一种基于质量弹簧模型的梯度阻尼复合材料的制备方法，它涉及阻尼复合材料。它是要解决现有的单层阻尼材料阻尼温域窄、阻尼损耗因子低的问题。本发明专利技术的梯度阻尼复合材料由多层阻尼层组成，阻尼层由聚氨酯弹性体包覆的质量块粒子和玄武岩鳞片纤维组成；上层阻尼层的聚氨酯弹性体的交联度大于下层阻尼层的聚氨酯弹性体的交联度。制法：把质量块粒子加入到聚氨酯预聚体中反应后形成聚氨酯包覆型弹性体，再加入玄武岩鳞片纤维剪切研磨均匀，按扩链剂和/或固化剂量的从低到高加入扩链剂和/或固化剂，得到各层浇注液；按交联度的从低到高逐层浇注，经固化得到复合材料，它在‑40℃～1℃的损耗因子为0.7～1.17。可用于减震领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及阻尼复合材料，属于材料物理科学领域。
技术介绍
随着阻尼减振技术的发展，粘弹性树脂基复合材料也在不断丰富，从自由阻尼层到约束阻尼结构，阻尼铺设形式也从单层发展到多层结构。自由阻尼是直接将阻尼材料粘贴在需要减振的结构件表面，当结构件受到振动时，阻尼层发生拉伸形变消耗能量；约束阻尼结构是在阻尼层上粘附上高模量的约束层材料，当结构件发生剪切形变时，剪切损耗掉了更多的能量。目前研究和应用的单层约束阻尼材料的阻尼损耗因子低，有效阻尼温域只有20-30℃。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有的单层阻尼复合材料的阻尼温域过窄、阻尼损耗因子低的技术问题，而提供一种基于质量弹簧模型的梯度阻尼复合材料及其制备方法。本专利技术的基于质量弹簧模型的梯度阻尼复合材料由多层阻尼层组成，阻尼层由聚氨酯弹性体包覆的质量块粒子和玄武岩鳞片纤维组成；从下至上，上层阻尼层的聚氨酯弹性体的交联度大于下层阻尼层的聚氨酯弹性体的交联度。本专利技术以质量块粒子做质量块振子、混有玄武岩鳞片纤维的聚氨酯弹性体做包覆材料，形成一种二维局域共振型声子晶体的单元结构，通过质量块粒子和玄武岩鳞片纤维的共振作用，得到低频、宽温域、高阻尼性能的复合材料。材料从下至上交联度增加，模量增加，玻璃化温度逐步向高温方向移动，使得材料的温域拓宽，有利于获得宽温域阻尼材料。上述的基于质量弹簧模型的梯度阻尼复合材料的制备方法，按以下步骤进行：一、称取质量块粒子、聚氨酯预聚体、玄武岩鳞片纤维、扩链剂和/或固化剂；其中质量块粒子与聚氨酯预聚体的质量比为(20-30)：100，质量块粒子与玄武岩鳞片纤维的质量比为1：(1～1.5)，扩链剂的质量M1为聚氨酯预聚体的质量的22％～24％，固化剂的质量N1为聚氨酯预聚体的质量的1％～4％；二、将质量块粒子加入到表面修饰剂中，静置，把沉降的质量块粒子过滤出去，取上层液体，得到表面修饰的质量块粒子的分散液；三、把聚氨酯预聚体加入三口瓶内，真空脱泡后，加入步骤二制备的表面修饰的质量块粒子的分散液，混合均匀，加热至75～85℃反应2～4h制得聚氨酯包覆型弹性体，然后再加入的玄武岩鳞片纤维，得到混合液；用三辊研磨机剪切研磨，混合均匀后，加入预先于80℃烘箱内熔融扩链剂和/或固化剂，再混合均匀，得到第一层浇注液；四、重复步骤一、二和三的方法，提高扩链剂和/或固化剂的用量，使扩链剂的质量M2＝(1.5～2)M1，使固化剂的质量N2＝(1.5～2)N1，其它与步骤一、二和三相同，得到第二层浇注液；五、重复步骤一、二和三的方法，再提高扩链剂和固化剂的用量，使扩链剂的质量M3＝(1.5～2)M2，使固化剂的质量N3＝(1.5～2)N2，其它与步骤一、二和三相同，得到第三层浇注液；以此类推，得到第四层、第五层……各层的浇注液；六、把第一层浇注液倒入涂有脱模剂的模具中，待第一层凝胶后，再倒入第二层浇注液，待第二层凝胶后，再倒入第三层浇注液，以此类推，得到浇注体；七、把步骤六得到的浇注体放在烘箱中，升温至50～60℃预固化6～7小时，然后再升温至75～80℃固化4～5小时，最后升温至100～110℃固化4～5小时，得到基于质量弹簧模型的梯度阻尼复合材料。