本发明涉及一种减振和热量储能金属橡胶，属于复合材料领域。
背景技术：
金属橡胶是一种均质的弹性多孔物质，既有金属的固有特性，又有橡胶一样的弹性，并且具有结构紧凑、体积小、重量轻、稳定性高、变阻尼、多向刚度一致性高的特性。金属橡胶对高频共振区域内的减振效果尤其明显，能够迅速将大量的振动能量转化为产品的弹性势能，从而有效抑制共振峰值、保证被减振件平稳工作。金属橡胶还具有抗老化、环境适应性强的特点，耐受高低温、高真空、高压、空间辐射、核辐射、日照、臭氧和离子撞击等，通过选择耐腐蚀材料，还可以在盐雾、霉菌、潮湿等工况下工作，实现剧烈振动等环境下的阻尼减振、降噪、过滤、密封、节流等功能。目前，金属橡胶已经在精密仪表减振、航天器太阳能帆板减振、高精度相机减振、导弹发射减振、复杂地形军民车辆减振、大功率发动机减噪减振等领域上成功应用。
金属橡胶是用金属丝绕制成小直径的长弹簧后，经过拉伸、排布、并压制后制成。因为采用金属丝制成，材料本身的热容不高，不能在小温度变化范围内吸收大量热量，尽管减振性能和环境适应性出色，但是无法同时满足减振和热控的双重需求。
目前兼具减振和热量储能的材料主要通过高分子材料，诸如橡胶等，内部填充高潜热材料来实现，但是受到材料限制，在高低温、高真空、高压、核辐射等环境下，工作寿命较短或根本无法应用。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种减振和热量储能金属橡胶。
为实现本发明的目的，提供以下技术方案：
一种减振和热量储能金属橡胶，所述金属橡胶通过以下方法制备：
(1)按照旋绕比范围4～16，将金属管绕制成螺旋中径和螺距尺寸相近的螺旋管；
(2)用去离子水清洗螺旋管内部后烘干；
(3)先焊接螺旋管的一端，得到一端焊封的螺旋管；
(4)采用氦质谱正压检漏法，在0.4MPa压力下对一端焊封的螺旋管进行检漏，漏率要求小于1×10-7Pa.m3/s；
(5)对一端焊封的螺旋管抽真空至100Pa以下，在负压的作用下将液态下的相变材料吸入螺旋管内，相变材料的充装量为螺旋管腔体积的70％～95％；
(6)焊接充装有相变材料的螺旋管的未焊封的一端，将相变材料密封在螺旋管内部制成相变螺旋管；
(7)将按照“之”字形进行折叠交叉往返排布，使其交叉部分为菱形，往返折叠一次为一层，折叠≥1层，得到排布的相变螺旋管；
(8)将排布的相变螺旋管卷制成金属橡胶毛坯；
(9)将金属橡胶毛坯放入模具压制成孔隙率介于10％～90％之间的金属橡胶块，即为所述一种减振和热量储能金属橡胶。
优选的，所述步骤(1)中的绕制过程在绕簧机上进行。
优选的，所述相变材料为烷烃类相变材料。
优选的，所述步骤(8)中的卷制过程采用芯棒卷制。
优选的，使用前将加工完成后的金属橡胶块放入真空罐后抽真空，真空度要求小于1×10-2Pa，然后静置360h，过程中记录金属橡胶块放入真空罐前后的质量，质量变化小于0.2g则效果为好。
有益效果
本发明方案的原理是：该金属橡胶安装在震源和被减振设备之间，当受到振动、冲击时，材料产生形变迅速将一部分振动能量转化为弹性势能，一部分能量通过内部摩擦转化为金属管和相变材料的内能，还有部分热量交换到周围空气中去，起到减振的作用。当设备温度升高时，热能通过复合材料和被减振设备之间的接触面传递到复合材料外部的金属管上，金属管又将热量传递给内部的相变材料，相变材料在进行相变时吸收大量的热量，对设备进行保护；当设备温度降低时，热能通过复合材料和被减振设备之间的接触面传递到设备上，可以平抑温度剧烈变化对设备造成的影响。
本发明制备的金属橡胶通过充入不同温度相变点的相变材料，可以满足不同温度控制的需求，达到兼具减振和快速吸收大量热量的功能；该金属橡胶结构简单、容易加工，制成品紧凑、体积小、重量轻、稳定性高，还具有长寿命的特点；该金属橡胶减振性能上具有变阻尼、多向刚度一致性高的特点，尤其适用于剧烈振动环境下的阻尼减振；通过选择耐腐蚀材料，还可以在盐雾、霉菌、潮湿的条件下工作；且环境适应性强，耐受高低温、高真空、高压、空间辐射、核辐射、日照、臭氧和离子撞击等，可以在地面应用也可以在空间航天器上应用。
具体实施方式
以下实施例中相关计算公式如下：
(1)孔隙率计算公式：
式中：P—金属橡胶孔隙率，％；
V0—金属橡胶块体积，m3；
V—相变螺旋管体积，m3；
(2)潜热计算公式：
Q＝m·r
式中：Q—相变潜热，J；
m—相变材料的质量，kg；
