[发明专利]多模无机填料及高分子复合阻尼材料以及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型高效阻尼材料及其制作方法。属于隔音设备领域；该材料基于一种大量无机多模填料与高分子树脂的复合物，然后压延成各种形状(常规的比如板材)。该发明涉及玻璃化转变温度(Tg)在室温附近(-30-80℃)的高填充性高分子树及其复合物基体(如丙烯酸胶，聚氨酯等聚合物胶)，可以通过控制组分比例较容易的调控微结构的粘弹性，有效提高对震动的损耗作用；且可设计多模填料的粒子分布，使得复合材料的吸收峰会呈现“可控状态”。该材料比纳米填充材料成本要低，安全，环保，具有更加全面的阻尼性能。该材料在加热或粘合剂作用下，可以与具有一定机械强度的基材贴合，在汽车、高铁、建筑、航空航天等领域均可以应用。 

背景技术

材料在受到应力作用下发生的应变滞后现象和力学损耗是其产生阻尼作用的根本原因。人们将应变落后于应力的相角差δ称为损耗角，通常用力学损耗角正切(或损耗因子，tanδ)表示内耗的大小。力学损耗与阻尼性能关系非常密切，聚合物的内耗愈大则阻尼效果愈好。tanδ和模量的关系如下： 

E＝E′+iE″ 

tanδ＝E″/E′ 

式中E′即实数模量，也称为储能模量，表示应力作用下能量在试样中的储存：E″即虚数模量，也称为损耗模量，表示能量的损耗。 

这个机理也表明，材料可以吸收振动机械能，并转化为热能而损耗，因此，可利用其在变形时将机械能转变为热能的原理，来降低体系的共振振幅，增加疲劳寿命。 

粘弹性是高分子材料的一个重要特性，但是聚合物在玻璃态时模量很高，分子几乎不能运动，因此也就不能耗散机械能，而是将能量作为位能储存。在高弹态时分子运动很容易，不能吸收足够的机械能。只有在玻璃化转变温度(Tg)附近，聚合物具有足够高的tanδ，能够大量吸收振动能量。 

选择合适的高聚物制备的阻尼材料，其阻尼性远高于常规的高阻尼合金。橡胶类阻尼材料是使用最为广泛的聚合物基阻尼材料，但传统橡胶类阻尼垫耐高低温性能较差，易老化。此外，无机填料杂化聚合物体系，互穿聚合物网络，等，成为设计阻尼新材料的重要方向。 

对于无机填料杂化聚合物体系，无机填料的加入能大幅度提高材料的硬度和模量。由于填料间的相互摩擦及填料与高分子间的摩擦作用，限制了分子的运动，增加了应力与应变间的相位滞后，可以大幅度地提高E″和tanδ，而E′增大不多；无论填料的活性如何，都能减弱分子间的缠结，使阻尼因子或tanδ变大。 

发明内容

本发明的一个目的是基于Tg在环境温度范围的聚合物体系，添加无机多模填料，然后压延成板材。这种材料安全，环保，具有优异的阻尼性能。因为多模填料的使用，材料的阻尼性能可以在很宽的频率范围得到提升，以便对应于同频率的不同温度范围。 

本发明所涉及的“多模”，指通过控制粒子的尺度分布，比如控制纳米、亚微米以及微米级粒子的比例，与聚合物杂化后，tanδ会产生多峰，可以大幅度地提高材料的阻尼减震性能。本发明所涉及的纳米、亚微米以及微米级粒子尺度均呈现高斯分布。因为毫米级填料的价格与研磨加工的成本低于纳米填料，其成本低于纳米填料。 

所述阻尼材料原料包括下述物质：热塑性树脂，多模无机填料。其中，多模无机填料使用特制的偶联剂处理液进行表面处理。 

所述经偶联剂处理过的多模无机填料为1-80wt％，其余为热塑性树脂。 

所述热塑性树脂选自PVC-聚醋酸乙烯酯、丙烯酸酯类、聚氯乙烯-醋酸乙烯、EVA-聚醋酸乙烯-乙烯、乙烯-丙烯酸酯共聚物、PU-聚氨酯类PE-聚乙烯、PVC-聚氯乙烯、PS-聚苯乙烯、PP-聚丙烯、POM-聚甲醛、PET-热塑性据对苯二甲酸乙二醇酯、PVA聚醋酸乙烯等的任意一种或多种。选择材料的原则是尽量扩大玻璃化转变温度范围及提高tanδ。该发明涉及玻璃化转变温度(Tg)在室温附近(-30-80℃)的高填充性高分子树脂或其复合物基体，通过控制组分比例，乃至加入多模无机填料，可以较容易的调控微结构的粘弹性。优选的，所选用热塑性树脂为聚醋酸乙烯-乙烯，简称EVA。 

本发明涉及的多模填料也涉及不同种类填料的变化。所述无机填料包括颗粒形无机填料，板形无机填料，针形无机填料中的任意一种或多种。 

所述颗粒形填充物可以包括二氧化硅，陶瓷，空心微珠，玻璃微球，氧化铝，硅酸钙，硫酸钡，碳酸钙等中的一种或几种；优选的，选择轻质碳酸钙为颗粒填充物； 

板形填充物可以包括片状云母，片状石墨，片状高岭土，片状氧化锌等中的一种或几种；优选的，选择片状云母为板形填充物；