專利名稱：高性能減振復(fù)合材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工程用材料領(lǐng)域，它涉及了一種高性能減振復(fù)合材料及其制造方法，更具體地說(shuō)，涉及減振、降噪工程用材料的新技術(shù)開(kāi)發(fā)。
背景技術(shù)：
由于一般高聚物阻尼材料的減振機(jī)理主要是基于材料的粘彈性將振動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芟牡?，其減振效果對(duì)使用條件如溫度和振動(dòng)頻率有很大的依賴性，雖然人們采取了許多改進(jìn)方法，但減振效果仍不理想。除此之外，高聚物阻尼材料還有一點(diǎn)不足之處即動(dòng)態(tài)力學(xué)性能不具有可控性，也就是一旦設(shè)計(jì)選定了材料種類和減振結(jié)構(gòu)形式，其動(dòng)態(tài)力學(xué)性能就不會(huì)隨著振動(dòng)響應(yīng)的變化而作出相應(yīng)的調(diào)整。但在實(shí)際工程應(yīng)用中，由于外界條件的變化而引起減振結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)變化的情況經(jīng)常發(fā)生，因而人們希望阻尼材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能可以隨結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的變化而調(diào)整以保持較好的減振效果。為了解決這些問(wèn)題，必須探討新的減振機(jī)理，研制新的減振材料。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述高聚物阻尼材料的缺陷，本發(fā)明提供了一種高性能減振復(fù)合材料及其制造方法。
通過(guò)上述分析知道，既然一般高聚物阻尼材料的減振機(jī)理是利用粘彈性將振動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芟牡舸嬖谝欢ㄈ毕荩藗兙拖氲绞欠窨上葘⒄駝?dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?，如電能等，然后再將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芟牡?，這樣，可拓寬消耗震動(dòng)能的途徑，既提高減振效率，又可克服上述缺陷。本發(fā)明構(gòu)思采用高性能減振復(fù)合材料進(jìn)行減振的機(jī)理不僅僅基于材料的粘彈性進(jìn)行減振，還基于壓電、導(dǎo)電作用引起的能量耗散及填料粒子之間和填料粒子對(duì)有機(jī)高分子之間的摩擦所引起能量消耗等多重能量變換進(jìn)行減振。
本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下一種高性能減振復(fù)合材料，其特征在于它是用聚偏二氟乙烯(PVDF)作為基體材料，用陶瓷材料(PZT)作為壓電材料，用炭黑(CB)作為導(dǎo)電材料，并將這三種材料共混而成，其各組分體積百分比為聚偏二氟乙烯(PVDF)∶陶瓷材料(PZT)∶炭黑(CB)＝52～63％∶30～40％∶7～8％。
所述的高性能減振復(fù)合材料的制造方法，其特征在于是這樣制備的第一步混練1>將雙輥筒練塑機(jī)上的輥筒溫度升到150～170℃并保持基本穩(wěn)定；2>在輥筒間加入PVDF，通過(guò)輥筒表面溫度和輥筒的壓力使PVDF塑化熔融至半流狀態(tài)；3>在輥筒間加入PZT，由于兩輥筒表面轉(zhuǎn)速的差異，PZT粒子在PVDF中分散開(kāi)來(lái)，同時(shí)用切刀做人工輔助性的混合，以利于均勻混合；4>在輥筒間加入CB粒子，同樣用切刀輔助混合，使各組分混合均勻；5>總的混煉時(shí)間為30～40分鐘，混煉均勻后，將混煉料從輥筒上剝下來(lái)，在室溫下冷卻，然后剪碎制成混煉碎粒，以備熱壓成形之用。
