一种以空壳泡沫陶瓷球为骨料的分散层复合阻尼材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于国防工程防护材料领域，特别是涉及人防指挥工程成层式结构的一种 以空壳泡沫陶瓷球为骨料的分散层复合阻尼材料。
【背景技术】
[0002] 将砂、土作为分散层功能单元设置于遮弹层与围护结构之间，一直是人防指挥工 程抗爆的重要措施，且具有取材方便、价格低廉、施工简单等特点，但在长期使用过程中发 现存在两个方面的缺点：（1)吸水饱和或板结后衰减系数大幅度下降，有资料表明：干燥松 散的砂衰减系数为3. 25,而吸水饱和后砂的衰减系数为2. 5 ; (2)衰减机制仅包括散状材料 的高频碰撞摩擦，方式比较单一，效率比较低；（3)易塌陷、板结等。
[0003] 因此，国内外同类研究机构越来越重视新型分散层材料的研制和应用研究。美国 陆军水道实验站聚乙烯骨料混凝土、泡沫玻璃、聚氨酯泡沫等材料对地冲击应力波的吸收 能力，研究发现该类材料模量与地冲击应力波的强度不匹配；国内唐德高等研究了泡沫混 凝土作为地下坑道回填材料的抗爆吸能能力；赵凯等研究了泡沫混凝土作为成层式结构分 散层对爆炸波的衰减和弥散作用，但在实际使用过成长发现，泡沫混凝土也容易吸水饱和， 因此性能大幅度下降。薄壁壳体结构作为缓冲、吸能元件是近年来防护设计的一个新思路， 圆管、圆环和球壳都是有限的吸收元件，但目前仅限于实验室试验模型，难以推广到大比尺 的防护结构设计。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种以空壳泡沫陶瓷球为骨料的分散层复合阻尼材料，具有 衰减系数更大、性价比更高、性能更稳定等特点，能够代替目前正在使用的砂土等就便材 料，提高成层式防护结构的综合防护能力。
[0005] 为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] -种以空壳泡沫陶瓷球为骨料的分散层复合阻尼材料，包括：空壳泡沫陶瓷球 (1)、高黏弹沥青和聚苯乙烯颗粒的共混物（2)，空壳泡沫陶瓷球（1)内设置有高黏弹沥青 和聚苯乙烯颗粒的共混物（2)。
[0007] -种以空壳泡沫陶瓷球为骨料的分散层复合阻尼材料，所述空壳泡沫陶瓷球（1) 采用了 一种球壳结构、孔隙率高的闭孔泡沫陶瓷材料。
[0008] -种以空壳泡沫陶瓷球为骨料的分散层复合阻尼材料，所述粘接材料由聚苯乙烯 颗粒与高黏弹沥青共混制成，能够保持材料黏弹性本征阻尼的同时，还能大幅度降低材料 的密度；所述聚苯乙烯颗粒与高黏弹沥青共混的质量为比100:2 ;所述聚苯乙烯颗粒的直 径为1mm。
[0009] -种以空壳泡沫陶瓷球为骨料的分散层复合阻尼材料，所述的高黏弹沥青材料由 石油沥青、线型SBS、芳烃油和强氧化剂经高温共混改性而成，是一种半互穿网络微观结构， 同时具有损耗因子大、温敏性低和理想模量-时温的特性。
[0010] -种以空壳泡沫陶瓷球为骨料的分散层复合阻尼材料，所述的高黏弹沥青材料的 配方比例为：石油沥青：线型SBS:芳烃油：氧化剂=100:26:30:1。
[0011] -种以空壳泡沫陶瓷球为骨料的分散层复合阻尼材料，所述空壳泡沫陶瓷球（1) 内设置的共混物（2)，是将共混物（2)的高黏弹沥青和聚苯乙烯颗粒填充在空壳泡沫陶瓷 球（1)间隙内，构成的材料衰减系数为4. 2、密度为0. 85g/cm3,波速为120m/s。
[0012] -种以空壳泡沫陶瓷球为骨料的分散层复合阻尼材料制备方法，其步骤如下：
[0013] (1)原材料，采用空壳泡沫陶瓷球、高黏弹沥青和聚苯乙烯颗粒材料，其中空壳泡 沫陶瓷球1为最紧密堆积，聚苯乙烯颗粒材料的直径为1mm;
[0014] 高黏弹沥青和聚苯乙烯颗粒的共混物复合阻尼材料2填充在空壳泡沫陶瓷球1间 隙内，高黏弹沥青和聚苯乙烯颗粒的共混物复合阻尼材料质量比为100: 2。
