克MD1-50多異氰酸酯，加熱到80°C預聚反應2小時，出料置于密封容器中。取樣測試游離異氰酸酯含量10%。
[0018]B組份的制備:
稱量下列各組分，于攪拌研磨分散機中研磨分散均勻制備B組份.B組份以100質量份聚醚多元醇計:D-2000聚醚多元醇100，胺擴鏈劑30，有機硅消泡劑6，硅烷偶聯劑12，受阻酚阻尼填料35，氫氧化鋁210，云母粉35，有機膨潤土 1.5.以A、B兩組份按質量比為100比200配制阻尼涂層，涂層性能如下:
表干 25 °C≤ 6h,
實干 25 °C≤24h
與基材的黏結強度> 5Mpa自由阻尼損耗因子，平均Tan δ ≥1.0實施例4
實施例1制備的浮力材料模塊，表面涂敷2-3mm實施例3制備的阻尼涂層，室溫固化1周或80°C固化4小時，制得自由阻尼復合結構浮力材料。
[0019]實施例5
實施例2制備的浮力材料模塊，在兩塊模塊間涂敷2-3mm實施例3制備的阻尼涂層，黏接成三明治結構作為芯材，芯材表面再涂敷阻尼涂層，經室溫固化1周或80°C固化4小時，制得自由阻尼夾芯復合結構浮力材料。
[0020]實施例6
實施例1制備的浮力材料模塊作為芯材，芯材表面涂敷2—3_實施例3制備的阻尼涂層作為夾芯阻尼層，面材為玻璃纖維增強環氧玻璃鋼。芯材與面材之間構成約束阻尼夾芯復合結構浮力材料。
實施例7
實施例1制備的浮力材料模塊，在兩塊模塊間涂敷2-3mm實施例3制備的阻尼涂層，黏接成三明治結構作為芯材，芯材表面涂敷2—3_實施例3制備的阻尼涂層，面材為層間涂敷阻尼層的兩層薄鋼板或玻璃鋼板，構成多層阻尼多層約束的夾芯復合結構。由實施例4#、5#、6#、7#制備的夾芯復合結構浮力材料性能列于表1中:
【權利要求】
1.一種夾心阻尼復合結構浮力材料，其特征是:包括芯材、面材和阻尼涂層，芯材為浮力材料模塊，浮力材料模塊包括環氧樹脂、環氧活性稀釋劑、固化劑、硅烷偶聯劑和空心玻璃微珠，經過預混、捏合、模壓、固化，切割成固體的浮力材料模塊，浮力材料模塊的配比按100質量份環氧樹脂計為:環氧樹脂100，環氧活性稀釋劑20—25 ,固化劑40—80,娃烷偶聯劑3-5，空心玻璃微珠85—100;面材為高剛度纖維增強環氧玻璃鋼、薄鋼板或鋁合金板；阻尼涂層為聚醚型聚氨酯彈性體，涂敷在芯材與芯材、芯材與面材、面材與面材之間；聚醚型聚氨酯彈性體是一個聚氨酯彈性體阻尼涂層，聚氨酯彈性體阻尼涂層包括A組份和B組份，A組份為異氰酸酯預聚體；B組份包括羥基聚醚、胺擴鏈劑、有機硅消泡劑、氫氧化鋁、云母粉、有機膨潤土、硅烷偶聯劑和填料，B組份以100質量份聚醚多元醇計為:羥基聚醚100，胺擴鏈劑30，硅烷偶聯劑12，有機硅消泡劑6，填料35，氫氧化鋁210，云母粉35，有機膨潤土 1.5。
2.根據權利要求1所述的夾心阻尼復合結構浮力材料，其特征是:其制備工藝為:將計量的環氧樹脂、環氧活性稀釋劑、硅烷偶聯劑、經過級配的空心玻璃微珠進行預混合，投入捏合機中捏合，加入固化劑捏合至物料均勻；置于模具中熱壓成型，脫模后經過后固化制得固體浮力材料毛坯；經修整的毛坯經機加工制成浮力材料模塊；浮力材料模塊表面涂阻尼涂層，涂層外表面敷貼面材經室溫或加溫固化，制備具有夾芯阻尼復合結構的固體浮力材料。
3.根據權利要求1或2所述的夾心阻尼復合結構浮力材料，其特征是:上述所述的環氧樹脂為:雙酚A環氧樹脂(E— 51、E— 52、E— 44)、雙酚S環氧樹脂(830S)、脂環族環氧樹月旨(H — 71、6201)或雜環型環氧樹脂(TDE — 85、712)；上述所述的環氧活性稀釋劑為:正丁基縮水甘油醚(BGE)、苯基縮水甘油醚(PGE)、二縮水甘油醚(DGE)、二縮水甘油基苯胺(DGA)或三羥甲基丙烷三縮水甘油醚(TMPGE)；上述所述的固化劑為:聚酰胺(300#、400#、650、651)、酸酐(MeTHPA)、芳香族多元胺(DDM、DDS)、脂肪胺(593)或脂環族多元胺(IPDA)；上述所述的娃燒偶聯劑為:3- (2，3-環氧丙氧基)丙基二甲氧基娃燒(KH560)、3_氨丙基三甲氧基硅烷(KH550)或r -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)；上述所述的空心玻璃微珠密度范圍為0.125—0.60g/cm\0.22—0.51g/cm3或者·0.15——0.60g/cm3。
【文檔編號】C09J11/04GK103707590SQ201310733298
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月26日 優先權日:2013年12月26日
【發明者】劉連河, 張樹華, 魏浩, 張茂偉, 王德威, 王祖華, 黃加強, 武莉 申請人:青島海洋新材料科技有限公司