一种具有纳米核壳结构的点阵金属复合结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有纳米核壳结构的点阵金属复合结构及其制备方法，采用分步乳化法合成具有纳米核壳结构的环氧树脂/丙烯酸脂复合乳液，将该复合乳液均匀地涂敷到点阵金属夹层结构内表面以获得轻质隔震多功能结构材料，在点阵金属上下面板和点阵芯体表面涂敷一层具有纳米核壳结构的环氧树脂/丙烯酸脂复合阻尼涂层材料。本方法实现了具有纳米核壳结构的环氧树脂/丙烯酸脂复合阻尼涂层‑点阵金属复合材料的制备，不仅增加材料结构阻尼系数，显著改善减振降噪性能，实现轻量化、减振降噪等多功能设计要求，而且施工方便、成本低和环境友好。适合于在交通运输、建筑、航天航空等工程领域应用。

Lattice metal composite structure with nano core shell structure and preparation method thereof

The invention discloses a lattice metal composite structure with core-shell structure and its preparation method, step by step emulsification method synthesis of epoxy resin / nano core-shell acrylic composite emulsion, the emulsion is uniformly applied to the inner surface of metal lattice sandwich structure to obtain light isolation multifunctional structural materials, in dot matrix metal coated on the surface of the panel and the lower lattice core with a layer of epoxy resin / nano core-shell structure acrylic composite damping coating material. This method realizes the epoxy resin / nano core-shell structure acrylic composite damping coating lattice metal composite materials, not only increases the damping coefficient of structure, significantly improve the performance of vibration and noise, vibration and noise reduction, realize the lightweight design requirements of multiple functions, and convenient construction, low cost and environment friendly. The utility model is suitable for application in transportation, construction, spaceflight, aviation and other engineering fields.

【技术实现步骤摘要】
一种具有纳米核壳结构的点阵金属复合结构及其制备方法
本专利技术属于超轻多孔金属材料
，具体涉及一种具有纳米核壳结构的环氧树脂/丙烯酸脂阻尼涂层-点阵金属复合结构及其制备方法。
技术介绍
超轻多孔金属材料是近些年来随着材料制备以及机械加工技术的迅速发展而出现的一类新颖多功能材料。其芯体具有高孔隙率，其微结构按规则程度可分为无序和有序两大类，前者包括闭孔泡沫铝材料，而后者包括二维点阵结构材料(如波纹结构)与三维桁架结构材料(如金字塔结构、四面体结构)。目前，金属类点阵夹层复合材料，由于其自身结构阻尼系数较小，需要通过复合结构改善其减振降噪性能，现有结构方式是在芯体中灌封阻尼树脂材料，此方式会引起整体结构质量较大增加，对于重量控制严格的场合需要寻找新的复合结构方式进一步实现减重要求。纳米核壳结构的环氧/丙烯酸脂阻尼涂层具有较高损耗因子，最大值可达到2.12，其相对于普通金属的损耗因子高出了3～4量级。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结合点阵夹层结构和纳米核壳结构的环氧/丙烯酸脂阻尼涂层材料各自优势，通过复合的方式实现各自的功能优势集成，实现多种功能融合于一身的一种具有纳米核壳结构的环氧树脂/丙烯酸脂阻尼涂层-点阵金属复合结构及其制备方法。