本专利技术的基于质量弹簧模型的梯度阻尼复合材料的阻尼原理：本专利技术根据局域共振的理论，将质量弹簧模型用于阻尼材料当中，质量块粒子做质量块振子、聚氨酯弹性体做包覆材料，玄武岩鳞片纤维作填料，形成一种二维局域共振型声子晶体的单元结构，通过质量块粒子和玄武岩鳞片纤维的共振作用，形成新的阻尼耗能机制，制备出低频、宽温域、高阻尼性能的复合材料。本专利技术的基于质量弹簧模型的梯度阻尼复合材料，由多层弹性不同的阻尼层组成的梯度结构，在受到外力作用时可以通过剪切作用进一步耗散能量，从而可以使材料在阻尼温域拓宽的同时不会大幅度降低阻尼值，该梯度复合材料层数和厚度可以调整，本专利技术制备的梯度阻尼复合材料在-40℃～1℃范围的损耗因子最大值为1.17。在较宽的阻尼温域具有更高的阻尼损耗，方法简单可连续批量生产。本专利技术是将质量弹簧模型和梯度阻尼复合材料相结合，保证高阻尼性能的同时拓宽材料的温域，此质量弹簧模型聚氨酯基阻尼复合材料的制备和应用尚未见报道。附图说明图1是实施例1制备的基于质量弹簧模型的梯度阻尼复合材料的动态力学曲线图；图2是实施例2制备的基于质量弹簧模型的梯度阻尼复合材料的动态力学曲线图；具体实施方式具体实施方式一：本实施方式的基于质量弹簧模型的梯度阻尼复合材料由多层阻尼层组成，阻尼层由聚氨酯弹性体包覆的质量块粒子和玄武岩鳞片纤维组成；从下至上，上层阻尼层的聚氨酯弹性体的交联度大于下层阻尼层的聚氨酯弹性体的交联度。具体实施方式二：具体实施方式一所述的基于质量弹簧模型的梯度阻尼复合材料的制备方法，按以下步骤进行：一、称取质量块粒子、聚氨酯预聚体、玄武岩鳞片纤维、扩链剂和/或固化剂；其中质量块粒子与聚氨酯预聚体的质量比为(20-30)：100，质量块粒子与玄武岩鳞片纤维的质量比为1：(1～1.5)，扩链剂的质量M1为聚氨酯预聚体的质量的22％～24％，固化剂的质量N1为聚氨酯预聚体的质量的1％～4％；二、将质量块粒子加入到表面修饰剂中，静置，把沉降的质量块粒子过滤出去，取上层液体，得到表面修饰的质量块粒子的分散液；三、把聚氨酯预聚体加入三口瓶内，真空脱泡后，加入步骤二制备的表面修饰的质量块粒子的分散液，混合均匀，加热至75～85℃反应2～4h制得聚氨酯包覆型弹性体，然后再加入的玄武岩鳞片纤维，得到混合液；用三辊研磨机剪切研磨，混合均匀后，加入预先于80℃烘箱内熔融扩链剂和/或固化剂，再混合均匀，得到第一层浇注液；四、重复步骤一、二和三的方法，提高扩链剂和/或固化剂的用量，使扩链剂的质量M2＝(1.5～2)M1，使固化剂的质量N2＝(1.5～2)N1，其它与步骤一、二和三相同，得到第二层浇注液；五、重复步骤一、二和三的方法，再提高扩链剂和固化剂的用量，使扩链剂的质量M3＝(1.5～2)M2，使固化剂的质量N3＝(1.5～2)N2，其它与步骤一、二和三相同，得到第三层浇注液；以此类推，得到第四层、第五层……各层的浇注液；六、把第一层浇注液倒入涂有脱模剂的模具中，待第一层凝胶后，再倒入第二层浇注液，待第二层凝胶后，再倒入第三层浇注液，以此类推，得到浇注体；七、把步骤六得到的浇注体放在烘箱中，升温至50～60℃预固化6～7小时，然后再升温至75～80℃固化4～5小时，最后升温至100～110℃固化4～5小时，得到基于质量弹簧模型的梯度阻尼复合材料。