[0015] (2)地冲击衰减性能及其他物理性能
[0016] 高粘弹沥青复合阻尼材料的密度kg/m3:846,波速m/s: 150~200,波阻 抗X106kg/m2·s:0· 127 ~0· 169,衰减系数η:4· 15 ~4. 2 ;
[0017] -种以空壳泡沫陶瓷球为骨料的分散层复合阻尼材料制备方法，所述空壳泡沫陶 瓷球1的制备，采用泡沫陶瓷烧结工艺成型制成，其步骤如下：
[0018] (1)空壳泡沫陶瓷球1的制备原材料及配比
[0019] 原材料包括：高岭土、莫来石、氧化锆，配比为：
[0020]高岭土：莫来石：氧化锆=45 :45 :10，
[0021] 采用泡沫陶瓷烧结，烧结温度为1350°C;
[0022] (2)空壳泡沫陶瓷球1尺寸
[0023] 空壳泡沫陶瓷球1的外径为5cm，内径为3cm，壳体厚为1cm;
[0024] (3)空壳泡沫陶瓷球1基体的物性为闭孔，泡沫孔径为1_，孔隙率为65%，泡沫陶 瓷密度为〇· 62g/cm3,抗压强度6. 05MPa~9. 41MPa。
[0025] -种以空壳泡沫陶瓷球为骨料的分散层复合阻尼材料制备方法，所述的高黏弹沥 青制备方法，其步骤如下：
[0026](1)高黏弹沥青的原材料及配比
[0027] 原材料包括：石油沥青、线型SBS、芳经油、氧化剂，
[0028] 配比为石油沥青：线型SBS:芳烃油：氧化剂=100:26:30:1 ;
[0029] ⑵改性工艺，采用的剪切速度控制在3000r/min，剪切温度控制在175°C，剪切时 间30min，溶胀温度145°C，溶胀时间6h;
[0030] (3)半互穿网络微观结构
[0031] (4)动力学性能：是高黏弹沥青密度为1. 02g/cm3,高频为100~1000Hz，模量为 lOMPa，损耗因子大于0. 5;
[0032] 具体的实施步骤为：按照设计厚度，将预制为板材的分散层复合阻尼材料铺设在 围护结构顶部，然后在分散层上部施工遮弹层。
[0033] 与现有技术相比，本发明取得的优越性是：
[0034] -种以空壳泡沫陶瓷球为骨料的分散层复合阻尼材料，是使用一种衰减系数更 大、性价比更高、性能更稳定的分散层材料代替目前正在使用的砂土等就便材料，提高成层 式防护结构的综合防护能力。
[0035] 该分散层材料由空壳泡沫陶瓷球、高黏弹沥青基和聚苯颗粒按照一定比例混合后 经模压成型制得。其中，空壳泡沫陶瓷球为内部中空的泡沫陶瓷结构，具有孔隙率高、密度 小等特点；而高黏弹沥青由沥青、线性SBS、芳烃油和氧化剂四组分按一定比例经复配共混 改性制成，具有损耗因子大、温敏性低等特点。
[0036] 本发明的优点是充分利用了空壳泡沫材料的空穴绕射、泡沫压缩破坏耗能和高黏 弹沥青的本征阻尼，制得的分散层材料衰减系数为4. 2、密度为0. 85g/cm3,波速为120m/s， 可大幅度提高人防指挥工程成层式结构的综合防护能力；其具体特点如下：
[0037] 1、地冲击衰减性能高，衰减指数达到4. 2以上，而砂土分散层仅为3. 0 ;
[0038] 2、密度小，其密度为0· 85g/cm3,而砂土为1. 8g/cm3;
[0039] 3、波速低，其波速为150m/s，而砂土为180m/s;
[0040] 4、施工方法灵活多变，可于战前实现快速填充；
[0041] 5、性能稳定，不会因板结、吸水饱和等原因导致性能下降；
[0042] 6、耐久性好。
【附图说明】
[0043] 图1以空壳泡沫陶瓷球为骨料的分散层复合阻尼材料图，图la为空壳泡沫陶瓷球 的结构示意图；
[0044] 图2两种改性沥青的电镜照片（3000X);
[0045] 图3a为多个空壳多孔陶瓷材料图，图3b为空壳多孔陶瓷材料图，图3c空壳多孔 陶瓷材料剖开图。
【具体实施方式】
[0046] 参照附图并结合实例对本发明的新型分散层材料进一步详细