專利名稱:寬溫域高阻尼材料的制作方法
本發(fā)明涉及一種寬溫域(寬頻帶)、高阻尼的高分子材料。這種材料是以聚氨酯和環(huán)氧樹酯通過(guò)形成互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)(IPN)而制得的。在很多場(chǎng)合下，它可用作為消音、減振材料。
單一聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度范圍較窄、其實(shí)際應(yīng)用受到了限制。為了解決這個(gè)問(wèn)題，人們對(duì)聚合物進(jìn)行了機(jī)械共混改性和共聚改性(見(jiàn)美國(guó)專利3547760號(hào))，得到了阻尼溫域較寬的高分子材料。但是，由于機(jī)械共混體系組分間容易發(fā)生相分離，故在選擇共混體系時(shí)，對(duì)組分間的化學(xué)相容性要求較高;而共聚材料的合成往往受到組分單體間相對(duì)活性等因素的限制，這給阻尼材料的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)帶來(lái)了困難。IPN是用化學(xué)方法將兩種或兩種以上聚合物網(wǎng)絡(luò)互相貫穿，交結(jié)在一起而形成的新型聚合物材料。IPN不但有獨(dú)特的物理和機(jī)械性能，而且還有合成工藝簡(jiǎn)單，可根據(jù)實(shí)際需要方便地進(jìn)行分子設(shè)計(jì)等特點(diǎn)。因而，IPN的研究及應(yīng)用日益廣泛。L、H.SperLing(美國(guó)專利3833404號(hào))等人首先提出并合成了IPN高分子阻尼材料。他們研究的聚甲基丙烯酸酯/聚丙烯酸酯體系有較寬的阻尼溫域及較高的阻尼值，但其高溫性能不好，對(duì)基底粘附性不夠強(qiáng)且價(jià)格也較貴。除此之外，有人也對(duì)其它IPN體系的阻尼性能進(jìn)行了研究，但阻尼性能并不十分理想。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種簡(jiǎn)便、可行的IPN阻尼材料的合成方法，所合成的材料性能優(yōu)良。在100℃以上的溫域內(nèi)保持大于0.4的tgδ值，又具有良好的物理機(jī)械性能，對(duì)多種基底有良好的粘附性。
本發(fā)明的任務(wù)是以下述方法完成的將真空干燥處理的聚環(huán)氧丙烷二元醇(PPO)(Mn為500到3000)和重蒸處理的二異氰酸酯以一定比例(端基摩爾比值NCO/OH＝1.8～2.6)合成聚氨酯預(yù)聚物。以脂肪二元醇(含2到16個(gè)碳原子的線性或支鏈二元醇及相應(yīng)的取代二元醇，含6個(gè)碳原子的脂環(huán)二醇及其相應(yīng)的取代二元醇)以及多縮乙二醇H〔-OCH2CH2)nOH(n為2到10)或含芳環(huán)的二元醇作為聚氨酯預(yù)聚物的擴(kuò)鏈劑，以小分子三元醇為其交聯(lián)劑合成聚氨酯網(wǎng)絡(luò)。其中擴(kuò)鏈劑與交聯(lián)劑的摩爾配比為三元醇/二元醇等于0到15。同時(shí)，以環(huán)氧樹脂固化劑固化環(huán)氧樹脂(雙酚A型，環(huán)氧值為0.30～0.60)(環(huán)氧樹脂內(nèi)先加入0.0%到60%的填料。于真空之下抽除其中的氣泡)形成與聚氨酯網(wǎng)絡(luò)互穿的環(huán)氧網(wǎng)絡(luò)。聚氨酯和環(huán)氧樹脂的配比范圍為0/100-100/0，其中以60/40為最佳。此外，聚氨酯及環(huán)氯樹酯的粘結(jié)性能優(yōu)越，物理機(jī)械性能優(yōu)良，可以滿足本發(fā)明任務(wù)提出的要求，下面給出幾個(gè)典型的實(shí)例。
例1在裝有電動(dòng)攪拌、氮?dú)鈱?dǎo)管，滴液漏斗及干燥管的250ml三口燒瓶中加入50克80℃新蒸的MDI，然后置于70℃的油浴中，在不斷攪拌及通干燥氮?dú)獾那闆r下，以每分鐘5-7克的速度滴加100克預(yù)熱至70℃的干燥PPO(Mn＝1000)入其中。待加完后，將油溫升至80℃，在攪拌及通干燥氮?dú)獾那闆r下反應(yīng)二個(gè)半小時(shí)，這時(shí)開(kāi)始取樣測(cè)定(二正丁胺法)所含成的預(yù)聚物的端基含量，直至達(dá)到理論值為止。
稱取以上合成的預(yù)聚物12克于預(yù)熱至100℃、已凈化處理的150ml的小燒杯中，再按計(jì)量加入三甲醇丙烷(TMP)及1.5一戊二醇的混合物(其摩爾比為1∶3)以及8克80℃的環(huán)氧樹脂(E5l)，隨后加入0.2克DMP-30，攪拌均勻后，轉(zhuǎn)移至15cm×3cm的大試管中于真空泵上抽除其中氣泡，后倒入預(yù)熱至80℃的聚四氟乙烯模具中于100℃下固化12小時(shí)，即得較為理想的IPN材料。此試樣編號(hào)為IPN-IV-03。
例2用與例1相同的方法進(jìn)行合成。不同點(diǎn)是聚氨酯和環(huán)氧樹酯的重量比改為70/30，環(huán)氧樹脂改用E44。此試樣編號(hào)為IPN-IV-05。
例3合成法與例1相同，差別在于以1，2，6-己三醇(計(jì)量時(shí)，只計(jì)兩個(gè)端羥基)作為擴(kuò)鏈劑不用TMP。這時(shí)聚氨酯為熱塑性，此試樣編號(hào)為IPN-S-02。
