一種環氧樹脂基壓電複合阻尼材料及其製備方法
2023-05-05 03:04:21 1
專利名稱：：一種環氧樹脂基壓電複合阻尼材料及其製備方法
技術領域：
：本發明涉及一種壓電陶瓷/聚合物複合材料及其製備方法，特別是涉及一種環氧樹脂基壓電複合阻尼材料及其製備方法。
背景技術：
：隨著社會的發展，機械設備趨於高速和自動化，隨之引起的振動、噪聲和疲勞斷裂問題亦越來越突出，振動和噪聲限制機械設備性能的提高，嚴重破壞機械設備運行的穩定性和可靠性，並汙染環境，危害人們的身心健康，因此減振降噪、改善環境是一個亟待解決的問題。阻尼材料作為一類重要的減振產品，廣泛應用於交通工具、產業機械、建築土木、家用電器、精密儀器和軍事裝備等領域的減振降噪工程，深受國內外研究者的關注。人們對振動及噪音的控制越來越重視，對阻尼材料的性能要求也就越來越高。傳統的阻尼材料基於高聚物的粘彈性，即在玻璃化轉變區域內，由分子鏈運動產生的內摩擦，將外場作用的機械能或聲能部分地轉變為熱能散逸，從而具有減振降噪作用。但傳統的阻尼材料存在有效溫域窄、性能受溫度和頻率的影響較大等缺點，無法滿足許多特殊環境的使用要求。壓電陶瓷/聚合物複合材料是一類重要的新材料，1978年美國賓州州立大學材料實驗室首次提出了壓電陶瓷/聚合物複合材料的概念。近年來，無論是在其理論研究，還是其性能研究、製備工藝以及應用開發方面都取得了許多重大成果。如在介電材料、傳感及控制、水聲材料、熱釋電材料等方面都有廣泛的研究和應用。複合材料中各分量相可以用0，1，2，3維方式，其中0代表顆粒，l代表纖維，2代表平面薄膜，3代表空間網絡。按照各相材料的不同連通方式，壓電複合材料可以分為十種基本類型，即0-0，0-1，0-2，0-3，1-1，1-2，1-3，2-2，2-3，3-3型。0-3型壓電複合材料是指由壓電陶瓷顆粒均勻分散於三維連通的聚合物基體而構成的兩相複合材料。綜合相關文獻報導，0-3型壓電複合材料的聚合物基體材料主要有兩大類，一類為塑料或樹脂，如聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯/三氟乙烯共聚物P(VDF/TrFE)，聚乙炔(PA)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)和環氧樹脂等，主要用在介電材料、傳感及控制、水聲材料、熱釋電材料等方面；另一類為橡膠，如丁腈橡膠、氯丁橡膠、溴化丁基橡膠、氟橡膠等，主要用作減振阻尼和吸聲材料。而以環氧樹脂為基體製備壓電阻尼材料卻未見報導。專利號CN85100715A的中國專利介紹了一種以環氧樹脂與液體聚硫橡膠為基膠，以石墨、滑石、雲母等粉末為填料的膩子型阻尼塗料。當阻尼材料與鋼板厚度比為2時，其複合損耗岡子大於0.05的溫度帶寬為S(TC。專利號CN1844290A的中國專利介紹了一種含有空心微珠的環氧樹脂-聚氨酯體系灌封阻尼槳料及製備方法。發明的灌封漿料具有低密度、低成本和阻尼性能好的特點。專利號CN1958707A的中國專利介紹了一種雙組分的環氧樹脂阻尼灌封膠。組分A主要由剛性環氧、柔性環氧、活性稀釋劑和液體丁腈橡膠製備，組分B為胺類固化劑。該環氧阻尼灌封膠的玻璃化溫度Tg可在-20120'C範圍內調整，tanS腦x〉0.5。美國專利(專利號5526324)介紹了一種利用壓電陶瓷壓電效應的吸聲/振動阻尼材料，在壓電陶瓷基體中引入導電粒子或纖維形成導電迴路，在一定聲能或振動機械能激勵時，由壓電效應產生的電能在導電迴路中轉換成熱能消耗掉，從而所有的聲能或振動機械能轉化為熱能消耗掉。以上相關專利技術提到了以環氧樹脂或其它聚合物為基體製備的阻尼材料和以壓電陶瓷為基體製備的減振阻尼材料，但對以環氧樹脂為基體、壓電陶瓷為功能填料製備的壓電複合阻尼材料並未涉及。
發明內容本發明所要解決的技術問題之一在於提供一種能夠實現振動機械能一電能一熱能轉換、從而將振動機械能消耗掉的新型阻尼材料；本發明所要進一步解決的技術問題在丁提供一種所述新型阻尼材料的製造方法。通過本發明可以獲得一種工藝簡便可行、寬溫域內阻尼性能好的環氧樹脂基壓電複合阻尼材料。本發明以環氧樹脂為基體，加入壓電陶瓷粉和導電炭黑，採用合適的製備工藝，獲得了一種新型阻尼材料——0-3型環氧樹脂基壓電複合材料。該種環氧樹脂基壓電複合阻尼材料，包含有——環氧樹脂，質量份為100份；——壓電陶瓷粉，質量份為30220份，更好的選擇低限為50份、60份、80份，高限為120份、150份、200份；——導電炭黑，質量份為0.55份，更好的選擇低限為0.8份、1.0份、1.5份，高限為3.0份、3.5份、4.0份;——固化劑，質量份為30~120份，較好的用量為根據所選固化劑由環氧值、胺值計算的理論用量值附近，一般選擇80120%理論計算量，更好的加入量為理論量的90110%。按配方比例稱量環氧樹脂、壓電陶瓷粉和導電炭黑各組分並混合在一起，分散後加入合適的固化劑，混合均勻，澆注固化成型。成型的壓電複合材料在高壓直流油浴電場屮極化即製得本發明所述之環氧樹脂基壓電複合阻尼材料。稱量後加入固化劑前的分散可以用普通的機械分散方法，例如攪拌分散方法，優選的分散方法為用超聲波分散法。超聲波分散法可以使粉料在樹脂基體中分散得更加均勻，有利於獲得均勻緻密的壓電複合材料。環氧樹脂可以選擇25'C時粘度小於30Pa，s的液態環氧樹脂，更進一步優選自剛性環氧樹脂(E-51、E-44、6002和E-42)、縮水甘油醚型環氧樹脂、柔韌性環氧樹脂和直鏈型脂肪族柔韌性環氧樹脂(D.E.R.732)之一。壓電陶瓷粉為壓電常數cb在600pC/N以上的壓電陶瓷粉，更進一步優選自鋯鈦酸鉛PZT壓電陶瓷粉、鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛PMN-PT壓電陶瓷粉及改性PZT壓電陶瓷粉之一。導電炭黑使用普通的市售導電碳黑。用導電炭黑作為導電相，導電炭黑與壓電陶瓷粉在環氧樹脂基體中配合使用，有利於形成導電網絡，提高電能轉化為熱能的效率，從而提高複合材料的阻尼性能。根據所用的環氧樹脂選擇合適的固化劑以及相應的固化劑用量，固化劑可選擇胺類、酸酐類、酚醛類等固化劑，用量可參考根據所選固化劑由環氧值、胺值等計算的理論用量值，也可根據情況適當調整，與通常環氧樹脂體系使用同化劑的技術要求相同，沒有特殊要求。以上選擇的技術措施可以單獨使用，也可以互相組合使用。例如，本專利介紹的不同的環氧樹脂可以和不同的壓電陶瓷粉組合使用。原料混合均勻後，將混合料澆注入模具，室溫固化12—48h成型，一般24h固化成型。成型的壓電複合材料在高壓直流油浴電場中極化。極化場強為0.8-8kv/mm，極化溫度為50-120°C，極化時間為15-90min。通過採用以上技術方案，可以達到下列技術效果提供了一種新型壓電複合阻尼材料，其在寬溫域內(10~100°C)阻尼性能好(tanS^).3)，可作為自由阻尼材料在工程中應用。環氧樹脂基壓電複合材料是一種智能材料，還可在智能減振降噪系統中得到應用。該材料可以做成阻尼塗料、膩子、漿料以及灌注膠，也可以根據需要澆注成型為各種用途的型材。本發明可廣泛應用於交通工具、產業機械、建築土木、家用電器、精密儀器和軍事裝備等領域的減振降噪工程，產生良好的經濟效益和社會效益。具體實施方式實施例1~4以環氧樹脂6002和固化劑5506為基體，添加PZT壓電陶瓷粉和導電炭黑製備環氧樹脂基壓電複合阻尼材料。按配方比例稱量環氧樹脂6002、PZT壓電陶瓷粉和導電炭黑各組分並混合在一起，超聲波分散後加入固化劑5506，機械攪拌混合均勻，將混合料澆注入模具，室溫固化24h成型。成型的壓電複合材料在髙壓直流油浴電場中極化，極化場強為4kv/mm，極化溫度為80°C，極化時間為45min。實施例14的配方見表1，壓電複合阻尼材料的阻尼性能見表2。tableseeoriginaldocumentpage8實施例5~8以低粘度柔韌性環氧樹脂D.E.R.732和脂肪族胺類固化劑5784為基體，添加壓電陶瓷粉和導電炭黑製備環氧樹脂基壓電複合材料。