本专利技术采用以下技术方案：一种具有纳米核壳结构的点阵金属复合结构制备方法，包括以下步骤：S1、采用模压或者折叠技术制备有序多孔结构的点阵芯体，然后采用金属清洗剂清洗去除面板和所述点阵芯体的油污和锈迹，采用钎焊、激光焊或环氧胶胶接技术将所述面板和所述点阵芯体连接制成点阵结构金属夹层板；S2、将占核壳乳液质量30～40％的去离子水和占单体混合液质量1～2％的乳化剂混合搅拌均匀，然后分别滴加占核壳乳液质量9～11％的甲基丙烯酸甲脂、9～11％的丙烯酸丁脂和7～9％的环氧树脂的单体混合液，超声细化0.5～1小时，制成核层预乳液；S3、将占核壳乳液质量10～20％的去离子水和占单体混合液总质量1～2％的乳化剂混合搅拌均匀，然后分别滴加占核壳乳液质量5～7％的甲基丙烯酸甲脂、5～7％的丙烯酸丁脂和0.5～0.7％的丙烯酸的单体混合液，预乳化0.5～1小时，制成壳层预乳液；S4、将占单体混合液总质量1～2％的乳化剂、占核壳乳液质量5～10％的去离子水和占单体混合液总质量0.3～0.5％的pH调节剂混合，搅拌，升温至70～80℃，平行滴加步骤S2制备的所述核层预乳液和占单体总质量0.8～1％的引发剂水溶液，反应2～3h，制得核层聚合物；在所述核层聚合物乳液中添加占单体混合液总质量1～2％的乳化剂，然后平行滴加步骤S3制备的所述壳层预乳液和占单体混合液总质量0.8～1％的引发剂水溶液，保持70～80℃，反应5～6小时，降温至20～30℃，调pH值到7～8，得到核壳结构的环氧/丙烯酸酯复合乳液；S5、将步骤S1制备的所述点阵结构金属夹层板浸入步骤S4制备的所述环氧/丙烯酸酯复合乳液中，浸渍5～30秒，形成均匀涂覆的薄膜阻尼层，在烘箱内保持100～120℃静置5～10分钟；S6、步骤S5重复2～6次形成不同厚度的所述阻尼层3，在烘箱内保持100～120℃静置1～1.5h，去除聚乙烯保护薄膜，得到点阵金属-树脂基阻尼涂层复合结构。进一步的，步骤S1中，所述点阵芯体为波纹结构或金字塔结构。进一步的，步骤S1中，所述金属夹层板的材质包括不锈钢、纯铝、铝合金、钛合金或镍合金。进一步的，步骤S4中，所述pH调节剂为碳酸氢钠，所述引发剂为过硫酸铵。进一步的，所述单体混合液包括甲基丙烯酸甲脂、丙烯酸丁脂、环氧树脂和丙烯酸，所述甲基丙烯酸甲脂、丙烯酸丁脂、环氧树脂和丙烯酸的质量比为20:20:10:1，所述乳化剂包括质量比1～2:1的烷基酚聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯钠盐和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸盐混合物。进一步的，所述点阵芯体的相对密度为0.01～0.15。进一步的，所述步骤S2、S3和S4在氮气保护下进行。进一步的，步骤S5中，将所述点阵结构金属夹层板匀速提拉，使溶液均匀地流挂在所述面板内侧和点阵芯体的表面。进一步的，最终形成的所述阻尼层的厚度为0.1～1mm。一种具有纳米核壳结构的点阵金属复合结构，该复合结构由点阵芯体和面板制成的点阵金属夹层板组成，上下所述面板内侧和所述点阵芯体上均匀涂覆有一层阻尼层，所述阻尼层由具有核壳纳米结构的环氧/丙烯酸脂复合乳液材料制备而成。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本方法采用模压或者折叠技术制备有序多孔结构的点阵芯体，然后将面板和点阵芯体采用金属清洗剂清洗去除油污和锈迹，采用钎焊、激光焊或环氧胶胶接技术将所述面板和所述点阵芯体连接制成阵金属夹层板，采用分步乳化法合成具有纳米核壳结构的环氧树脂/丙烯酸脂复合乳液，将具有核壳纳米结构的环氧/丙烯酸脂复合阻尼材料均匀涂敷到点阵金属夹层结构(波纹结构和金字塔结构)内表面获得金属点阵-具有核壳纳米结构的环氧/丙烯酸脂复合阻尼结构。进一步的，点阵夹芯结构(金字塔结构和波纹结构)是一种力学性能优异的多孔结构，这种结构形式类似于现有的空间网架，具有超轻、比刚度高、比强度大、可控的优化设计能力以及隔热、吸能等多功能性。进一步的，整个核壳乳液合成过程在氮气氛围下进行，防止空气中的氧气与单体发生反应。进一步的，随着阻尼层厚度增加，复合结构的阻尼值会增加，但将质量作为一个考虑因素，在阻尼层厚度为0.1～1mm范围内，整个复合结构的质量效率较好。本专利技术还公开了一种具有纳米核壳结构的点阵金属复合结构，该复合结构由点阵芯体和上下面板制成的点阵金属夹层板组成，利用点阵金属优异的力学性能以及丙烯酸树脂基阻尼材料的减振降噪的各自优势，由于丙烯酸树脂基阻尼材料优良的粘弹性特性，阻尼材料在外力作用下产生一定形变，但其形变滞后于应力，由于这种滞后现象，使得高聚物的拉伸回缩循环变化需克服链段间摩擦阻力，通过分子链段运动产生的内摩擦以及核壳结构之间的摩擦将大量外场作用如机械振动、声振动产生的能量转化为热能耗散从而达到减振降噪的目，实现了复合结构在获得较高阻尼性能(损耗因子0.5～0.6)的同时大大地减轻了结构质量，相对于环氧树脂填充金属点阵复合结构提高了结构的质量效率。综上所述，本方法施工方便、成本低和环境友好，本专利技术结构不仅增加材料结构阻尼系数，显著改善减振降噪性能，实现轻量化、减振降噪，实现多功能的复合，获得综合性能更加优异的结构功能一体化材料，适合于在交通运输、建筑、航天航空等工程领域应用。