专利名称：减振材料和减振金属板的制作方法
技术领域：
本发明属于与振动减振材料和振动减振合成金属板相关的技术领域。
背景技术：
例如钢板、铝板和工业塑料的结构材料具有结构所需的高弹性模量。另一方面，这些材料具有低的振动减振性能。特别是，在需要低噪音的结构中，例如车辆主体、轨道车辆和屋顶，采用例如将减振材料粘贴到结构表面上以便赋予所需振动减振性能的措施，从而防止由于结构材料的振动减振性能不足而造成的不希望的声音的产生。
其中采用这种措施的减振结构广义地分成两种类型。
第一种减振结构通过将减振材料粘贴到结构材料的表面上并且对于包括与结构材料相同的材料的板或具有接近该结构材料的刚性的刚性的板进行层压来形成。由于减振材料的拉长变形通过设置其上的板来限制，并因此减振材料容易受到剪切变形，这种结构称为限制型结构。设置在减振材料上的板称为限制板。
第二种减振结构通过将减振材料粘贴到结构材料的表面上来形成，减振材料具有尽可能与结构材料的弹性模量接近的弹性模量。由于与第一种限制型结构相比，减振材料的拉长变形不受到限制，这种结构称为非限制型结构。
第一种限制型减振材料的实例包括通过减振材料夹在例如钢板、铝板、玻璃板和硬树脂板的两种弹性板之间而形成的产品。特别是，在弹性板是钢板或铝板时，板可用作通过压制成形的结构，而不进一步处理，这是由于它们可经受塑性成形。通过将减振材料夹在两个钢板之间而形成的产品公知为振动减振钢板。
将减振材料粘贴在结构材料的表面上的方法的实例包括为减振材料本身提供满意的粘贴力的方法和将粘合剂施加在减振材料表面上的方法。特别是，如减振钢板和类似物表示那样，在通过将事先减振材料粘贴在例如金属板的弹性板制备的材料进行压制以便使用时，需要增加粘合剂或减振材料和弹性板之间的界面剥离强度、粘合剂强度和减振材料的强度。
另外，需要尽可能增加减振性能以便实现最初目的。公知的是减振材料所具有的减振功能在其玻璃转变温度处变得最大。因此，重要的是按照所使用减振材料的环境温度，将减振材料的玻璃转变温度控制在操作环境的温度上。
对于市场上得到的粘合剂下面描述的[(1)-(7)]来说，该粘合剂各自具有满意的粘合剂强度，在10Hz-10kHz的频率范围内以及20℃-80℃的温度下，检测剪切模量μ1以及损耗因数tanδ(＝μ2/μ1)。这些结果[(1)-(7)]与例如使用铝板作为弹性板形成包括弹性板/粘合剂/弹性板的限制型结构的情况下的剪切模量的适当范围(7×104≤(μ1，μ2)≤7×106Pa并且0.5≤tanδ≤3.0)相比较。结果表示出大多数粘合剂不具有满意的性能。
(1)基础树脂环氧树脂，固化剂聚酰胺A型μ1＝4×108-2×109Pa，tanδ＝0.04-0.4B型μ1＝1×108-8×108Pa，tanδ＝0.1-0.8(2)基础树脂环氧树脂，固化剂调制硅树脂μ1＝2×107-3×108Pa，tanδ＝0.1-0.3(3)基础树脂环氧树脂48％+碳酸钙45％，固化剂调制硅树脂55％+碳酸钙40％μ1＝1×107-2×108Pa，tanδ＝0.1-0.3(4)基础树脂和固化剂调制丙烯酸酯μ1＝1×108-8×108Pa，tanδ＝0.1-0.3(5)单组分式聚氨脂A型μ1＝1×106-1×107Pa，tanδ＝0.3-0.6B型μ1＝9×105-1×107Pa，tanδ＝0.3-0.5(6)聚烯烃基粘合剂μ1＝1×107-2×108Pa，tanδ＝0.3-0.5(7)氯丁二烯橡胶基粘合剂μ1＝5×105-1×106Pa，tanδ＝0.1-0.2另外，迄今为止，考虑到所使用的高分子材料的弹性模量以及与其混合的另一高分子材料的弹性模量，没有描述特定的数值。还没有披露一种用来有效地改善减振性能的材料类型及其混合比例。另外，也没有披露一种混合材料的弹性模量是否适用于限制型结构的数值的设计准则。因此，没有披露用于选择树脂的特定方法，并且这种方法迄今为止不为人所知。
