一种夹心阻尼复合结构浮力材料及其制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种夹心阻尼复合结构浮力材料，包括芯材、面材和阻尼涂层，芯材为浮力材料模块，浮力材料模块包括环氧树脂、环氧活性稀释剂、固化剂、硅烷偶联剂和空心玻璃微珠，经过预混、捏合、模压、固化，切割成固体的浮力材料模块，面材为高刚度纤维增强环氧玻璃钢、薄钢板或铝合金板；阻尼涂层为聚醚型聚氨酯弹性体，涂敷在芯材与芯材、芯材与面材、面材与面材之间。本发明使得传统的固体浮力材料有更高的防水密封性及阻尼性能，使固体浮力材料应用范围更为广泛。
【专利说明】一种夹心阻尼复合结构浮力材料及其制备工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种聚合物基轻质复合材料，具体涉及一种夹心阻尼复合结构浮力材料及其制备工艺。
【背景技术】
[0002]目前在航空、航天、航海及其他工程领域对具有低密度、高刚度、大阻尼减振复合材料的需求不断增加，由于夹芯复合材料具有良好的比刚度、比强度、大阻尼特性，广泛应用于舰艇、潜水器的减振、吸声、提供浮力的领域。随着阻尼减振技术的不断发展，从自由阻尼涂层逐渐发展到约束阻尼涂层结构及插入阻尼涂层结构。阻尼敷设形式也从单层阻尼发展到多层阻尼结构，多层阻尼多层约束的间隔处理，已成为夹芯复合结构中一种主要的敷设工艺形式。
[0003]中国专利CN 201110037996.X报道了一种夹心阻尼复合材料，由外层、内层和阻尼涂层构成。其中外层为结构层，是一种高刚度纤维增强树脂基复合材料，内层为夹心层，由硬质泡沫塑料构成。阻尼涂层位于结构层与结构层之间或位于结构层与夹心层之间。材料的外层和内层共同构成夹心结构，以提供材料整体的刚度和强度，使材料具有较高的结构阻尼减振降噪性能。
[0004]美国专利USP4，021，589，USP 5,973,031报道一种空心玻璃微珠填充不饱和聚酯树脂制造的浮力材料。由不饱和聚酯，过氧化甲乙酮为固化剂制备聚酯树脂基体。填充空心玻璃微珠和空心聚合物微球作为降低密度的基质制备浮力材料，表层外护聚乙烯、聚氨酯弹性体或玻璃纤维增强的聚合物基复合材料，浮力材料的密度为0.60g/cm3.是一种具有包覆层的浮力材料。
[0005]中国专利CN200410030821.6报道了一种化学发泡法制备的具有夹层结构的固体浮力材料，由芯材和面材组成，芯材是一种高强度硬质泡沫塑料，面材是喷涂聚氨酯弹性体，该固体浮力材料密度为0.33g/cm3，压缩强度为5.5Mpa。以上专利均未报道具有夹心阻尼复合结构的浮力材料制备方法。
[0006]
【发明内容】
本发明克服现有技术的不足，提出一种夹心阻尼复合结构浮力材料及其制备工艺，本发明的目的是提供一种低密度、高刚度、大阻尼夹心复合结构固体浮力材料，其特点是采用具有优良粘结性能和阻尼性能的聚氨酯弹性体，作为芯材与芯材、芯材与面材、面材与面材之间的黏接阻尼涂层，制得多层阻尼结构的多功能浮力材料。使得传统的固体浮力材料有更高的防水密封性及阻尼性能，使固体浮力材料应用范围更为广泛。
[0007]本发明的技术方案为，一种夹心阻尼复合结构浮力材料，包括芯材、面材和阻尼涂层，芯材为浮力材料模块，浮力材料模块包括环氧树脂、环氧活性稀释剂、固化剂、硅烷偶联剂和空心玻璃微珠，经过预混、捏合、模压、固化，切割成固体的浮力材料模块，浮力材料模块的配比按100质量份环氧树脂计为:环氧树脂100，环氧活性稀释剂20-25，固化剂40— 80，硅烷偶联剂3—5，空心玻璃微珠85—100 ;面材为高刚度纤维增强环氧玻璃钢、薄钢板或铝合金板；阻尼涂层为聚醚型聚氨酯弹性体，涂敷在芯材与芯材、芯材与面材、面材与面材之间；聚醚型聚氨酯弹性体是一个聚氨酯弹性体阻尼涂层，聚氨酯弹性体阻尼涂层包括A组份和B组份，A组份为异氰酸酯预聚体；B组份包括羟基聚醚、胺扩链剂、有机硅消泡剂、氢氧化铝、云母粉、有机膨润土、硅烷偶联剂和填料，B组份以100质量份聚醚多元醇计为:羟基聚醚100，胺扩链剂30，硅烷偶联剂12，有机硅消泡剂6，填料35，氢氧化铝210，云母粉35，有机膨润土 1.5。
