一种微孔聚氨酯弹性体夹芯结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种微孔聚氨酯夹芯结构阻尼材料及制备方法，属于结构功能一体化复合材料的制备及应用技术领域，通过材料设计实现复合材料高承载与高阻尼一体化成型，可直接用于具有承载及减振需求的设备或构件制造，实现设备由被动减振转为主动减振。本发明专利技术的夹芯结构是在微孔聚氨酯弹性体阻尼层外添加高刚度的约束层即蒙皮以增大阻尼层的剪切形变，达到消耗振动能量的目的，进而减少振动对结构材料的疲劳损伤以延长材料的服役寿命，由通常单纯的被动减振实现制件或设备具备主动减振隔振；使结构复合材料在具备承载能力的同时，具有阻尼功能，可有效减少振动对结构材料的疲劳损伤，进一步延长材料的服役寿命，保证设备的运行精度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种微孔聚氨酯弹性体夹芯结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种微孔聚氨酯弹性体夹芯结构及其制备方法，属于结构功能一体化复合材料的制备及应用
，通过材料设计实现复合材料高承载与高阻尼一体化成型，可直接用于具有承载及减振需求的设备或构件制造，实现设备由被动减振转为主动减振。

技术介绍

[0002]先进树脂基复合材料(以下简称复合材料)具有比强度高、比模量高、可设计性强及综合性能优异等一系列特点，是轻质高效结构功能一体化设计最理想的材料，在航空、航天、兵器、舰船、能源、建筑和体育用品等领域得到了极大的应用。据统计2018年世界复合材料用量已达到了1100万吨，而且预计在未来几年国内外对复合材料需求量仍以每年约4～5％速度持续递增，市场潜力巨大。高性能纤维复合材料应用技术日趋成熟，应用部位由次承力构件扩大到主承力构件，由单一功能材料向多功能、结构功能一体化转变。
[0003]聚氨酯微孔弹性体具有良好的物理机械性能、耐磨性、耐油性、耐低温性、高绝缘性，以及微孔弹性材料的优异动态力学性能和质轻的特点，广泛应用于铁路、汽车、制鞋，以及建筑密封等行业。聚氨酯弹性体微孔结构内布满了微米级小孔，这些充满气体的微孔在受到压力时首先发生孔内气体压缩形变，压缩到一定程度时才会发生孔壁材料基体形变。当压力去除后，气体压缩形变可瞬间迅速回复到原来状态，响应速度极快。理想的弹性体具有任何瞬间可逆的高弹形变，动静刚度比为1，但常规高分子弹性材料固有的粘弹行为，使其在载荷下高频振动的形变回复很慢，表现为动静刚度比远大于1，不能满足高频振动条件下的使用要求。聚氨酯微孔弹性体中通过微孔结构与软硬段基体分子结构匹配性设计，可制得动静刚度比值较低的弹性材料，在减振隔振、减振降噪领域具有广泛应用。
[0004]但是目前聚氨酯弹性体大多仅仅作为减振隔振材料使用，比如铺在精密设备的底座以消除地面振动对仪器设备功能的影响，或铺在铁路轨道下面消除列车行驶过程中路轨对地面的振动。把聚氨酯弹性体仅作为减振隔振材料使用，承载能力受限，往往是被动的对受振动源干扰的物品进行保护。在实际应用中，需要材料即具备承载能力，又具有良好的阻尼减振性能。比如航空航天飞行器在服役过程中会经受周期性疲劳载荷作用，振动引起结构错位、失稳乃至破坏严重影响飞行器的安全性与可靠性。在航空航天领域，以碳纤维增强树脂基体为代表的先进复合材料制件多为高刚度薄壁结构，其力学承载能力较好但阻尼减振性能较弱。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种微孔聚氨酯弹性体夹芯结构及其制备方法，解决了结构用复合材料阻尼减振性能较弱，无约束聚氨酯弹性体力学承载能力弱的问题。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种微孔聚氨酯弹性体夹芯结构，该夹芯结构包括两个以上的蒙皮和一个以上的夹芯材料，相邻的两个蒙皮之间为一个夹芯材料；
[0008]所述的蒙皮为连续纤维增强树脂的预浸料；
[0009]所述的夹芯材料为微孔聚氨酯弹性体；
[0010]所述的夹芯材料与蒙皮之间通过环氧树脂胶膜进行粘接；
[0011]所述的环氧树脂胶膜为端异氰酸酯基聚氨酯预聚体改性环氧树脂。
[0012]优选的，所述的连续纤维增强树脂的预浸料中使用的连续纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯中的至少一种，织物类型为平纹、斜纹、缎纹或单向，基体树脂是环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂和双马来酰亚胺中的至少一种。
[0013]优选的，所述的微孔聚氨酯弹性体的密度为350
‑
600kg/cm3，动静刚度比≤1.35，静载荷极限≥0.1N/mm2，闭孔率≥80％，厚度为0.2
‑
3mm。
[0014]优选的，所述的微孔聚氨酯弹性体的厚度为0.5
‑
1mm。
[0015]优选的，所述的环氧树脂胶膜的制备方法为：
[0016](1)将含
‑
NCO基团的化合物与聚醚多元醇进行混合，混合时温度为80
‑
100℃，搅拌，混合时间为2
‑
6h，得到预聚体；所述的含
‑
NCO基团的化合物与聚醚多元醇的比例关系通过控制得到的预聚体的异氰酸酯指数为6％
‑
9％进行确定；
[0017](2)将E44环氧树脂在75
‑
85℃的温度下保温20
‑
30min，然后加入步骤(1)得到的预聚体进行混合，混合时的温度程序为：首先加热至75
‑
85℃，保温20
‑
30min，然后升温至115
‑
125℃，保温30
‑
40min，在混合过程中进行搅拌，得到中间体；所述的预聚体的加入质量为E44环氧树脂质量的5％
‑
10％；
[0018](3)将步骤(2)得到的中间体与双氰胺固化剂、脲类促进剂采用三辊研磨机进行混合，研磨棍的温度为55
‑
65℃，研磨2
‑
3遍，然后在平板上涂胶，得到环氧树脂胶膜；所述的中间体与双氰胺固化剂、脲类促进剂的质量比为100:8
‑
10:3
‑
5；所述的脲类促进剂为苯基二甲基脲。
[0019]优选的，所述的步骤(1)中，聚醚多元醇为官能度为2、分子量为1000或2000的聚氧化丙烯多元醇。
[0020]优选的，所述的步骤(1)中，聚醚多元醇为官能度为2、分子量为1000或2000的聚四氢呋喃多元醇。
[0021]优选的，所述的步骤(1)中，聚醚多元醇的水含量低于0.05％，如果水含量高于0.05％，需要进行脱水处理。
[0022]优选的，所述的步骤(1)中，含
‑
NCO基团的化合物为二苯基甲烷二异氰酸酯。
[0023]一种本专利技术所述的微孔聚氨酯弹性体夹芯结构的制备方法，采用真空袋成型或模压工艺加工成型，采用真空袋成型时的成型压力为0.05
‑
0.08MPa；采用模压工艺加工成型时的成型压力为0.1
‑
0.2MPa。
[0024]有益效果
[0025](1)本专利技术的夹芯结构是在微孔聚氨酯弹性体阻尼层外添加高刚度的约束层即蒙皮以增大阻尼层的剪切形变，达到消耗振动能量的目的，进而减少振动对结构材料的疲劳损伤以延长材料的服役寿命，由通常单纯的被动减振实现制件或设备具备主动减振隔振；使结构复合材料在具备承载能力的同时，具有阻尼功能，可有效减少振动对结构材料的疲
劳损伤，进一步延长材料的服役寿命，保证设备的运行精度。
[0026](2)本专利技术采用端异氰酸酯基聚氨酯预聚体改性环氧树脂将环氧树脂基预浸料与聚氨酯微孔弹性体粘接可有效的消除界面应力，增加界面强度，在界面形成了由环氧树脂到聚氨酯的过渡微结构，可有效的将约束层的载荷传递给弹性体进而由于弹性形变或分子链本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微孔聚氨酯弹性体夹芯结构，其特征在于：该夹芯结构包括两个以上的蒙皮和一个以上的夹芯材料，相邻的两个蒙皮之间为一个夹芯材料；所述的蒙皮为连续纤维增强树脂的预浸料；所述的夹芯材料为微孔聚氨酯弹性体；所述的夹芯材料与蒙皮之间通过环氧树脂胶膜进行粘接；所述的环氧树脂胶膜为端异氰酸酯基聚氨酯预聚体改性环氧树脂。2.根据权利要求1所述的一种微孔聚氨酯弹性体夹芯结构，其特征在于：所述的连续纤维增强树脂的预浸料中使用的连续纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯中的至少一种，织物类型为平纹、斜纹、缎纹或单向，基体树脂是环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂和双马来酰亚胺中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种微孔聚氨酯弹性体夹芯结构，其特征在于：所述的微孔聚氨酯弹性体的密度为350
‑
600kg/cm3，动静刚度比≤1.35，静载荷极限≥0.1N/mm2，闭孔率≥80％，厚度为0.2
‑
3mm。4.根据权利要求3所述的一种微孔聚氨酯弹性体夹芯结构，其特征在于：所述的微孔聚氨酯弹性体的厚度为0.5
‑
1mm。5.根据权利要求1所述的一种微孔聚氨酯弹性体夹芯结构，其特征在于：所述的环氧树脂胶膜的制备方法为：(1)将含
‑
NCO基团的化合物与聚醚多元醇进行混合，混合时温度为80
‑
100℃，搅拌，混合时间为2
‑
6h，得到预聚体；所述的含
‑
NCO基团的化合物与聚醚多元醇的比例关系通过控制得到的预聚体的异氰酸酯指数为6％
‑
9％进行确定；(2)将E44环氧树脂在75
‑
85℃的温度下保温20
‑
30min，然后加入步骤(1)得到的预聚体进行混合，混合时的温度程序为：首先加热至75
‑
85℃，保温20
‑
30min，然后升温至115
‑
125℃，保温30
‑
40min，在混合过程中进行搅拌，得到中间体；所述的预聚体的加入质量为E44环氧树脂质量的5％
‑
10％；(3)将步骤(2)得到的中间体与双氰胺固化剂、脲类促进剂采用三辊研磨机进行混合，研磨棍的温度为55
‑
65℃，研磨2
‑
3遍，然后涂胶，得到环氧树脂胶膜；所述的中间体与双氰胺固化剂、脲类促进剂的质量比为100:8
‑
10:3
‑
5；所述的脲类促进剂为苯基二甲基脲。6.根据权利要求5所述的一种微孔聚氨酯弹性体夹芯结构，其特征在于：所述的步骤(1)中，聚醚多元醇为官能度为2、分子量为1000或2000的聚氧化丙烯多元醇；或聚醚多元醇为官能度为2、分子量为1000或2000的聚四氢呋喃多元醇。7.根据权利要求5所述的一种微孔聚氨酯弹性体夹芯结构，其特征在于：所述的步骤(1)中，聚醚多元醇的水含量...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭东，张旭锋，吴敬朋，夏义兵，施成旺，甄茂民，冯笑，
申请(专利权)人：山东奥卓新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：