專利名稱：一種無機(jī)阻尼復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種阻尼復(fù)合材料領(lǐng)域，更進(jìn)一步的說，是涉及一種無機(jī)阻尼復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,機(jī)械設(shè)備正向著高速,高效、自動化方向發(fā)展，但機(jī)械工作時產(chǎn)生的振動會嚴(yán)重破壞設(shè)備的精確度、可靠性和穩(wěn)定性，產(chǎn)生的噪音也危害了人們的身心健康。在此需求上，減振降噪材料應(yīng)運(yùn)而生。阻尼材料是一種能夠吸收震動機(jī)械能，并將它轉(zhuǎn)化成熱能，電能，磁能或其他形式的能量而損耗掉的一種功能材料，能夠消除噪音，振動等帶來的環(huán)境污染。隨著我國客車、火車的提速，車速與之前相比有了很大的提高，但是，運(yùn)行時不可避免的產(chǎn)生振動及其噪音，當(dāng)這種振動及其噪音達(dá)到一定程度時，不可避免的對操作人員，乘客，居民造成一定程度的影響。在日常的家居以及工作中，外界噪音的影響常常使人疲憊，煩躁，嚴(yán)重影響人們的生活質(zhì)量以及工作效率，因此，在無機(jī)建筑領(lǐng)域需要一種無機(jī)阻尼復(fù)合材料，能在一定程度上消除振動及噪音的影響。本發(fā)明所用的無機(jī)阻尼材料，是一種壓電導(dǎo)電材料，所選用的無機(jī)材料基體包括包括水泥，陶瓷，浙青。就目前國內(nèi)外而言，所選用的壓電填料主要是壓電陶瓷，所述的導(dǎo)電填料主要有金屬類填料和非金屬類填料，本發(fā)明所選用的是非金屬填料，為碳系化合物。經(jīng)對現(xiàn)有的文獻(xiàn)技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，張聯(lián)盟和秦巖等人研究了混雜增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基壓電阻尼復(fù)合材料及其制備方法，加入混雜纖維，能起到增強(qiáng)材料的力學(xué)性能，同時也有一定的阻尼效應(yīng)，但是其阻尼效應(yīng)并不能滿足人們的需求。黃志雄，魏濤等人研究了一種環(huán)氧樹脂既壓電阻尼復(fù)合材料及其制備方法，利用二次成型制備具有梯度夾層結(jié)構(gòu)的環(huán)氧樹脂基壓電復(fù)合材料，雖然材料的阻尼性能有了很大的提高，其力學(xué)性能卻滿足了人們的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種能夠抗振動、減噪音的無機(jī)阻尼復(fù)合材料及其制備的方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案:本發(fā)明提供的無機(jī)阻尼復(fù)合材料，按重量計，該材料由無機(jī)材料基體100份，壓電填料填料10 150份，導(dǎo)電填料I 50份，助劑I 50份組成?？梢詫⑺龅臒o機(jī)材料基體、導(dǎo)電填料和壓電填料按所述組份混合均勻，之后固化得到所述無機(jī)阻尼復(fù)合材料。所述無機(jī)材料基體可以采用水泥、液態(tài)浙青、陶瓷中的一種或幾種。所述壓電填料可以采用壓電陶瓷，所述壓電陶瓷可以為鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、鋯鈦鑭酸鉛、含鉍層狀壓電陶瓷和具有鈣碳礦結(jié)構(gòu)的無鉛壓電陶瓷中的一種或幾種。 所述導(dǎo)電填料可以為碳系化合物，其用量更好的選擇底限可以為I份、2份，選擇高限為40份，50份。所述碳系化合物可以采用導(dǎo)電炭黑，碳納米管，壓電纖維中的一種或幾種。所述助劑可以采用固化劑、粘結(jié)劑、分散劑中的一種或幾種。本發(fā)明提供的上述無機(jī)阻尼復(fù)合材料，其制備方法包括以下步驟:(I)將壓電填料過篩，得到300 8000目的過篩壓電陶瓷粉；(2)將過篩后的導(dǎo)電填料和壓電填料進(jìn)行表面處理，過濾干燥后，得到改性后的壓電填料和導(dǎo)電填料；(3)將改性后的 壓電填料和導(dǎo)電填料按配方比例與無機(jī)材料基體混合均勻，機(jī)械攪拌混合均勻，得到混合料；(4)將混合料放入超聲波震蕩儀中，其采用的工藝條件是:溫度為60 100°C，頻率是50 100Hz，震蕩時間為2 5h，得到成型后的無機(jī)復(fù)合材料；(5)將成型后的無機(jī)復(fù)合材料放入直流油浴電場中極化。所述直流油浴電場極化工藝條件可以是:電壓是5 15km/mm,極化溫度是20 150°C，極化時間是20 120min。本發(fā)明提供的上述無機(jī)阻尼復(fù)合材料，其制備方法可以隨著無機(jī)材料基體種類的不同，也會有細(xì)微的差別，所述細(xì)微的差別是指所選助劑種類和工藝條件不同。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的主要的優(yōu)點(diǎn):一.由于復(fù)合材料種存在壓電粒子和導(dǎo)電粒子，能夠吸收機(jī)械能，并將它轉(zhuǎn)化成熱能，電能，磁能或其他形式的能量而損耗掉，所以本發(fā)明的無機(jī)阻尼材料有較好的阻尼效應(yīng)，能有效地消除噪聲，減小振動。該材料可以廣泛的應(yīng)用于交通運(yùn)輸，大型建筑，家居，醫(yī)用衛(wèi)生材料等領(lǐng)域。二.本發(fā)明所制備的復(fù)合材料，導(dǎo)電填料既包括導(dǎo)電纖維又包括導(dǎo)電炭黑，導(dǎo)電纖維同時可以作為結(jié)構(gòu)相，既提高了復(fù)合材料的阻尼性能又提高了材料的力學(xué)性能。本發(fā)明通過對試樣進(jìn)行動態(tài)力學(xué)分析后可以得出，最大阻尼因子tanS提高20% 90%，阻尼系數(shù)大于0.3的材料即為阻尼系數(shù)較好的材料，本發(fā)明制備的復(fù)合材料其阻尼系數(shù)大于0.3的阻尼溫域提高了 30%以上。
具體實(shí)施方案下面結(jié)合具體的實(shí)施方案對本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。產(chǎn)品實(shí)施例:本實(shí)施例提供的無機(jī)阻尼復(fù)合材料包含以下組分:無機(jī)材料基體，壓電填料，導(dǎo)電填料，其中，無機(jī)材料基體100重量份數(shù)，壓電填料10 150重量份數(shù)，導(dǎo)電填料3 50重
量份數(shù)。所述的無機(jī)材料基體、導(dǎo)電填料和壓電填料按所述組份混合均勻，之后固化得到所述無機(jī)阻尼復(fù)合材料。所述無機(jī)材料基體采用水泥、液態(tài)浙青、陶瓷中的一種或幾種。所述壓電填料采用壓電陶瓷，所述壓電陶瓷為鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、鋯鈦鑭酸鉛、含鉍層狀壓電陶瓷和具有鈣碳礦結(jié)構(gòu)的無鉛壓電陶瓷中的一種或幾種。所述導(dǎo)電填料為碳系化合物。
