[发明专利]碳纳米管改性垫高阻尼减振静音钢轨及其制备方法

说明书

碳纳米管改性垫高阻尼减振静音钢轨及其制备方法，所述钢轨包括钢轨基层、阻尼单元和阻尼层I，所述阻尼单元包括阻尼层A和垫高层，所述垫高层位于靠近阻尼层I的一侧，所述阻尼层A位于靠近钢轨基层的一侧。所述垫高层与阻尼层A的厚度比为4‑16；所述垫高层与阻尼层I的厚度比为4‑16。所述垫高层为碳纳米管改性聚氨酯泡沫。所述碳纳米管改性聚氨酯泡沫中均匀分布有若干空心槽。本发明采用碳纳米管改性空心槽泡沫作为垫高层，不但使垫高层与原有阻尼结构共同组成垫高阻尼结构，而且可以增加垫高层的抗剪强度(从减振角度考虑要求垫高层抗剪强度尽可能地大)、提高垫高层的防火性能、增加垫高层自身的阻尼效果、并且弥补由于较多的空心槽所造成的垫高层强度过低的问题。

技术领域

本发明属于建筑领域，涉及一种减振静音钢轨，具体地说，涉及一种碳纳米管改性垫高阻尼减振静音钢轨。

背景技术

当今社会中，各种各样的振动和噪声层出不穷，避无可避。然而，这种环境的长期作用不仅影响人们的身心健康，还导致结构设备因长期振动而疲劳破坏、精密仪器灵敏度下降。因此，控制振动、降低噪声已经成为迫切需要解决的课题。

近几年，随着阻尼材料在工程减振领域的广泛使用，阻尼钢轨也开始得到广泛的关注。现有的阻尼钢轨主要形式包括以下三种：(1)在钢轨侧面粘贴一层阻尼层，组成自由阻尼结构；(2)在阻尼层外再包裹一层约束层，形成约束阻尼结构；(3)在阻尼层内加入异型迷宫结构，组成迷宫式约束阻尼；(4)在约束阻尼结构中添加一层磁性材料层/磁性吸附层，并且使用一层或者多层阻尼层。其中，自由阻尼结构主要依靠阻尼层的拉压变形来耗散能量。而约束阻尼结构主要依靠阻尼层的剪切变形来耗散能量，同时阻尼层也会产生拉压变形，从而耗散更多的能量。迷宫式约束阻尼，耗能原理与约束阻尼结构大致相同；加入迷宫结构的目的是为了增大剪切变形。对于在约束阻尼结构中添加磁性材料层的阻尼结构，其耗能机理与约束阻尼结构完全相同；增加的磁性材料层是为了通过磁性材料本身进行吸振并且增加结构整体性。然而，以上四种结构都存在内半层阻尼对耗能贡献不大的情况，降低了阻尼层减振耗能的效率，造成阻尼材料的浪费，提高成本。此外，迷宫约束阻尼结构制作工艺过于复杂，不利于产品推广。而加入了磁性材料层的约束阻尼结构，本质上与原有约束阻尼结构相同，新加入的磁性材料层不但很难提供比阻尼材料更好的减振耗能效果，也不能增加吸音效果，并且会增加结构质量。对于使用喷涂工艺的阻尼层，由于其本身不存在层间结合力问题，也就不需要磁性材料来增加整体性。

常冠军等人(《粘弹性阻尼材料》，国防工业出版社，2012年，230页)的研究表明，在阻尼层与基板之间牢固地粘合一层抗剪刚度极大而抗弯刚度极小的材料作为中间层(Spacer)，可使结构损耗因子提高，且可降低系统的质量。他们认为，在给定厚度的阻尼结构中，2/3的阻尼作用发生在外部的半层材料中，因此内半层可以用“无重量”的材料取代。这个内半层“无重量”的材料称为扩变层或垫高层，它可以加大从粘接的中线平面算起的阻尼处理距离(相当于增加阻尼层的厚度)，从而也就加大了粘弹层的拉压变形，结构阻尼也就随之增大。同时，扩变层的加入还有加宽有效阻尼温度宽度的作用。并且因为扩变层材料密度很小，所以可以显著降低阻尼材料系统的表观质量。目前采用的垫高层是蜂窝状或者蓬松的硬泡沫，其附带作用是吸声和隔热。然而，由于现有的垫高阻尼结构往往采用已经固化的阻尼材料通过粘接剂粘接，容易产生层间结合不牢固、扩变层强度过低的问题；当垫高阻尼结构应用于较大振动构件的减振时，这种问题尤为明显。此外，采用普通的硬泡沫不耐火，也存在钢轨不防火、安全性不能保证等问题。

目前，基于碳纳米管的研究热度，许多人已经针对在泡沫中添加碳纳米管进行了研究。其中，大多采用物理添加的方法。而Kuan H C和Jung Y C等人采用了化学键键合的方法向聚氨酯泡沫中添加碳纳米管。然而，其添加碳纳米管的目的是提高材料的强度和韧性，以及提高材料的导电性、电磁屏蔽性和光电子发射性。基于上述目的，目前添加了碳纳米管的聚氨酯泡沫的应用仅限于以下几个方面：电子材料领域、智能材料领域、节能材料领域和生物医学材料领域。

发明内容