发明内容
通过将注意力集中在以上问题来实现本发明，并且本发明目的在于提供一种具有出色减振性能的减振材料和减振金属板。
为了实现以上目的，本发明进行了深入的研究，完成了本发明。按照本发明，可以实现以上的目的。
本发明因此完成和实现了与减振材料和减振金属板相关的所述目的。本发明涉及一种如权利要求1-7所述的减振材料(按照第一发明到第七发明的减振材料)，以及如权利要求8所述的减振金属板(按照第八发明的减振金属板)，并提供以下的结构。
也就是说，权利要求1所述的减振材料是如下一种减振材料，该减振材料包括至少一种类型的高分子材料，其中高分子材料具有海洋-岛屿结构，构成海洋-岛屿结构的岛屿部分的高分子材料的损耗因数tanδI大于构成海洋-岛屿结构的海洋部分的高分子材料的损耗因数tanδM，并且构成岛屿部分的高分子材料的弹性模量与构成海洋部分的高分子材料的弹性模量的比例在0.1-2的范围内(第一实施例)。
如权利要求2所述的减振材料是如权利要求1所述的减振材料，其中气泡被提供到构成海洋部分的高分子材料内(第二实施例)。
如权利要求3所述的减振材料是如权利要求1或2所述的减振材料，其中构成岛屿部分的高分子材料的弹性模量μI在5×105-4×109Pa的范围内(第三实施例)。
如权利要求4所述的减振材料是如权利要求1-3任一项所述的减振材料，其中构成构成岛屿部分的高分子材料的损耗因数tanδI在0.1-10的范围内(第四实施例)。
如权利要求5所述的减振材料是如权利要求1-4任一项所述的减振材料，其中构成海洋部分的高分子材料的剪切模量μM在5×106-2×109Pa的范围内(第五实施例)。
如权利要求6所述的减振材料是如权利要求1-5任一项所述的减振材料，其中包括两种或多种高分子材料(第六实施例)。
如权利要求7所述的减振材料是如权利要求1-5任一项所述的减振材料，其中包括一种高分子材料，并且该高分子材料是接枝共聚物或嵌段共聚物(第七实施例)。
如权利要求8所述的减振材料是具有一种减振结构的减振金属板，在该减振结构中，如权利要求1-7任一项所述的减振材料粘贴在金属板上(第八实施例)。
本发明的减振材料具有出色的减振性能。按照这种减振材料，可以改善结构材料或类似物的减振性能。本发明的振动减振合成金属板具有出色的减振性能。按照这种减振金属板，可以改善结构材料或类似物的减振性能。
图1是表示减振材料的损耗因数tanδALL的测量结果的视图(其中岛屿部分树脂以50％的容积量与具有0.1的损耗因数tanδM的海洋部分树脂混合)，横坐标表示刚性模量比例μI/μM，纵坐标表示岛屿部分树脂的tanδI，附图中的曲线表示减振材料的损耗因数tanδALL的轮廓线；图2是表示减振材料的损耗因数tanδALL的测量结果的视图(其中岛屿部分树脂以30％的容积量与具有0.1的损耗因数tanδM的海洋部分树脂混合)，横坐标表示刚性模量比例μI/μM，纵坐标表示岛屿部分树脂的tanδI，附图中的曲线表示减振材料的损耗因数tanδALL的轮廓线；图3是表示减振材料的损耗因数tanδALL的测量结果的视图(其中岛屿部分树脂以30％的容积量与具有0.5的损耗因数tanδM的海洋部分树脂混合)，横坐标表示刚性模量比例μI/μM，纵坐标表示岛屿部分树脂的tanδI，附图中的曲线表示减振材料的损耗因数tanδALL的轮廓线；图4是表示减振材料的损耗因数tanδALL的测量结果的视图(其中岛屿部分树脂以30％的容积量与具有0.5的损耗因数tanδM的海洋部分树脂混合，另外气泡以30％的量形成在海洋部分树脂内)，横坐标表示刚性模量(剪切模量)比例μI/μM，纵坐标表示岛屿部分树脂的tanδI，附图中的曲线表示减振材料的损耗因数tanδALL的轮廓线。