按配方比例稱量環氧樹脂D.E.R.732、PMN-PT壓電陶瓷粉和導電炭黑各組分並混合在一起，超聲波分散後加入固化劑5784，機械攪拌混合均勻，將混合料澆注入模具，室溫固化24h成型。成型的壓電複合材料在高壓直流油浴電場中極化，極化場強為4kv/mm，極化溫度為80。C，極化時間為45min。實施例58的配方見表3，實施例6所得iii電複合阻尼材料的阻尼性能見表4。表3實施例58配方(質量份)tableseeoriginaldocumentpage9表4實施例6環氧樹脂基壓電複合材料的阻尼性能(26°C，測試執行標準GJB981-1990)tableseeoriginaldocumentpage9實施例912以粘度較高的環氧樹脂E-51和酚醛改性胺類固化劑T-31為基體，添加壓電陶瓷粉和導電炭黑製備環氧樹脂基壓電複合材料。按配方比例稱量環氧樹脂E-51、改性PZT壓電陶瓷粉和導電炭黑各組分並混合在一起，機械攪拌分散後加入固化劑T-31，再次機械攪拌混合'均^J，將泡合料澆注入模具，室溫固化24h成型後，熱處理(80°CX2h+100°CX2h)使其完全固化。成型的壓電複合材料在高壓直流油浴電場中極化。實施例912的配方見表5。表5實施例912配方(質量份)組份實施例5實施例6實施例7實施例8環氧樹脂E-51畫100100100固化劑T-3140404550改性PZT壓電陶瓷粉70100180220導電炭黑0.81.54權利要求1、一種環氧樹脂基壓電複合阻尼材料，其特徵在於，含有環氧樹脂質量份為100份；壓電陶瓷粉質量份為30～220份；導電炭黑質量份為0.5～5份；固化劑質量份為30～120份，根據環氧值、胺值等進行理論計算，80～120％理論量；2、權利要求1所述環氧樹脂基壓電複合阻尼材料，其特徵在於所述環氧樹脂是25"C時粘度小於30Pa*s的液態環氧樹脂。3、權利要求2所述環氧樹脂基壓電複合阻尼材料，其特徵在於所述環氧樹脂選自環氧樹脂E-51、E-44、6002、E-42、縮水甘油醚型環氧樹脂、柔韌性環氧樹脂和直鏈型脂肪族柔韌性環氧樹脂D.E.R.732之一。4、權利耍求i所述環氧樹脂基壓電複合阻尼材料，其特徵在:r:所述壓電陶瓷粉為壓電常數d33在600pC/N以上的壓電陶瓷粉。5、權利要求4所述環氧樹脂基壓電複合阻尼材料，其特徵在於所述壓電陶瓷粉為鋯鈦酸鉛PZT壓電陶瓷粉、鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛PMN-PT壓電陶瓷粉及改性PZT壓電陶瓷粉之一。6、權利要求1所述環氧樹脂基壓電複合阻尼材料的製造方法，其特徵在於包括以下步驟按配方比例稱量各組分、混合、分散、然後加入固化劑、機械攪拌混合均勻、澆注固化成型、成型的壓電複合材料在高壓直流油浴電場中極化。7、權利要求6所述環氧樹脂基壓電複合阻尼材料的製造方法，其特徵在於所述混合後的分散方法是超聲波分散法。8、權利要求6所述環氧樹脂基壓電複合阻尼材料的製造方法，其特徵在於包括以下步驟所述高壓直流油浴電場極化場強為0.8-8kv/mm，極化溫度為50畫120。C，極化時間為15-90min。全文摘要本發明介紹了一種環氧樹脂基壓電複合阻尼材料及其製法，其按質量含有100份環氧樹脂，30～220份壓電陶瓷粉，0.5～5份導電炭黑，30～120份固化劑。經過混合、分散、然後加入固化劑、混合均勻、澆注固化成型、成型的壓電複合材料在高壓直流油浴電場中極化，其在寬溫域內(10～100℃)阻尼性能好(tanδ≥0.3)，可作為自由阻尼材料在工程中應用，還可在智能減振降噪系統中得到應用。該材料可以做成阻尼塗料、膩子、漿料以及灌注膠，及澆注成各種型材，用於交通工具、產業機械、建築土木、家用電器、精密儀器和軍事裝備等領域的減振降噪工程。文檔編號B29C39/00GK101323697SQ200810140889公開日2008年12月17日申請日期2008年7月25日優先權日2008年7月25日發明者朱曉君,林新志,磊梁,璇韋申請人:中國船舶重工集團公司第七二五研究所