第二步熱壓成形1>將混煉碎料均勻地鋪在模子內(nèi)腔中，模子上下都用鋼板夾住，且在鋼板和模子之間用一層高溫防粘膜；2>將鋼板移入平板硫化機(jī)，卸載條件下以180～200℃預(yù)熱10～20分鐘，使混煉碎料充分熔融；
3>用10～12MPa的壓力加壓10～20分鐘，使熔融混煉碎料流動(dòng)充滿模子內(nèi)腔；4>反復(fù)加壓、卸載1～2分鐘，排出熔融混料中的氣體；5>再用10～12MPa的壓力加壓保形10～20分鐘；6>取下鋼板，連同混料用水冷卻，脫模。
第三步極化將脫模后的混料采用極化電壓11000～12000V，極化溫度100～120℃，極化時(shí)間60～80分鐘進(jìn)行電暈放電極化從而制得高性能減振復(fù)合材料。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下1.本發(fā)明高性能減振復(fù)合材料減振機(jī)理在于較少地依靠高聚物的粘彈性，因此，這類高性能減振復(fù)合材料的使用條件受溫度變化的制約相對(duì)較?。?.由于綜合了多種耗能途徑，該高性能減振復(fù)合材料可獲得較理想的減振效果；3.由于該材料的力學(xué)性能較好，則這類高性能減振復(fù)合材料具有較好的力學(xué)性能，因而可作為結(jié)構(gòu)材料或與其它結(jié)構(gòu)材料一起使用。
具體實(shí)施例方式通過(guò)下述實(shí)施例將有助于理解本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。
基體材料的選擇主要考慮選用本身就具有較強(qiáng)壓電性的高聚物，充分應(yīng)用其壓電換能作用以降低壓電陶瓷的使用量，另外還考慮所選材料應(yīng)該具有強(qiáng)介電損耗效果，便于其減振功能的發(fā)揮?；谝陨峡紤]，基體材料選用聚偏二氟乙烯(PVDF)；壓電材料選用了機(jī)電耦合系數(shù)高且電疇壁在較小電場(chǎng)換外力作用下就容易運(yùn)動(dòng)，能量?jī)?nèi)耗大的陶瓷材料(PZT)；而導(dǎo)電材料的選擇主要考慮選用價(jià)格低廉、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性良好的材料，基于這些考慮，導(dǎo)電材料選用炭黑(CB)。
根據(jù)本發(fā)明制備的方法，按下列組分體積百分比制作了一些樣品(為便于制備高性能減振復(fù)合材料操作，括號(hào)內(nèi)注明了質(zhì)量克數(shù))，并對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)介電測(cè)試(DEA)和動(dòng)態(tài)機(jī)械性能測(cè)試(DMA)等，來(lái)觀察其能量損耗的途徑及效果。
第二步熱壓成形1>將混煉碎料均勻地鋪在模子內(nèi)腔中，模子上下都用鋼板夾住，且在鋼板和模子之間用一層高溫防粘膜；2>將鋼板移入平板硫化機(jī)，卸載條件下在180℃預(yù)熱20分鐘，使混煉料充分熔融；3>用10MPa的壓力加壓20分鐘，使熔融混煉碎料流動(dòng)充滿模子內(nèi)腔；4>反復(fù)加壓、卸載1分鐘，排出熔融混料中的氣體；5>再用10MPa的壓力加壓保形20分鐘；
6>取下鋼板，連同混料用水冷卻，脫模。
第三步極化將脫模后的混料采用極化電壓11000V，極化溫度120℃，極化時(shí)間80分鐘進(jìn)行電暈放電極化。從而制得高性能減振復(fù)合材料。
實(shí)施例1～實(shí)施例3所制得的高性能減振復(fù)合材料與單純的聚偏二氟乙烯(PVDF)材料通過(guò)動(dòng)態(tài)介電測(cè)試(DEA)以介電損耗ε”評(píng)價(jià)見(jiàn)表一和動(dòng)態(tài)機(jī)械性能測(cè)試(DMA)以損耗模量E”(×108)評(píng)價(jià)見(jiàn)表二其對(duì)比測(cè)試結(jié)果如下
表一 介電損耗ε”

表二 損耗模量E”(×108)