具体实施例方式
本发明根据以下新颖的想法进行了多种深入的研究除了将粘合剂强度赋予具有高振动减振性能的减振树脂之外，具有高振动减振性能的减振材料与具有满意的粘合剂强度但具有低减振性能的粘合剂混合。通过形成其中混合材料以岛屿形式在比拟为海洋的粘合剂上浮动的海洋-岛屿结构，将满意的粘合剂强度与增加的减振性能相结合。
因此，已经发现在具有这种海洋-岛屿结构的混合减振材料中，在岛屿部分树脂(构成岛屿部分的高分子材料)的弹性模量与海洋部分树脂(构成海洋部分的高分子材料)的弹性模量的比例(弹性模量等于剪切模量的比例和刚性模量的比例)在0.1-2.0的范围内时，混合减振材料的损耗因数tanδALL可显著增加。另外，已经发现所述弹性模量比例最好在0.1-0.6的范围内，并且进一步优选的是在0.1-0.4的范围内。在这种情况下，可以确保较高的损耗因数tanδALL。
另外，弹性模量比例(剪切模量比例和刚性模量比例)等于纵向弹性模量的比例。例如，在弹性模量比例＝1时，纵向弹性模量比例＝1。
这里，海洋-岛屿结构指的是其中相互不相容的两种或多种聚合物材料进行混合的结构，并且在相分离的状态下，一种聚合物以岛屿的形式位于比拟为海洋的另一种聚合物上。例如，在水和油混合并搅动时，形成其中油颗粒在水上浮动的海洋-岛屿结构。但是，由于水的低粘度，水上浮动的油颗粒重复合并并且该结构逐渐分成两层，即水和油层。但是，考虑到各自具有高粘度的聚合物，由于岛屿部分聚合物颗粒不马上相互合并，海洋-岛屿结构可通过添加使得聚合物共聚化以便混合而制备的油固化剂或共聚物(指的是配伍剂)的方法来固定。
即，本发明的海洋-岛屿结构指的是两层结构，其中在包括不相容聚合物的多种组分高分子材料种，一种组分以隔离颗粒的形式(岛屿部分分布部分)分布在包括另一组分的连续部分(海洋部分母体部分)中。
在构成海洋-岛屿结构的部分中，本发明中的海洋部分是一种连续的部分，该连续部分包括相对于整个截面具有高面积比例的部分，该面积是通过例如扫描或透射电子显微镜(SEM或TEM)观察海洋-岛屿结构时得到的。岛屿部分是分布部分，该分布部分包括相对于通过所述观察得到的整个截面具有低面积比例的组分。
在海洋-岛屿结构中平均分布颗粒尺寸是几个微米到几百个微米。
同样公知的是各自通过对两种或多种类型的单体共聚化制备的嵌段共聚物或接枝共聚物其本身形成岛屿部分，岛屿部分具有埃的量级(例如，大约几十个埃)的尺寸。这种现象特别指的是微相分离。在这种情况下，高分子材料包括单个聚合物。在本发明中，海洋-岛屿结构还包括这种微相分离。
另外，本发明已经发现如下情况。通过在海洋部分树脂中分布气泡，混合的减振材料的剪切模量可控制成将该数值设置在所述粘弹性能的适当范围内。另外，气泡增加岛屿部分树脂(岛屿部分减振材料)的剪切应变能，以便增加混合减振材料的损耗因数tanδALL(减振性能)。
除了高分子材料之外，本发明的减振材料可适当地包括用于普通聚合合成物中的其它组分，例如填充剂、颜料、耦合剂、均化剂或粘度调节剂，只要不损害本发明的优点即可。
根据这些发现和类似情况，完成了本发明，并且提供一种具有所述结构的减振材料以及一种粘贴有减振材料的金属板。
即，因此完成的本发明的减振材料包括至少一种高分子材料，其中高分子材料具有海洋-岛屿结构，构成海洋-岛屿结构的岛屿部分的高分子材料的损耗因数tanδI大于构成海洋-岛屿结构的海洋部分的高分子材料的损耗因数δM，并且构成岛屿部分的高分子材料的弹性模量与构成海洋部分的高分子材料的弹性模量的比例在0.1-2范围内(第一实施例)。
