[发明专利]有机混合物基阻尼材料、其生产方法、和用于阻尼材料的阻尼改进剂

说明书

本发明涉及一种有机混合物基阻尼材料、一种生产它的方法以及用于该有机混合物基阻尼材料的阻尼改进剂。更具体地说，它涉及包含聚合物基质以及具有压电、介电和导电作用的有机阻尼改进剂的能够有效吸收机械能并以热能形式将其驱散以阻尼非所需噪音和震动的阻尼材料。

本发明提供的阻尼材料具有高阻尼效率，在长期使用过程中能控制功能下降，因此适用于不同的应用温度区域和各种领域，包括电子器件、机器、化学、建筑/军事工程、和运输。

震动和噪音的阻尼已在汽车和航天结构中成为一种重要的要求。有源和无源阻尼是两种常用于控制非所需震动和噪音的方法。无源阻尼控制意义更大，因为它降低了体系的复杂性。在这种体系中，能够将声音或机械震动能转化成热的阻尼材料具有重要的作用。

针对由，例如电子器件和车辆，尤其是当它们在公路和桥梁上行驶时产生的噪音的一种常用措施是金属和无机材料的厚墙。这种材料的阻尼效率符合质量定律，即，增加它们的重量以更有效地降低噪音。但无机材料隔音墙的厚度或重量增加需要高成本和特殊的建筑要求。尽管多孔纤维(如，岩石棉、玻璃棉和其它多孔纤维)可用于降低声音和震动隔绝材料的重量，但这些材料在低频区中阻尼效率不足，且不能降低隔绝墙的尺寸或厚度。另一方面，用于降低墙重量的双结构墙可能导致在特定频率下的声音传播损失的下降，因为墙体和它们之间的空气弹簧产生共振，造成隔音不足。

另一常用于无源阻尼的代表性材料是相对金属和无机材料较轻且具有较高阻尼效率的粘弹性聚合物。由于聚合物的机械能驱散在其玻璃化转变温度附近最高效，因此在应用温度附近具有较高阻尼峰的聚合物是优选的。但遗憾的是，大多数聚合物的玻璃化转变远离室温。因此，如何将阻尼峰位置控制在所需温度区或增强聚合物基阻尼材料的阻尼峰强度是十分重要的。尽管由乳液聚合反应得到的互穿聚合物网状结构(IPN)的应用已被认为是一种非常有效的加宽阻尼峰的方式，它通常作为油漆而不是一种结构材料来施用，因为水难以去除。共混具有中等混溶性的二元或三元聚合物被认为是另一种加宽阻尼峰的途径，而阻尼峰位置的定位限制在这两种聚合物的玻璃化转变内，因此不能提高阻尼峰强度。加入小分子量增塑剂确实能够提高阻尼峰最大值，但遗憾的是阻尼峰位置移向较低温度且储存模量下降。另一方面，填充有无机颗粒或纤维的聚合物复合体能够产生高劲度和强度，但阻尼峰最大值急剧下降。

为了解决上述问题，已开发出一种包含压电陶瓷粉末和导电颗粒的聚合物基复合体阻尼材料。这种复合体的阻尼机理据信是由于利用这些组分之间协同作用的能量传递效果。机械震动能首先传输到压电陶瓷粉末，然后提高压电作用转化成交替的电势能。然后，该电势能进一步通过聚合物基质中的导电颗粒转化成焦耳热。尽管这种复合体的阻尼机理独特，但该阻尼材料由于无机填料颗粒和聚合物基质间的不匹配而在最高处具有约0.5的低损耗角正切(tanδ)，遗感地导致在实际应用时的阻尼效率不足。为了提高各组分间的相互作用，还提出了一种包含有机低分子量添加剂和聚合物基质的阻尼材料。例如，日本专利申请公开68190/1999公开了一种包含N，N-二环己基-2-苯并噻唑基-亚磺酰胺作为有机低分子量添加剂和氯化聚乙烯作为基质的阻尼材料。但迄今提出的这些材料的缺点在于稳定性不足，在长期使用过程中功能下降，因为自由晶体的成块导致相分离，其中N，N-二环己基-2-苯并噻唑基-亚磺酰胺是主要组分。同时，这些尝试不能将阻尼峰位置控制在所需的温度区域内。

从实际考虑，最佳的聚合物基阻尼材料应该同时具有优异的阻尼作用和高劲度，而其玻璃化转变可控制以满足不同的实际要求。本发明的发明人还发现，为了增加阻尼材料的震动和声音吸收的效率，需要同时增加损耗角正切(tanδ)和损耗模量(E”)。但如上所述，迄今尚未开发出任何能够满足上述要求的材料。

本发明的一个目的是提供一种由聚合物基质和具有压电、介电和导电作用的有机阻尼改进剂组成的有机混合物基阻尼材料。该阻尼材料具有高度的阻尼效率和有限程度的暂时变质(temporal deterioration)。此外，阻尼峰位置可控制在所需的温度区域内。

本发明的另一目的是提供一种有机阻尼改进剂，它包含至少一种含碱性氮的有机压电、介电和导电材料和一种特定的有机添加剂。该阻尼改进剂同时优异地增加阻尼效率并成功地提高阻尼性能对老化的稳定性，而且将阻尼峰位置控制在所需的温度区域内。

本发明的另一目的是提供一种生产有机混合物基阻尼材料和阻尼改进剂的方法。该生产方法包括，各组分的选择、混合步骤和模塑工艺以得到最终产品。