所述碳系化合物采用導(dǎo)電炭黑，碳納米管，壓電纖維中的一種或幾種。所述助劑采用固化劑、粘結(jié)劑、分散劑中的一種或幾種。方法實(shí)施例1:取水泥熟料100重量份數(shù)，水泥熟料型號為P.C32.5/P.C32.5R，加入預(yù)先用硅烷偶聯(lián)劑處理，并用乙醇水溶液清洗后的干燥鋯鈦酸鉛粉，再加入導(dǎo)電填料中的一種或幾種與石膏混合均勻，室溫下機(jī)械攪拌lOmin，將混合料放入超聲波震蕩儀中，在90°C，80Hz下超聲混合2小時，常溫下固化成型后，將試樣放入直流油浴電場中極化，極化溫度為100°C，極化電壓為10km/mm，極化時間為120min，然后將試樣放入1.0Hz，500mN，室溫至200°C條件下進(jìn)行動態(tài)力學(xué)分析，以及力學(xué)性能測試。實(shí)施例1 5配方如表I所示，所得壓電阻尼復(fù)合材料的阻尼性能如，力學(xué)性能表2，用此方法得到的水泥基壓電復(fù)合材料應(yīng)用于道路，橋梁以及大型建筑領(lǐng)域，有較好的降振減燥效果。方法實(shí)施例6 10:取水泥熟料100重量份數(shù)，水泥熟料型號為P.042.5/P.042.5R，加入預(yù)先用硅烷偶聯(lián)劑處理，并用乙醇水溶液清洗后的干燥鈦酸鋇，再加入導(dǎo)電填料以及石膏混合均勻，室溫下機(jī)械攪拌lOmin，將混合料放入超聲波震蕩儀中，在90°C，80Hz下震蕩2小時，常溫下固化成型后，將試樣放入直流油浴電場中極化，極化溫度為100°C，極化電壓為10km/mm，極化時間為120min，然后將試樣放入1.0Hz，500mN，室溫至200°C條件下進(jìn)行動態(tài)力學(xué)分析，以及力學(xué)性能測試。實(shí)施例6 10配方如表3所示，所得壓電阻尼復(fù)合材料的阻尼性能，力學(xué)性能如表4。用此方法得到的水泥基壓電復(fù)合材料應(yīng)用于道路，橋梁以及大型建筑領(lǐng)域，有較好的降振減燥效果。方法實(shí)施例11 15:取配制好的液態(tài)浙青100質(zhì)量份數(shù)，將鋯鈦鑭酸鉛粉末用硅烷偶聯(lián)劑處理，并用乙醇水溶液清洗，干燥后取一定量，再加入導(dǎo)電填料，室溫下機(jī)械攪拌lOmin，將混合料放入超聲波震蕩儀中，在80°C，90Hz下震蕩3小時，常溫下固化成型后，將試樣放入直流油浴電場中極化，極化溫度為60°C,極化電壓為10km/mm,極化時間為IOOmin,然后將試樣放入
1.0Hz，500mN，室溫至200°C條件下進(jìn)行動態(tài)力學(xué)分析，以及力學(xué)性能測試。實(shí)施例11 15配方如表5所示，所得壓電阻尼復(fù)合材料的阻尼性能，力學(xué)性能如表6，用此方法得到的浙青材料能廣泛的應(yīng)用于道路工程材料和建筑工程材料，該種材料在防水，防腐，防滲，防潮的基礎(chǔ)上還有抗振減燥的功能，能減輕振動及噪音帶來的影響。方法實(shí)施例16 19:取配制好的氧化鋁陶瓷漿料100質(zhì)量份數(shù)，加入定量的海藻酸胺粘結(jié)劑以及聚丙烯胺分散劑，將鋯鈦鑭酸鉛粉末用硅烷偶聯(lián)劑處理，并用乙醇水溶液清洗，干燥后取一定量，再加入導(dǎo)電填料，室溫下機(jī)械攪拌lOmin，將混合料放入超聲波震蕩儀中，在80°C，90Hz下震蕩3小時后，燒結(jié)成型，將試樣放入直流油浴電場中極化，極化溫度為60°C，極化電壓為10km/mm，極化時間為lOOmin，然后將試樣放入1.0Hz，500mN，室溫至200°C條件下進(jìn)行動態(tài)力學(xué)分析，實(shí)施例16 19配方如表7所示，所得壓電阻尼復(fù)合材料的阻尼性能如表8，該種陶瓷壓電阻尼材料可以用于生產(chǎn)國防軍工需要的特殊零部件，在醫(yī)學(xué)方面，建筑衛(wèi)生陶瓷方面也有一定的應(yīng)用。 附表
表1實(shí)施例1 5配方(質(zhì)量份)
權(quán)利要求
1.一種無機(jī)阻尼復(fù)合材料，其特征在于按重量計，該材料由無機(jī)材料基體100份，壓電填料填料10 150份，導(dǎo)電填料I 50份，助劑I 50份組成。
2.如權(quán)利要求1所述的無機(jī)阻尼復(fù)合材料，其特征是將所述的無機(jī)材料基體、導(dǎo)電填料和壓電填料按所述組份混合均勻，之后固化得到所述無機(jī)阻尼復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述無機(jī)阻尼復(fù)合材料，其特征是所述無機(jī)材料基體采用水泥、液態(tài)浙青、陶瓷中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述無機(jī)阻尼復(fù)合材料，其特征是所述壓電填料采用壓電陶瓷，所述壓電陶瓷為鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、鋯鈦鑭酸鉛、含鉍層狀壓電陶瓷和具有鈣碳礦結(jié)構(gòu)的無鉛壓電陶瓷中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述無機(jī)阻尼復(fù)合材料，其特征是所述導(dǎo)電填料為碳系化合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述無機(jī)阻尼復(fù)合材料，其特征是所述碳系化合物采用導(dǎo)電炭黑，碳納米管，壓電纖維中的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述無機(jī)阻尼復(fù)合材料，其特征是所述助劑采用固化劑、粘結(jié)劑、分散劑中的一種或幾種。
8.權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求所述無機(jī)阻尼復(fù)合材料的制備方法，其特征是采用包括以下步驟的方法: (I)將壓電填料過篩，得到300 8000目的過篩壓電陶瓷粉； (2 )將過篩后的導(dǎo)電填料和壓電填料進(jìn)行表面處理，過濾干燥后，得到改性后的壓電填料和導(dǎo)電填料； (3 )將改性后的壓電填料和導(dǎo)電填料按配方比例與無機(jī)材料基體混合均勻，機(jī)械攪拌混合均勻，得到混合料； (4)將混合料放入超聲波震蕩儀中，其采用的工藝條件是:溫度為60 100°C，頻率是50 100Hz，震蕩時間為2 5h，得到成型后的無機(jī)復(fù)合材料； (5 )將成型后的無機(jī)復(fù)合材料放入直流油浴電場中極化。
9.如權(quán)利要求8中所述的無機(jī)阻尼復(fù)合材料的制造方法，其特征在于所述直流油浴電場極化工藝條件是:電壓是5 15km/mm，極化溫度是20 150°C，極化時間是20 120mino
10.如權(quán)利要求1 7所述的無機(jī)阻尼復(fù)合材料，其特征在于隨著無機(jī)材料基體種類的不同，其制備方法也會有細(xì)微的差別，所述細(xì)微的差別是指所選助劑種類，工藝條件不同。
全文摘要
本發(fā)明公開一種無機(jī)阻尼復(fù)合材料及其制法，按重量計，該材料由無機(jī)材料基體100份，壓電填料填料10～150份，導(dǎo)電填料1～50份，助劑1～50份組成，其中無機(jī)材料基體包括水泥，玻璃，陶瓷以及瀝青；壓電填料為平均粒徑為100nm～100um的壓電陶瓷，導(dǎo)電填料為碳系有機(jī)化合物，將上述組分按上述比例固化成型即得到無機(jī)阻尼復(fù)合材料。本發(fā)明提供的無機(jī)阻尼材料有較好的阻尼效應(yīng)，能有效地消除噪聲，可以廣泛的應(yīng)用于交通運(yùn)輸，大型建筑，醫(yī)用衛(wèi)生材料等領(lǐng)域。
文檔編號C04B28/00GK103214216SQ20131013445
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月17日
發(fā)明者黃志雄, 余龍穎, 童亞軍, 黃坤, 秦巖, 梅啟林, 王雁冰, 張聯(lián)盟 申請人:武漢理工大學(xué)