一种兼具结构强度和阻尼性能的复合材料及其制备方法与用图
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种兼具结构强度和阻尼性能的复合材料及其制备方法与用途。
【背景技术】
[0002] 众所周知，机械构件受到外界刺激后将产生振动和噪声，这些振动和噪声一方面 会恶化工作环境，危害工作人员的身心健康，另一方面也会严重影响仪器、设备的精确性、 稳定性，使灵敏度降低甚至失效、失灵，采用阻尼材料进行减振降噪是解决上述诸多问题的 一种有效方法。
[0003] 在实际应用中，阻尼材料需要同时满足以下两方面的要求：（1)良好的阻尼性能， 要求tanS值越大越好，阻尼温域范围越宽越好；（2)良好的力学性能，要求材料具有高的 拉伸强度、拉伸模量等，以满足使用的要求。
[0004] 高分子粘弹性材料作为一种新型的阻尼材料，虽然具有良好的阻尼性能，但其力 学性能差，不能单独使用，而力学性能良好的材料其阻尼性能又往往很差，本领域技术人员 通常难以获得一种同时具有上述两种优良性能的材料。如果是将具有良好阻尼性能的高分 子粘弹性材料与具有良好力学性能的材料进行简单的复合，不仅会严重降低其材料的力学 性能，也会使其材料的阻尼性能变差，因而是一种不可取的方法。
[0005] 现有技术中，对阻尼材料性能的改进往往只是偏重阻尼性能或力学性能的一个方 面，未见有对材料的阻尼性能和力学性能同时进行改进的相关报道。
[0006] 因此，亟需开发一种同时具有力学性能高、阻尼性能好等优良性能的阻尼材料。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种兼具结构强度和阻尼性能的聚氨酯/环氧树脂复合 材料。
[0008] 本发明提供的一种聚氨酯/环氧树脂复合材料，所述复合材料是由以下重量份数 的原料制备而成：环氧树脂30份~50份、聚氨酯预聚物30份~50份、固化剂10份~22 份；
[0009] 所述聚氨酯预聚物是由以下重量份数的原料制备而成：氧化石墨0. 1份~1. 0份、 蓖麻油20份~38. 6份、二异氰酸酯8. 8份~16. 7份。
[0010] 进一步的，所述复合材料是由以下重量份数的原料制备而成：环氧树脂40份、聚 氨酯预聚物32份、固化剂17份；
[0011] 所述聚氨酯预聚物是由以下重量份数的原料制备而成：氧化石墨0. 3份~0. 4份、 蓖麻油23份~24份、二异氰酸酯8份~9份。
[0012] 进一步的，所述的环氧树脂选自缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、 缩水甘油胺类环氧树脂中的任意一种或两种以上。
[0013] 进一步的，所述的缩水甘油醚类环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树 月旨、双酚S型环氧树脂中的任意一种或两种以上。
[0014] 进一步的，所述的双酚A型环氧树脂选自环氧树脂E-44、环氧树脂E-51、环氧树脂 E-54中的任意一种或两种以上。
[0015] 进一步的，所述的固化剂选自4, 4' -二氨基-3, 3' -二氯二苯甲烷、4, 4' -二氨 基-3, 3' -二苯甲烷中的任意一种或两种以上。
[0016] 进一步的，优选所述的氧化石墨按照以下方法制备得到：
[0017]i、取鳞片石墨，与浓硫酸/磷酸混匀，加入高锰酸钾，于50°C搅拌反应12小时后， 冷却至室温，加入30%双氧水，得到反应液；
[0018] 所述的鳞片石墨与浓硫酸/磷酸的重量体积比为3:400g/ml;所述的鳞片石墨与 高锰酸钾的重量为1:6 ;所述的鳞片石墨与30%双氧水的重量体积比为1:lg/ml;所述的浓 硫酸/磷酸中，浓硫酸与磷酸的体积比为9:1 ;
[0019] ii、将反应液加入到冰水中，控制在室温，对反应液进行分离，得到固体，洗涤除去 固体中的硫酸根，干燥，即得氧化石墨。
[0020] 进一步的，所述的蓖麻油为除水后的蓖麻油。
[0021] 进一步的，所述的二异氰酸酯选自甲苯-2, 4-二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸 酯中的任意一种或两种以上。
[0022] 本发明的另一目的在于提供上述聚氨酯/环氧树脂复合材料的制备方法。
[0023] 本发明提供了一种聚氨酯/环氧树脂复合材料的制备方法，所述的制备方法包括 以下步骤：
[0024] a、按照上述的聚氨酯/环氧树脂复合材料的原料和配比，取环氧树脂、聚氨酯预 聚物、固化剂；
[0025] b、将步骤a所取的环氧树脂与聚氨酯预聚物、固化剂，混合，于120°C~150°C进行 固化，即得聚氨酯/环氧树脂复合材料。
[0026] 进一步的，步骤a中，所述聚氨酯预聚物是按照以下步骤制备得到：
[0027] ①、按照上述的聚氨酯/环氧树脂复合材料中聚氨酯预聚物的原料和配比，取氧 化石墨、蓖麻油、二异氰酸酯；
[0028] ②、将步骤①所取的氧化石墨加入到酮类溶剂中，超声处理，加入蓖麻油，在 60°C~90°C下搅拌，除去丙酮后，加入二异氰酸酯，于60°C~80°C反应45min~120min，即 得聚氨酯预聚物。
[0029] 进一步的，步骤②中，超声处理的时间为lh~4h;搅拌速度为200r/min~400r/ min;搅拌时间为2h~4h;反应的温度为65°C;反应的时间为45min。
[0030] 进一步的，步骤b中，混合的温度为60°C~80°C。
[0031] 进一步的，步骤b中，固化的时间为6h以上；优选的，固化的时间为6h~12h。
[0032] 本发明还提供了上述的聚氨酯/环氧树脂复合材料作为阻尼材料的用途。
[0033] 上述的聚氨酯/环氧树脂复合材料作为阻尼材料的用途。
[0034] 所述的阻尼材料为结构阻尼一体化复合材料。
[0035] 本发明的聚氨酯/环氧树脂复合材料，拉伸强度和拉伸模量高，玻璃化温度低， Tan S的峰宽明显增加，是一种同时具有高模量、高强度和高阻尼性能的复合材料；而且， 本发明聚氨酯/环氧树脂复合材料的制备方法，具有工序少、步骤简便、效率高、成本低、绿 色环保等优点，非常适合产业上的应用。
[0036] 显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离 本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。
[0037] 以下通过实施例形式的【具体实施方式】，对本发明的上述内容再作进一步的详细说 明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容 所实现的技术均属于本发明的范围。
【附图说明】
[0038] 图1为氧化石墨的红外光谱图。
[0039] 图2为氧化石墨的XRD图。
[0040] 图3为试验例1中对比试验1制备的EP材料、对比试验2制备的PU/EP复合材料、 本发明聚氨酯/环氧树脂复合材料（GO/HJ/EPcomposie)的拉伸强度和拉伸模量柱状图。 [0041 ] 图4为试验例2中对比试验1制备的EP材料、对比试验2制备的PU/EP复合材料 的TanS-温度图。
[0042] 图5为试验例2中对比试验2制备的PU/EP复合材料、本发明实施例1制备的G0 含量为〇. 5%的聚氨酯/环氧树脂复合材料、实施例2制备的GO含量为1. 0 %的聚氨酯/ 环氧树脂复合材料的Tan S -温度图。
【具体实施方式】
[0043] 本发明【具体实施方式】中使用的原料、设备均为已知产品，通过购买市售产品获得。
[0044] 丙酮：分析纯，成都科龙化学试剂厂；
[0045] 蓖麻油（C0):分析纯，成都科龙化学试剂厂；
[0046] 甲苯-2,4-二异氰酸酯（TDI):化学纯，天津市福晨化学试剂厂；
[0047] 环氧树脂E-51 (EP):工业级，无锡树脂厂；
[0048] 4, 4' -二氨基-3, 3' -二氯二苯甲烷（M0CA):工业级，常山贝尔化学有限公司。
[0049] 实施例1
[0050] 将氧化石墨（0. 36g)加入100ml的丙酮中，超声分散lh，此时氧化石墨能较好地分 散在丙酮中，加入蓖麻油（23. 2g)(由于蓖麻油中的水分会消耗部分异氰酸酯，优选使用除 水后的蓖麻油），在80°C下以300r/min的速度搅拌，使氧化石墨借助丙酮的作用充分分散 在蓖麻油中，然后边搅拌边除去丙酮2h，当丙酮除尽后，氧化石墨良好地分散在蓖麻油中； 在65°C，加入TDI(8. 8g)，反应45min，得到聚氨酯预聚物，备用；
[0051] 将EP(40g)与上述制备的聚氨酯预聚物（32g)在65°C下混合均匀后，加入固化剂 M0CA(17g)搅拌均匀；将混合液倒入预热后的模具中，于120°C固化6h，即得本发明的聚氨 酯/环氧树脂复合材料。
[0052] 对比试验1 :制备EP材料
[0053] EP(40g)在65 °C下与MOCA(17g)搅拌均匀；将混合液倒入预热后的模具中，于 120°C固化6h，即得EP材料。
[0054] 对比试验2 :制备PU/EP复合材料
[0055]将蓖麻油（23. 2g)、TDI(8. 8g)在65°C反应45min，得到聚氨酯预聚物，备用；
[0056] 将EP(40g)与聚氨酯预聚物（32g)在65°C下混合均匀后，加入固化剂M0CA(17g) 搅拌均匀；将混合液倒入预热后的模具中，于120°C固化6h，即得PU/EP复合材料。
[0057] 本发明中，氧化石墨可以采用市售产品，也可以采用以下制备方法获得。
[0058] 本发明实施例中，氧化石墨（G0)是采用如下制备方法获得：
[0059](1)将浓硫酸（98 % ) /磷酸（分析纯，彡85 % )(按体积比9 :1，360ml/40ml)的 配比加入三口烧瓶中，再在烧瓶中加入3g的鳞片石墨（320目），开始搅拌，