[0008]制备工艺为:
将计量的环氧树脂、环氧活性稀释剂、硅烷偶联剂、经过级配的空心玻璃微珠进行预混合，投入捏合机中捏合，加入固化剂捏合至物料均匀；
置于模具中热压成型，脱模后经过后固化制得固体浮力材料毛坯；
经修整的毛坯经机加工制成浮力材料模块；
浮力材料模块表面涂阻尼涂层，涂层外表面敷贴面材经室温或加温固化，制备具有夹芯阻尼复合结构的固体浮力材料。
[0009]上述所述的环氧树脂:双酚A环氧树脂(E—51、E — 52、E — 44)、双酚S环氧树脂(830S)、脂环族环氧树脂(H — 71、6201)或杂环型环氧树脂(TDE—85、712)。
[0010]上述所述的环氧活性稀释剂:正丁基缩水甘油醚(BGE)、苯基缩水甘油醚(PGE)、二缩水甘油醚(DGE)、二缩水甘油基苯胺(DGA)或三羟甲基丙烷三缩水甘油醚(TMPGE)。
[0011]上述所述的固化剂:聚酰胺(300#、400#、650、651)、酸酐(MeTHPA)、芳香族多元胺(DDM、DDS)、脂肪胺(593)或脂环族多元胺(IPDA)。
[0012]上述所述的娃烧偶联剂:3_ (2，3-环氧丙氧基)丙基二甲氧基娃烧(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:美国三Μ公司空心玻璃微珠，密度范围0.125—0.60g/cm3、蛘埠玻璃钢工业设计研究院空心玻璃微珠，密度范围0.22—0.51g/cm3、马鞍山矿山研究院空心玻璃微珠，密度范围0.15—0.60g/cm3。
[0014]本发明具有如下有益效果:，
本发明提供一种低密度、高刚度、大阻尼夹心复合结构固体浮力材料，其特点是采用具有优良粘结性能和阻尼性能的聚氨酯弹性体，作为芯材与芯材、芯材与面材、面材与面材之间的黏接阻尼涂层，制得多层阻尼结构的多功能浮力材料。本发明使得传统的固体浮力材料有更高的防水密封性及阻尼性能，使固体浮力材料应用范围更为广泛。
[0015]【具体实施方式】:
实施例1
称取1200克环氧树脂，280克环氧活性稀释剂，55克硅烷偶联剂，投入备有搅拌器的预混罐中，将液体物料搅拌均匀，分批投入1100克经级配的空心玻璃微珠预混合，将预混合物料投入10升捏合机中，捏合15分钟。加入360克3，3’- 二乙基4，4’- 二氨基二苯基甲烷，150克异佛尔酮二胺固化剂，继续捏合60分钟至物料混合均匀。出料填入内腔尺寸200 X 200 X 100mm模具中，热压固化成型，脱模后经130°C后固化4小时，制得固体浮力材料毛坯，毛坯经机加工制成浮力材料模块。材料密度0.517g/cm3，单轴抗压强度34.2Mpa，空心玻璃微珠体积分数64.0 %
实施例2称取180克环氧树脂，45克环氧活性稀释剂，11克硅烷偶联剂，投入备有搅拌器的预混罐中，室温下将物料搅拌均匀，分批投入180克经级配的空心玻璃微珠预混合，将预混合物料投入捏合机中，捏合15分钟。加入136克甲基四氢邻苯二甲酸酐，9克2-乙基-4-甲基咪唑催化剂，继续捏合60分钟至物料混合均匀。出料填入内腔尺寸为120X 120X 50mm模具中，热压固化成型，脱模后经140°C后固化4小时，制得固体浮力材料毛坯，毛坯经机加工制成浮力材料模块。材料密度0.515g/cm3，单轴抗压强度31.6Mpa， 空心玻璃微珠体积分数64.4 %。
[0016]实施例3
阻尼涂层的制备:阻尼层是一种聚醚型聚氨酯弹性体，由A、B两组份构成，A组份为异氰酸酯预聚体组份为羟基聚醚、胺扩链剂、硅烷偶联剂、阻尼填料等组成。
[0017] A组份的制备:
称取400克D-2000聚醚多元醇于1000ml三口瓶中，加热到100—110°C真空脱水1小时。降温到60—70°C以下，投入300克MD1-50多异氰酸酯，加热到80°C预聚反应2小时，出料置于密封容器中。取样测试游离异氰酸酯含量10%。
[0018]B组份的制备:
称量下列各组分，于搅拌研磨分散机中研磨分散均匀制备B组份.B组份以100质量份聚醚多元醇计:D-2000聚醚多元醇100，胺扩链剂30，有机硅消泡剂6，硅烷偶联剂12，受阻酚阻尼填料35，氢氧化铝210，云母粉35，有机膨润土 1.5.以A、B两组份按质量比为100比200配制阻尼涂层，涂层性能如下:
表干 25 °C≤ 6h,
实干 25 °C≤24h
与基材的黏结强度> 5Mpa自由阻尼损耗因子，平均Tan δ ≥1.0实施例4
实施例1制备的浮力材料模块，表面涂敷2-3mm实施例3制备的阻尼涂层，室温固化1周或80°C固化4小时，制得自由阻尼复合结构浮力材料。
[0019]实施例5
实施例2制备的浮力材料模块，在两块模块间涂敷2-3mm实施例3制备的阻尼涂层，黏接成三明治结构作为芯材，芯材表面再涂敷阻尼涂层，经室温固化1周或80°C固化4小时，制得自由阻尼夹芯复合结构浮力材料。
[0020]实施例6
实施例1制备的浮力材料模块作为芯材，芯材表面涂敷2—3_实施例3制备的阻尼涂层作为夹芯阻尼层，面材为玻璃纤维增强环氧玻璃钢。芯材与面材之间构成约束阻尼夹芯复合结构浮力材料。
实施例7
实施例1制备的浮力材料模块，在两块模块间涂敷2-3mm实施例3制备的阻尼涂层，黏接成三明治结构作为芯材，芯材表面涂敷2—3_实施例3制备的阻尼涂层，面材为层间涂敷阻尼层的两层薄钢板或玻璃钢板，构成多层阻尼多层约束的夹芯复合结构。由实施例4#、5#、6#、7#制备的夹芯复合结构浮力材料性能列于表1中:
【权利要求】
1.一种夹心阻尼复合结构浮力材料，其特征是:包括芯材、面材和阻尼涂层，芯材为浮力材料模块，浮力材料模块包括环氧树脂、环氧活性稀释剂、固化剂、硅烷偶联剂和空心玻璃微珠，经过预混、捏合、模压、固化，切割成固体的浮力材料模块，浮力材料模块的配比按100质量份环氧树脂计为:环氧树脂100，环氧活性稀释剂20—25 ,固化剂40—80,娃烷偶联剂3-5，空心玻璃微珠85—100;面材为高刚度纤维增强环氧玻璃钢、薄钢板或铝合金板；阻尼涂层为聚醚型聚氨酯弹性体，涂敷在芯材与芯材、芯材与面材、面材与面材之间；聚醚型聚氨酯弹性体是一个聚氨酯弹性体阻尼涂层，聚氨酯弹性体阻尼涂层包括A组份和B组份，A组份为异氰酸酯预聚体；B组份包括羟基聚醚、胺扩链剂、有机硅消泡剂、氢氧化铝、云母粉、有机膨润土、硅烷偶联剂和填料，B组份以100质量份聚醚多元醇计为:羟基聚醚100，胺扩链剂30，硅烷偶联剂12，有机硅消泡剂6，填料35，氢氧化铝210，云母粉35，有机膨润土 1.5。
2.根据权利要求1所述的夹心阻尼复合结构浮力材料，其特征是:其制备工艺为:将计量的环氧树脂、环氧活性稀释剂、硅烷偶联剂、经过级配的空心玻璃微珠进行预混合，投入捏合机中捏合，加入固化剂捏合至物料均匀；置于模具中热压成型，脱模后经过后固化制得固体浮力材料毛坯；经修整的毛坯经机加工制成浮力材料模块；浮力材料模块表面涂阻尼涂层，涂层外表面敷贴面材经室温或加温固化，制备具有夹芯阻尼复合结构的固体浮力材料。
3.根据权利要求1或2所述的夹心阻尼复合结构浮力材料，其特征是:上述所述的环氧树脂为:双酚A环氧树脂(E— 51、E— 52、E— 44)、双酚S环氧树脂(830S)、脂环族环氧树月旨(H — 71、6201)或杂环型环氧树脂(TDE — 85、712)；上述所述的环氧活性稀释剂为:正丁基缩水甘油醚(BGE)、苯基缩水甘油醚(PGE)、二缩水甘油醚(DGE)、二缩水甘油基苯胺(DGA)或三羟甲基丙烷三缩水甘油醚(TMPGE)；上述所述的固化剂为:聚酰胺(300#、400#、650、651)、酸酐(MeTHPA)、芳香族多元胺(DDM、DDS)、脂肪胺(593)或脂环族多元胺(IPDA)；上述所述的娃烧偶联剂为:3- (2，3-环氧丙氧基)丙基二甲氧基娃烧(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围为0.125—0.60g/cm\0.22—0.51g/cm3或者·0.15——0.60g/cm3。
【文档编号】C09J11/04GK103707590SQ201310733298
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】刘连河, 张树华, 魏浩, 张茂伟, 王德威, 王祖华, 黄加强, 武莉 申请人:青岛海洋新材料科技有限公司