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术具有核壳纳米结构的环氧/丙烯酸脂阻尼涂层-金字塔点阵金属复合夹心板示意图；图2为本专利技术具有核壳纳米结构的环氧/丙烯酸脂阻尼涂层-波纹点阵金属复合夹心板示意图。其中：1.面板；2.点阵芯体；3.阻尼层。具体实施方式本专利技术提供了一种具有纳米核壳结构的点阵金属复合结构及其制备方法，采用分步乳化法合成具有纳米核壳结构的环氧树脂/丙烯酸脂复合乳液，将该复合乳液均匀地涂敷到点阵金属夹层结构(波纹结构和金字塔结构)的内表面以获得轻质隔震多功能结构材料。实现了具有纳米核壳结构的环氧树脂/丙烯酸脂复合阻尼涂层-点阵金属复合材料的制备，通过在芯体内表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有纳米核壳结构的点阵金属复合结构制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、采用模压或者折叠技术制备有序多孔结构的点阵芯体(2)，然后采用金属清洗剂清洗去除面板(1)和所述点阵芯体(2)的油污和锈迹，采用钎焊、激光焊或环氧胶胶接技术将所述面板(1)和所述点阵芯体(2)连接制成点阵结构金属夹层板；S2、将占核壳乳液质量30～40％的去离子水和占单体混合液质量1～2％的乳化剂混合搅拌均匀，然后分别滴加占核壳乳液质量9～11％的甲基丙烯酸甲脂、9～11％的丙烯酸丁脂和7～9％的环氧树脂的单体混合液，超声细化0.5～1小时，制成核层预乳液；S3、将占核壳乳液质量10～20％的去离子水和占单体混合液总质量1～2％的乳化剂混合搅拌均匀，然后分别滴加占核壳乳液质量5～7％的甲基丙烯酸甲脂、5～7％的丙烯酸丁脂和0.5～0.7％的丙烯酸的单体混合液，预乳化0.5～1小时，制成壳层预乳液；S4、将占单体混合液总质量1～2％的乳化剂、占核壳乳液质量5～10％的去离子水和占单体混合液总质量0.3～0.5％的pH调节剂混合，搅拌，升温至70～80℃，平行滴加步骤S2制备的所述核层预乳液和占单体总质量0.8～1％的引发剂水溶液，反应2～3h，制得核层聚合物；在所述核层聚合物乳液中添加占单体混合液总质量1～2％的乳化剂，然后平行滴加步骤S3制备的所述壳层预乳液和占单体混合液总质量0.8～1％的引发剂水溶液，保持70～80℃，反应5～6小时，降温至20～30℃，调pH值到7～8，得到核壳结构的环氧/丙烯酸酯复合乳液；S5、将步骤S1制备的所述点阵结构金属夹层板浸入步骤S4制备的所述环氧/丙烯酸酯复合乳液中，浸渍5～30秒，形成均匀涂覆的薄膜阻尼层(3)，在烘箱内保持100～120℃静置5～10分钟；S6、步骤S5重复2～6次形成不同厚度的所述阻尼层3，在烘箱内保持100～120℃静置1～1.5h，去除聚乙烯保护薄膜，得到点阵金属‑树脂基阻尼涂层复合结构。...

【技术特征摘要】
1.一种具有纳米核壳结构的点阵金属复合结构制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、采用模压或者折叠技术制备有序多孔结构的点阵芯体(2)，然后采用金属清洗剂清洗去除面板(1)和所述点阵芯体(2)的油污和锈迹，采用钎焊、激光焊或环氧胶胶接技术将所述面板(1)和所述点阵芯体(2)连接制成点阵结构金属夹层板；S2、将占核壳乳液质量30～40％的去离子水和占单体混合液质量1～2％的乳化剂混合搅拌均匀，然后分别滴加占核壳乳液质量9～11％的甲基丙烯酸甲脂、9～11％的丙烯酸丁脂和7～9％的环氧树脂的单体混合液，超声细化0.5～1小时，制成核层预乳液；S3、将占核壳乳液质量10～20％的去离子水和占单体混合液总质量1～2％的乳化剂混合搅拌均匀，然后分别滴加占核壳乳液质量5～7％的甲基丙烯酸甲脂、5～7％的丙烯酸丁脂和0.5～0.7％的丙烯酸的单体混合液，预乳化0.5～1小时，制成壳层预乳液；S4、将占单体混合液总质量1～2％的乳化剂、占核壳乳液质量5～10％的去离子水和占单体混合液总质量0.3～0.5％的pH调节剂混合，搅拌，升温至70～80℃，平行滴加步骤S2制备的所述核层预乳液和占单体总质量0.8～1％的引发剂水溶液，反应2～3h，制得核层聚合物；在所述核层聚合物乳液中添加占单体混合液总质量1～2％的乳化剂，然后平行滴加步骤S3制备的所述壳层预乳液和占单体混合液总质量0.8～1％的引发剂水溶液，保持70～80℃，反应5～6小时，降温至20～30℃，调pH值到7～8，得到核壳结构的环氧/丙烯酸酯复合乳液；S5、将步骤S1制备的所述点阵结构金属夹层板浸入步骤S4制备的所述环氧/丙烯酸酯复合乳液中，浸渍5～30秒，形成均匀涂覆的薄膜阻尼层(3)，在烘箱内保持100～120℃静置5～10分钟；S6、步骤S5重复2～6次形成不同厚度的所述阻尼层3，在烘箱内保持100～120℃静置1～1.5h，去除聚乙烯保护薄膜，得到点阵金属-树脂基阻尼涂层复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：张钱城，张志家，金峰，韩宾，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61