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是步骤一所述的聚氨酯预聚体是由多元醇和二异氰酸酯制备的可反应性半成品；其中多元醇中-OH总量与二异氰酸酯中-NCO总量的摩尔比为1:2；其中的多元醇为聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸己二醇酯、聚己内酯多元醇、聚碳酸酯二元醇、聚己二酸丁二酯二醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯中的一种；其中的二异氰酸酯为2,4-甲苯二异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯与2，6-甲苯二异氰酸酯质量比为80:20的混合物、4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯中的一种或其中两种的混合；其它与具体实施方式二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于质量弹簧模型的梯度阻尼复合材料，其特征在于该复合材料由多层阻尼层组成，阻尼层由聚氨酯弹性体包覆的质量块粒子和玄武岩鳞片纤维组成；从下至上，上层阻尼层的聚氨酯弹性体的交联度大于下层阻尼层的聚氨酯弹性体的交联度。
【技术特征摘要】
1.一种基于质量弹簧模型的梯度阻尼复合材料，其特征在于该复合材料由多层阻尼层组成，阻尼层由聚氨酯弹性体包覆的质量块粒子和玄武岩鳞片纤维组成；从下至上，上层阻尼层的聚氨酯弹性体的交联度大于下层阻尼层的聚氨酯弹性体的交联度。2.制备权利要求1所述的一种基于质量弹簧模型的梯度阻尼复合材料的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：一、称取质量块粒子、聚氨酯预聚体、玄武岩鳞片纤维、扩链剂和/或固化剂；其中质量块粒子与聚氨酯预聚体的质量比为(20-30)：100，质量块粒子与玄武岩鳞片纤维的质量比为1：(1～1.5)，扩链剂的质量M1为聚氨酯预聚体的质量的22％～24％，固化剂的质量N1为聚氨酯预聚体的质量的1％～4％；二、将质量块粒子加入到表面修饰剂中，静置，把沉降的质量块粒子过滤出去，取上层液体，得到表面修饰的质量块粒子的分散液；三、把聚氨酯预聚体加入三口瓶内，真空脱泡后，加入步骤二制备的表面修饰的质量块粒子的分散液，混合均匀，加热至75～85℃反应2～4h制得聚氨酯包覆型弹性体，然后再加入的玄武岩鳞片纤维，得到混合液；用三辊研磨机剪切研磨，混合均匀后，加入预先于80℃烘箱内熔融扩链剂和/或固化剂，再混合均匀，得到第一层浇注液；四、重复步骤一、二和三的方法，提高扩链剂和/或固化剂的用量，使扩链剂的质量M2＝(1.5～2)M1，使固化剂的质量N2＝(1.5～2)N1，其它与步骤一、二和三相同，得到第二层浇注液；五、重复步骤一、二和三的方法，再提高扩链剂和固化剂的用量，使扩链剂的质量M3＝(1.5～2)M2，使固化剂的质量N3＝(1.5～2)N2，其它与步骤一、二和三相同，得到第三层浇注液；以此类推，得到第四层、第五层……各层的浇注液；六、把第一层浇注液倒入涂有脱模剂的模具中，待第一层凝胶后，再倒入第二层浇注液，待第二层凝胶后，再倒入第三层浇注液，以此类推，得到浇注体；七、把步骤六得到的浇注体放在烘箱中，升温至50～60℃预固化6～7小时，然后再升温至75～80℃固化4～5小时，最后升温至100～110℃固化4～5小时，得到基于质量弹簧模型的梯度阻尼复合材料。3.根据权利要求2所述的一种基于质量弹簧模型的梯度阻尼复合材料的制备方法，其特征在于步骤一所述的聚氨酯预聚体是由多元醇和二异氰酸酯制备的可反应...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔向红，苏桂明，刘晓东，李天智，姜海健，
申请(专利权)人：黑龙江省科学院高技术研究院，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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