[发明专利]制备可设计交替层状结构的聚合物基阻尼复合材料的方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及聚合物加工领域，更具体的说，本发明涉及聚合物阻尼复合材料的制备方法。

二、背景技术

机械运转产生的震动和噪声不仅污染环境，而且影响机械的加工精度和产品质量，加速机械结构的疲劳损坏，缩短机械的使用寿命，通过增大材料的能量损耗来减轻机械震动和降低噪声的阻尼研究一直是国内外关注的热点。现在，已有许多新材料和新技术不断应用于阻尼减震，其中聚合物阻尼减震材料以其优异的性能越来越引起人们的重视。采用聚合物阻尼材料，可以很大限度地降低机械噪声和减轻机械震动，提高工作效率，提高产品质量。

目前改善聚合物材料阻尼性能的方法主要有：

1.聚合物共混

聚合物之间的共混是提高聚合物材料阻尼性能的主要方法之一。其中包括：

(a)橡胶与橡胶共混：橡胶的玻璃化温度一般远低于室温，采用橡胶共混来改善阻尼材料的性能是有限的，因此关于通过橡胶共混来提高阻尼效果的研究报道较少。

(b)橡胶与塑料共混：橡胶与塑料的玻璃化温度相差较大，即橡胶在室温下处于弹性态，而塑料处于玻璃态，通过橡塑共混来提高材料阻尼性能和动态力学性能从理论上来讲是比较理想的，且目前大多数阻尼材料采用橡塑共混体系。

(c)橡胶与纤维共混：纤维与橡胶共混可提高橡胶材料的阻尼性能。据日本专利报道，采用短纤维增强NR(天然橡胶)与NR共混，随着短纤维增强NR用量的增大，共混物的tan δ可从0.120提高到0.144。

(d)IPN(interpenetrating polymer network，聚合物互穿网)：通过化学或物理方法将两种或两种以上聚合物网络互相贯穿并缠结而形成互穿聚合物网络也是聚合物共混的一种独特方法。互穿聚合物网络的相容性直接影响材料的阻尼性能。互穿聚合物网络材料有两个阻尼峰，在阻尼峰之间的温度范围内阻尼效果差，具有半相容性的互穿聚合物网络由于聚合物间的热力学不相容和物理缠绕强迫相容两种作用，形成了微相分离结构，通过调整微相分离程度，可以得到具有较宽阻尼峰的优良阻尼材料。互穿聚合物网络的强迫互容效应，可使阻尼材料具有一个宽的玻璃化转变峰。

2.共聚

(a)接枝共聚。接有一定长度侧链的聚合物分子受外力作用时，侧链段产生运动和摩擦，将机械能转化为热能，其中接枝共聚物的支链越多，链与链之间缠结越紧，共聚物的阻尼值越高。

(b)嵌段共聚。嵌段共聚是把两种或多种不同链段按尾-尾或头-头方式联接在一起的聚合方法。其中一种聚合物使共聚物呈现胶粘性或具有一定的内聚力。另外，再加入带官能团的单体可以强化分子链间的交联，使共聚物的tanδ增大，从而显著提高材料的阻尼性能。

3.制品结构

聚合物制品的结构和形状等对阻尼性能有一定影响。阻尼结构一般分为自由阻尼层和约束阻尼结构(或三明治结构)两种形式。SeungHwan Chang等采用嵌入固体芯的方法，提高了数字播放机用阻尼制品的硬度和阻尼性能。Wang B等采用峰窝状阻尼结构来提高材料的阻尼性能。

以上的改性方法各有其优缺点，其中共混的方法工艺简单，易实现工业化，但对阻尼性能的改善有限。使用IPN结构，对提高阻尼性能有很大作用，但工艺局限，要形成完整的IPN结构(即两种材料形成完全双连续结构)并非易事，在绝大多数情况下，两种材料会形成一部分双连续一部分分相的结构，其阻尼性能相较理想状态的IPN结构有很大差距。

三、发明内容

本发明的目的是针对制备聚合物阻尼复合材料的现状，提供一种制备交替层状结构阻尼复合材料的方法，以解决现有技术制备的聚合物共混阻尼材料难以形成双连续相结构、相形态不易设计和控制、以及阻尼效果不佳等技术问题。

本发明公开的制备可设计交替层状结构的聚合物基阻尼复合材料的方法，是将两种聚合物物料分别投入微层共挤装置的两台挤出机中，熔融塑化后，使两股熔体在汇合器中叠合，经过含有n个分叠单元的分叠装置切割和叠合后，从出口模流出即制得2⁽ⁿ⁺¹⁾)层由两种物料交替分布的聚合物/聚合物阻尼复合材料。其中复合材料的层数通过增减分叠装置中分叠单元的数量进行调整，复合材料中两种聚合物物料的层厚比通过控制两台挤出机的转速比进行调整。