从以上发现中清楚得知，这种减振材料可显著地增加损耗因数tanδALL’，并因此具有出色的减振性能。也就是说，高分子材料具有海洋-岛屿结构，构成海洋-岛屿结构的岛屿部分的高分子材料的损耗因数tanδI大于构成海洋-岛屿结构的海洋部分的高分子材料的损耗因数δM，并且构成岛屿部分的高分子材料的弹性模量与构成海洋部分的高分子材料的弹性模量的比例在0.1-2范围内，由此减振材料的损耗因数tanδALL可显著增加，并且因此减振材料具有出色的减振性能。
因此，本发明的减振材料具有出色的减振性能。按照这种减振材料，可以改善结构材料的减振性能。
在构成岛屿部分的高分子材料的弹性模量与构成海洋部分的高分子材料的弹性模量的比例从0.0-小于0.1时，减振材料的损耗因数tanδALL中的改进程度小，并且增加减振性能的效果不令人满意。另一方面，在弹性模量的比例超过2时，减振材料的损耗因数tanδALL中增加的程度小，并且增加减振性能的效果不令人满意。
在本发明的减振材料中，从以上发现中清楚得知，在气泡被提供到构成海洋部分的高分子材料中时，减振材料的剪切模量比例μI可通过气泡控制，以便将该数值设置在粘弹性能的所述适当范围内。另外，气泡可增加构成岛屿部分的高分子材料的剪切应变能，从而进一步增加减振材料的损耗因数tanδALL。因此，减振性能可进一步增加(第二实施例)。气泡可在减振材料通过将构成海洋部分的材料和构成岛屿部分的材料混合而制备时提供。但是，气泡不局限于此。作为选择，气泡可在减振材料制备之后被形成(或形成)。即，提供气泡的周期不受到限制，并且足够的是气泡在减振材料制造时或制造之后提供。
在本发明的减振材料中，在构成岛屿部分的高分子材料的剪切模量比例μI在5×105-4×109Pa的范围内时，可以更加可靠地增加减振材料的损耗因数tanδALL，并且可以提供更高的减振性能(第三实施例)。
在构成岛屿部分的高分子材料的损耗因数tanδI在0.1-10的范围内时，可以更加可靠地增加减振材料的损耗因数tanδALL，并且可以提供更高的减振性能(第四实施例)。
在构成海洋部分的高分子材料的剪切模量μM在5×106-2×109Pa的范围内时，可以确保更高的粘合剂强度(第五实施例)。
本发明的减振金属板具有减振结构，在该结构中，按照第一发明到第七发明任一发明的减振材料粘贴在金属板上。这种减振金属板具有出色的减振性能。按照这种减振金属板，可以改善结构材料或类似物的减振性能(第八实施例)。
构成减振金属板的金属板不特别受到限制，只要金属板通常用作结构材料即可。其特定实例包括铝合金板、钢板和钛板。
本发明中的损耗因数tanδ是表示材料的振动减振性能的大小的指数，并且被限定成施加在该材料上的应力F和位移D之间的相差δ的正切函数(tan)。作为选择，损耗因数tanδ可限定成应力F和位移D的复数表示法得到的复数弹性模量μC的假想部分μI与真实部分μR的比例(μI/μR)。
这里，tanδALL表示具有海洋-岛屿结构的减振材料的损耗因数，tanδM表示减振材料的海洋部分的损耗因数，并且tanδI表示减振材料的岛屿部分的损耗因数。
剪切模量可例如通过以下测量方法来测量。
使用所述的减振材料(单独构成海洋部分的高分子材料、单独构成岛屿部分的高分子材料以及混合的减振材料)制备条带状样品。样品、平板固定件以及样品以所述顺序布置在U形固定件内。U形固定件和样品以及样品和平板固定件牢固地固定在一起。
随后，固定件之一固定，而其它固定件振动，使得在样品中产生剪切变形。通过测量应力F和位移D的时间波形以及此时的相差δ，可以使用以下等式确定动态复数剪切模量μC。
即，动态复数剪切模量μC可使用以下等式来计算μC＝μ(1+jtanδ)(其中μ＝(2×T/L×W)×A/B.cosδ，T表示条带状样品的厚度，L表示条带状样品的长度，W表示条带状样品的宽度，A表示应力F的大小，B表示位移D的大小以及j表示虚数单位)。