例4合成法同例3，只是以1，10-癸二醇代替1，2，6-己三醇。此試樣編號(hào)為IPN-S-08。
為了評(píng)價(jià)所合成材料的阻尼性能，對(duì)其進(jìn)行了動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)量和阻尼涂板測(cè)量。圖1-圖4是幾個(gè)試樣的動(dòng)態(tài)力學(xué)譜(使用Rheovibron DDV-Ⅲ-EA測(cè)量);圖5是以合成的材料為阻尼層以PVC為約束層涂敷于鋼板上的測(cè)量結(jié)果對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是該體系的阻尼溫域?qū)?大于100℃)，阻尼值高(在該溫域內(nèi)tgδ值可保持大于0.5)，是性能優(yōu)越的阻尼材料體系，圖5的測(cè)量結(jié)果可見(jiàn)在0-20KHZ的頻率范圍內(nèi)，平均振動(dòng)信號(hào)強(qiáng)度降低了20dB，高頻信號(hào)幾乎完全消失，鋼板基頻在加了涂層以后向低頻移動(dòng)了100HZ。所有這些都是一般阻尼材料難以達(dá)到的。另外，該體系以粘結(jié)性較好的聚醚氨酯和環(huán)氧樹脂為主體，它們決定了該體系對(duì)各種振動(dòng)底基或表面有優(yōu)良的粘合力;再者，聚氨酯和環(huán)氧樹酯都可以室溫固化，這都給材料在噴刷，涂敷等施工上帶來(lái)方便。
本發(fā)明的最佳實(shí)施方案是以分子量(
Mn)為1000的聚醚二元醇(PPO)和MDI按(NCO/OH＝200)合成聚氨酯預(yù)聚體，以1.10-癸二醇作為其延伸劑形成熱塑性聚氨酯網(wǎng)絡(luò)，與此同時(shí)時(shí)，加入重量比(PU/EP)為70/30環(huán)氧樹脂(E51)，再加入15%的云母片為填料及0.1%到5%DMP-30固化環(huán)氧樹脂。所得材料(IPN)阻尼性能優(yōu)良。
權(quán)利要求
1.一種由聚醚氨酯、環(huán)氧樹脂及填料組成的IPN體系及其合成方法。其特征是用本體法將聚氨酯預(yù)聚物、聚氨酯擴(kuò)鏈劑及交聯(lián)劑，環(huán)氧樹脂及其固化劑和填料混合而合成的一步法互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)。
2.按權(quán)利要求
1規(guī)定的方法，其特征是各種原料在混合后，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的脫氣處理后澆鑄成型。
3.按權(quán)利要求
1規(guī)定的體系，其特征是以分子量(Mn)為500到3000的聚環(huán)氧丙烷二元醇(PPO)為聚氨酯軟段，它和二異氰酸酯反應(yīng)形成聚醚氨酯預(yù)聚物，其中端基摩爾數(shù)比(NCO/OH)在1.8-2.6范圍內(nèi)。
4.按權(quán)利要求
1和3規(guī)定的體系，其特征是以MDI、TDI及HDI等二異氰酸酯為原料合成聚氨酯預(yù)聚物。
5.按權(quán)利要求
1規(guī)定的體系，其特征是以雙酚A型環(huán)氧樹脂為環(huán)氧樹脂組分，其環(huán)氧值為0.30到0.60。
6.按權(quán)利要求
1和3規(guī)定的體系，其特征是聚氨酯預(yù)聚物所用擴(kuò)鏈劑為含2-16個(gè)碳原子的脂肪族二元醇或取代脂肪族二元醇，脂環(huán)二醇或取代脂環(huán)二醇以及分子結(jié)構(gòu)為H(-OCH2CH2)mOH，m為2到10的二元醇和含苯環(huán)的二元醇，其交聯(lián)劑為含5到25個(gè)碳原子的三元醇或取代三元醇。
7.按權(quán)利要求
1和6規(guī)定的體系，其特征是擴(kuò)鏈劑的相對(duì)用量〔以交聯(lián)劑(即三元醇)對(duì)擴(kuò)鏈劑(即二元醇)的摩爾比計(jì)〕范圍為0-15。
8.按照權(quán)利要求
1，2，3和4規(guī)定的體系，其特征是聚氨酯和環(huán)氧樹脂的重量配比為0/100到100/0。
9.按照權(quán)利要求
1規(guī)定的體系，其特征是所用填料包括蛭石粉、云母粉(片)、石墨、滑石粉、鋁粒(粉)、石棉等，其用量占總重量的0.0%到60%。
10.按照權(quán)利要求
1規(guī)定的體系，其特征是環(huán)氧樹脂固化劑是叔胺類化合物(如DMP-30)。用量為0.1%到5%。
專利摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種寬溫域、高阻尼的高分子材料及其合成方法。該材料是由聚環(huán)氧丙烷二元醇形成的聚氨酯通過(guò)與環(huán)氧樹脂形成一步IPN而制得的。該材料阻尼溫域大于100℃，阻尼值(tgδ)大于0.4，并且對(duì)基底有良好的粘著力。
文檔編號(hào)C08L75/00GK85104749SQ85104749
公開(kāi)日1987年1月7日 申請(qǐng)日期1985年6月25日
發(fā)明者王源升, 姚樹人 申請(qǐng)人:海軍工程學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan