[发明专利]压电与导电接枝型聚氨酯基复合阻尼材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种阻尼材料，本发明也涉及一种阻尼材料的制备方法。具体地说涉及一种压电-导电接枝型聚氨酯基复合阻尼材料及其制备方法。

背景技术

机械振动广泛存在于动力系统。阻尼是减振降噪技术中有效控制振动和噪声的方法之一，它将振动机械能转化为热能耗散掉，从而达到减振降噪的目的。因此阻尼材料是阻尼减振技术的重要组成部分，一直是该领域的研究热点。

近几年来，智能型阻尼材料引起了人们广泛的关注。其阻尼机理主要由三部分组成：第一，聚合物分子链段之间的摩擦消耗能量；第二，固体填料与聚合物分子链之间摩擦消耗能量；第三，压电粒子在基体材料中将振动能转化为电能，再通过导电粒子将电能转化为热能耗散掉，该种方法不仅仅依靠高分子的粘弹阻尼机理，同时引入了压电-导电阻尼机理，可制得宽阻尼温域，高损耗因子的阻尼材料。

目前关于压电-导电型阻尼材料的公开报道较多，例如：中国专利公开号为CN101392090、CN101323697、日本专利公开号为JP2002069424(A)等均公开了环氧树脂基压电导电阻尼材料，环氧树脂虽然高温性能优异，但不适用于低温环境，且韧性也不够理想；而中国专利公开号为CN1376734公开了用聚偏二氟乙烯作基体材料，压电陶瓷作为压电材料、导电炭黑作为导电材料的阻尼减振复合材料，且具有良好的阻尼性能。而聚氨酯弹性体作为阻尼降噪材料近年来广泛应用于船舶、海洋、交通运输、大型机械、建筑等领域，但以聚氨酯为基体制备的压电-导电阻尼材料还没有公开报道过。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有宽温域、高阻尼性能的压电与导电接枝型聚氨酯基复合阻尼材料。本发明的目的还在于提供一种压电与导电接枝型聚氨酯基复合阻尼材料的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的压电与导电接枝型聚氨酯基复合阻尼材料中含有接枝型聚氨酯基体中的主链基体、支链基体，压电陶瓷粒子，导电粒子和交联剂；主链基体与支链基体的质量比为2∶1；压电陶瓷粒子的含量为接枝型聚氨酯基体中的主链基体和支链基体重量的20～70％；导电粒子的含量为接枝型聚氨酯基体中的主链基体和支链基体重量的0.5～1.5％；并且主链基体中的-NCO与交联剂中-OH的摩尔比为1∶1.2。

所述接枝型聚氨酯基体中的主链基体是将聚醚二醇真空加热去除水分和气泡后与二异氰酸酯以摩尔比为1∶2.7混合均匀，在80℃状态下反应制得的。

所述接枝型聚氨酯基体中的支链基体是先将聚醚二醇真空加热除去水分和气泡后与二异氰酸酯以摩尔比为1∶2.1于80℃下反应，然后再用正丁醇以n(-NCO)∶n(-OH)＝2∶1于70℃下反应制得的。

所述的压电陶瓷粒子为锆钛酸铅(PZT)，导电粒子为经硫酸酸化的多壁碳纳米管(MWCNT-COOH)。

所述的交联剂为三羟甲基丙烷(TMP)。

本发明的压电与导电接枝型聚氨酯基复合阻尼材料的制备方法包括以下步骤：

1)制备接枝型聚氨酯基体中的主链基体：将聚醚二醇真空加热去除水分和气泡，然后加入二异氰酸酯，且聚醚二醇与二异氰酸酯的摩尔比为1∶2.7，搅拌均匀，缓慢升温到反应温度75～85℃，反应2.5～3h，反应完成后室温放置即得到主链聚氨酯基体；

2)制备接枝型聚氨酯基体中的支链基体：将聚醚二醇真空加热去除水分和气泡，然后加入二异氰酸酯，搅拌均匀，缓慢升温到反应温度75～85℃，反应2.5～3h，且聚醚二醇与二异氰酸酯的摩尔比为1∶2.1，冷却至室温后，再用正丁醇以n(-NCO)∶n(-OH)＝2∶1于70℃下反应2 h即得到支链聚氨酯基体；

3)将质量比为2∶1的主链基体与支链基体的混合物、占所述混合物20～70wt％得压电陶瓷粒子、占所述混合物0.5～1.5wt％的导电粒子以及交联剂三羟甲基丙烷混合均匀，且主链基体中的-NCO与交联剂的-OH的摩尔比为1∶1.2，于100℃固化得到压电与导电接枝型聚氨酯基复合阻尼材料。

所述的聚醚二醇是聚氧化丙烯二醇，所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。

所述的压电陶瓷粒子为锆钛酸铅(PZT)，导电粒子为经硫酸酸化的多壁碳纳米管(MWCNT-COOH)。

所述经硫酸酸化的多壁碳纳米管的酸化处理方法为：将多壁碳纳米管混入体积比为3∶1的硫酸及浓硝酸的混合液中，超声处理0.5小时，在60℃下冷凝回流1小时，水冲洗后与70℃下烘干。