另外，tanδ(同样通过η表示)可以从动态复数剪切模量μC计算得出，并且作为动态复数剪切模量μC的假想部分μI与真实部分μR的比例计算，即tanδ＝μI/μR。
下面将描述本发明的实例和比较例。本发明不局限于该实例，并可以通过在与本发明目的相符的范围内的适当变型实施。这些变型同样包括在本发明的技术范围内。
实例1检测具有高粘合剂强度的多种树脂以及具有大损耗因数的树脂的剪切模量和损耗因数(复数剪切模量μC通过μC＝μ(1+jtanδ)表示)。这些树脂进行混合以便制备具有海洋-岛屿结构的混合减振材料，并且计算这些减振材料的复数剪切模量μCALL＝μALL(1+jtanδALL)。在该等式中，j表示虚数单位。
图1和2表示所计算的损耗因数tanδALL的结果的实例。纵坐标表示岛屿部分树脂(构成海洋-岛屿结构的岛屿部分的高分子材料)的损耗因数(tanδI)。横坐标表示岛屿部分树脂的剪切模量μI(在附图表示成刚性模量)与海洋部分树脂(构成海洋-岛屿结构的海洋部分的高分子材料)的剪切模量μM的比例μI/μR。附图中的曲线表示减振材料的损耗因数tanδALL的轮廓线。减振材料的损耗因数tanδALL的数值在每条线上是相同的。添加到每个轮廓线上的数字表示减振材料的损耗因数tanδALL的数值。例如，具有数字0.5的轮廓线指的是减振材料的损耗因数tanδALL在这条线上是0.5(此后相同)。
图1表示岛屿部分树脂以50％的容积含量与具有0.1的损耗因数tanδ的海洋部分树脂混合的情况中的结果。图2表示岛屿部分树脂以30％的容积含量与具有0.1的损耗因数tanδ的海洋部分树脂混合的情况中的结果。岛屿部分的每种容积含量是岛屿部分树脂的容积与具有海洋-岛屿结构的减振材料的总容积的比例(百分比)。公知的是以埃量级形成岛屿部分区域的微相分离出现在包括两种或多种聚合物(聚合物链)的接枝共聚物内。在广义上，术语“容积含量”的含义还包括这种岛屿部分区域与总容积的比例。
参考图1，在岛屿部分树脂的刚性模量与海洋部分树脂的刚性模量的刚性模量比例μI/μM在0.1-2.0的范围内时，减振材料的损耗因数tanδALL是0.5或更多。另外，在岛屿部分树脂的刚性模量(剪切模量)与海洋部分树脂的刚性模量的刚性模量比例μI/μM在0.1-0.4的范围内时，减振材料的损耗因数tanδALL是0.1或更多。
参考图2，在岛屿部分树脂的刚性模量(剪切模量)与海洋部分树脂的刚性模量的刚性模量比例μI/μM在0.1-0.6的范围内时，减振材料的损耗因数tanδALL是0.5或更多。
所述检测的结果(包括图1和2所示的结果)证明以下情况在岛屿部分树脂的刚性模量(剪切模量)与海洋部分树脂的刚性模量的刚性模量(剪切模量)比例μI/μM在0.1-2.0的范围内时，减振材料的损耗因数tanδALL可显著增加。另外，在这种刚性模量(剪切模量)比例在0.1-0.6的范围内时，减振材料的损耗因数tanδALL可以更加可靠地增加。另外，在这种刚性模量(剪切模量)比例在0.1-0.4的范围内时，减振材料的损耗因数tanδALL可以更加可靠地增加。
实例2具有海洋-岛屿结构的混合减振材料通过与实例1相同的方法制备，并且进行相同的测量和检测。但是，气泡形成在某些混合减振材料的海洋部分树脂内。
图3和4表示该结果的实例。纵坐标和横坐标表示图1和2中的那些纵坐标和横坐标。附图中的线如图1和2那样表示减振材料的损耗因数tanδALL的轮廓线。图3表示其中岛屿部分树脂以30％的容积含量与具有0.5的损耗因数tanδM的海洋部分树脂混合的情况中的结果。图4表示其中岛屿部分树脂以30％的容积含量与具有0.5的损耗因数tanδM的海洋部分树脂混合并且另外气泡以30％的容积含量形成在海洋部分树脂中的情况中的结果。
从图3和4清楚的是，在图3的情况下，即使岛屿部分树脂的损耗因数tanδI增加到5.5，减振材料的损耗因数tanδALL也不增加到1.0。相比之下，在图4的情况下，通过以30％的容积含量在海洋部分树脂中形成气泡，在具有大约3.5的损耗因数tanδI的岛屿部分树脂以30％的容积含量混合时，减振材料的损耗因数tanδALL可增加到1.0。
所述气泡可通过以下方法形成在海洋部分树脂和岛屿部分树脂混合之前，其中包括气体的囊体颗粒在海洋部分树脂中混合，并且所得的海洋部分树脂和岛屿部分树脂接着进行混合，以制备减振材料。
作为选择，通过加热蒸发而产生气泡的发泡剂可事先混合在海洋部分树脂中，并且可以制备减振材料。随后，在所得减振材料用作减振结构之前，气泡可通过加热形成。即，例如气泡可在减振材料粘贴在金属板之后并且所得金属板用作产品之前形成。
按照所述方法，海洋部分树脂的弹性模量可在其中气泡还未形成的加热之前设置成高数值，并且还可在成形过程中防止布置在海洋部分树脂内的气泡周围产生的应力集中。因此，可以增加粘合剂强度。气泡接着通过在减振材料材料用作产品之前形成，由此减振材料的弹性模量可设置在所述的适当范围内，并且可以进一步增加损耗因数tanδALL。即，这种减振材料具有以下优点在用作产品之前，减振材料具有出色的成形性能和粘合剂强度，由此在用作产品期间，减振材料具有出色的减振性能。
因此，海洋部分树脂中的气泡形成可延伸用作海洋部分树脂的高分子材料的选择，并且改善粘合剂强度。
工业实用性本发明的减振材料具有出色的减振性能，并且可改善结构材料的减振性能。因此，本发明的减振材料可适当地用作需要赋予振动减振功能的结构材料，以便例如减小由于结构材料的振动减振性能不足而造成的不希望声音的大小。
权利要求
1.一种减振材料，其特征在于，包括至少一种高分子材料，所述高分子材料具有海洋-岛屿结构，而且构成所述高分子材料的海洋-岛屿结构的岛屿部分的高分子材料的损耗因数tanδI大于构成所述高分子材料的海洋-岛屿结构的海洋部分的高分子材料的损耗因数tanδM，并且构成所述岛屿部分的高分子材料的弹性模量与构成所述海洋部分的高分子材料的弹性模量的比例在0.1-2的范围内。
2.如权利要求1所述的减振材料，其特征在于，所述构成海洋部分的高分子材料中有气泡。
3.如权利要求1或2所述的减振材料，其特征在于，所述构成岛屿部分的高分子材料的剪切弹性模量μI在5×105-4×109Pa的范围内。
4.如权利要求1-3任一项所述的减振材料，其特征在于，所述构成岛屿部分的高分子材料的损耗因数tanδI在0.1-10的范围内。
5.如权利要求1-4任一项所述的减振材料，其特征在于，所述构成海洋部分的高分子材料的剪切弹性模量μM在5×106-2×109Pa的范围内。
6.如权利要求1-5任一项所述的减振材料，其特征在于，所述被包含的高分子材料为两种以上。
7.如权利要求1-5任一项所述的减振材料，其特征在于，所述被包含的高分子材料为一种，并且该高分子材料是接枝共聚物或嵌段共聚物。
8.一种减振金属板，其特征在于，具有权利要求1-7任一项所述的减振材料被粘贴在金属板上的减振结构。
全文摘要
提供一种具有出色减振性能的减振材料和减振金属板。(1)减振材料包括至少一种类型的高分子材料，其中高分子材料具有海洋－岛屿结构；构成海洋－岛屿结构的岛屿部分的高分子材料的损耗因数tanδ
文档编号B32B25/00GK1910251SQ2005800028
公开日2007年2月7日 申请日期2005年1月19日 优先权日2004年1月20日
发明者杉本明男, 中西裕信, 荒木荣敏 申请人:株式会社神户制钢所