r—单位质量相变材料的相变潜热，J/kg。
实施例中所述氦质谱正压检漏法按QJ3089-1999标准进行。
实施例1：
(1)将内径2mm、外径4mm、长3m、材料牌号为1Cr18Ni9Ti的冷拔不锈钢管，在绕簧机上绕制成中径20mm、螺距20mm的螺旋管；
(2)用去离子水清洗螺旋管内部，并烘干；
(3)采用氩弧焊，利用不锈钢焊丝焊接螺旋管的一端，得到一端焊封的螺旋管；
(4)采用氦质谱正压检漏法，在0.4MPa压力下对一端焊封的螺旋管进行检漏，漏率小于1×10-7Pa.m3/s；
(5)对一端焊封的螺旋管抽真空至100Pa，在负压的作用下将十四烷吸入螺旋管内，十四烷的充装量为螺旋管腔体积的85％；
(6)采用氩弧焊，利用不锈钢焊丝焊接充装有十四烷的螺旋管的未焊封的一端，将十四烷密封在螺旋管内部制成相变螺旋管；
(7)将一根相变螺旋管按照60°夹角进行“之”字形等距折叠交叉往返排布，使其交叉部分为菱形，往返折叠一次为一层，折叠≥1层，得到排布的相变螺旋管；
(8)将排布完成后的相变螺旋管用直径为20mm的芯棒卷制成金属橡胶毛坯；
(9)将金属橡胶毛坯放入模具压制成内孔Φ20mm，外径Φ100mm，高度30mm的金属橡胶块，即为一种减振和热量储能金属橡胶。
使用前将该金属橡胶时将金属橡胶块放入真空罐后抽真空，真空度小于1.2×10-3Pa，静置360h，金属橡胶块质量减少了0.01g。
实施例2：
(1)将内径4mm、外径8mm、长10m、材料牌号为1Cr18Ni9Ti的冷拔不锈钢管，在绕簧机上绕制成中径40mm、螺距40mm的螺旋管；
(2)用去离子水清洗螺旋管内部，并烘干；
(3)采用氩弧焊，利用不锈钢焊丝焊接螺旋管的一端，得到一端焊封的螺旋管；
(4)采用氦质谱正压检漏法，在0.4MPa压力下对一端焊封的螺旋管进行检漏，漏率小于1×10-7Pa.m3/s；
(5)对一端焊封的螺旋管抽真空至100Pa，在负压的作用下将十六烷吸入螺旋管内，十六烷的充装量占空腔体积90％；
(6)采用氩弧焊，利用不锈钢焊丝焊接充装有十六烷的螺旋管的未焊封的一端，将十六烷密封在螺旋管内部制成相变螺旋管；
(7)将一根相变螺旋管按照60°夹角进行“之”字形等距折叠交叉往返排布，使其交叉部分为菱形，往返折叠一次为一层，折叠≥1层，得到排布的相变螺旋管；
(8)将排布完成后的相变螺旋管用直径为50mm的芯棒卷制成金属橡胶毛坯；
(9)将金属橡胶毛坯放入模具压制成内孔Φ50mm，外径Φ150mm，高度80mm的金属橡胶块，即为一种减振和热量储能金属橡胶。
使用前将该金属橡胶时将金属橡胶块放入真空罐后抽真空，真空度小于1.2×10-3Pa，静置360h，金属橡胶块质量减少了0.018g。
实施例3：
(1)将内径4mm、外径8mm、长10m、材料牌号为1Cr18Ni9Ti的冷拔不锈钢管，在绕簧机上绕制成中径40mm、螺距40mm的螺旋管；
(2)用去离子水清洗螺旋管内部，并烘干；
(3)采用氩弧焊，利用不锈钢焊丝焊接螺旋管的一端，得到一端焊封的螺旋管；
(4)采用氦质谱正压检漏法，在0.4MPa压力下对一端焊封的螺旋管螺旋管进行检漏，漏率小于1×10-7Pa.m3/s；
(5)对一端焊封的螺旋管螺旋管抽真空至100Pa，在负压的作用下将二十烷吸入螺旋管内，二十烷的充装量占空腔体积90％；
(6)采用氩弧焊，利用不锈钢焊丝焊接充装有二十烷的螺旋管的未焊封的一端，将二十烷密封在螺旋管内部制成相变螺旋管；
(7)将一根相变螺旋管按照60°夹角进行“之”字形等距折叠交叉往返排布，使其交叉部分为菱形，往返折叠一次为一层，折叠≥1层，得到排布的相变螺旋管；
(8)将排布完成后的相变螺旋管用直径为150mm的芯棒卷制成金属橡胶毛坯；
(9)将金属橡胶毛坯放入模具压制成内孔Φ150mm，外径Φ300mm，高度80mm的金属橡胶块，即为一种减振和热量储能金属橡胶。
使用前将该金属橡胶时将金属橡胶块放入真空罐后抽真空，真空度小于1.2×10-3Pa，静置360h，金属橡胶块质量减少了0.015g。
实施例中所用材料的参数数据及制备得到的金属橡胶的参数、孔隙率和相变潜热如表1、表2所示。
表1
表2
由计算的孔隙率可知实施例制备的金属橡胶具有很好的减振效果；由计算的相变潜热可知实施例制备的金属橡胶能够起到热控的目的。
本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。