從表一可知，所制備的高性能減振復(fù)合材料的介電損耗ε”要高于單純的聚偏二氟乙烯(PVDF)材料60倍以上，因此可知，所制備的高性能減振復(fù)合材料通過(guò)壓電、導(dǎo)電機(jī)理耗能效果大大高于單純的聚偏二氟乙烯(PVDF)材料。從表二也可知，所制備的高性能減振復(fù)合材料的損耗模量E”也要高于單純的聚偏二氟乙烯(PVDF)材料1倍以上，因此可知，所制備的高性能減振復(fù)合材料的耗能效果也高于單純的聚偏二氟乙烯(PVDF)材料。故從表一、表二可知所制備的高性能減振復(fù)合材料減振性能要大大優(yōu)于單純的聚偏二氟乙烯(PVDF)材料。
另外，從表一和表二都可知，所制備的高性能減振復(fù)合材料使用溫度較廣，在常溫10～40℃下，都具有很好的減振效果。
本發(fā)明的高性能減振復(fù)合材料減振機(jī)理較少地依靠粘彈性，因此，減振效果受環(huán)境溫度的制約相對(duì)較少，減振效率高，可適用于交通、建筑、機(jī)械、家用電器及體育器材等方面。
權(quán)利要求
1.一種高性能減振復(fù)合材料，其特征在于它是用聚偏二氟乙烯(PVDF)作為基體材料，用陶瓷材料(PZT)作為壓電材料，用炭黑(CB)作為導(dǎo)電材料，并將這三種材料共混而成，其各組分體積百分比為聚偏二氟乙烯(PVDF)∶陶瓷材料(PZT)∶炭黑(CB)＝52～63％∶30～40％∶7～8％。
2.按權(quán)利要求1所述的高性能減振復(fù)合材料的制造方法，其特征在于是這樣制備的第一步混練1>將雙輥筒練塑機(jī)上的輥筒溫度升到150～170℃并保持基本穩(wěn)定；2>在輥筒間加入PVDF，通過(guò)輥筒表面溫度和輥筒的壓力使PVDF塑化熔融至半流狀態(tài)；3>在輥筒間加入PZT，由于兩輥筒表面轉(zhuǎn)速的差異，PZT粒子在PVDF中分散開(kāi)來(lái)，同時(shí)用切刀做人工輔助性的混合，以利于均勻混合；4>在輥筒間加入CB粒子，同樣用切刀輔助混合，使各組分混合均勻；5>總的混煉時(shí)間為30～40分鐘，混煉均勻后，將混煉料從輥筒上剝下來(lái)，在室溫下冷卻，然后剪碎制成混煉碎粒，以備熱壓成形之用。第二步熱壓成形1>將混煉碎料均勻地鋪在模子內(nèi)腔中，模子上下都用鋼板夾住，且在鋼板和模子之間用一層高溫防粘膜；2>將鋼板移入平板硫化機(jī)，卸載條件下以180～200℃預(yù)熱10～20分鐘，使混煉碎料充分熔融；3>用10～12MPa的壓力加壓10～20分鐘，使熔融混煉碎料流動(dòng)充滿模子內(nèi)腔；4>反復(fù)加壓、卸載1～2分鐘，排出熔融混料中的氣體；5>再用10～12MPa的壓力加壓保形10～20分鐘；6>取下鋼板，連同混料用水冷卻，脫模。第三步極化將脫模后的混料采用極化電壓11000～12000V，極化溫度100～120℃，極化時(shí)間60～80分鐘進(jìn)行電暈放電極化從而制得高性能減振復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明屬于工程用材料類領(lǐng)域,并公開(kāi)了一種高性能減振復(fù)合材料及其制造方法。本發(fā)明是用聚偏二氟乙烯作為基體材料,用陶瓷材料作為壓電材料,用炭黑作為導(dǎo)電材料,其各組分體積百分比為:聚偏二氟乙烯∶陶瓷材料∶炭黑=52～63%∶30～40%∶7～8%,本發(fā)明是將這三種材料通過(guò)在雙輥筒練塑機(jī)上進(jìn)行混煉,在平板硫化機(jī)上進(jìn)行熱壓成型,最后再經(jīng)過(guò)電暈放電極化的制造方法共混制成高性能減振復(fù)合材料。本發(fā)明的高性能減振復(fù)合材料減振機(jī)理較少地依靠粘彈性,因此,減振效果受環(huán)境溫度的制約相對(duì)較少,減振效率高,可適用于交通、建筑、機(jī)械、家用電器及體育器材等方面。
文檔編號(hào)C08K3/04GK1376734SQ0211125
公開(kāi)日2002年10月30日 申請(qǐng)日期2002年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月4日
發(fā)明者晏雄, 張慧萍, 董躍清 申請(qǐng)人:東華大學(xué)