水性聚合物阻尼涂料性能的研究.docx
- 文档编号:18123425
- 上传时间:2023-08-13
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:23.19KB
水性聚合物阻尼涂料性能的研究.docx
《水性聚合物阻尼涂料性能的研究.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《水性聚合物阻尼涂料性能的研究.docx(12页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
水性聚合物阻尼涂料性能的研究
水性聚合物阻尼涂料性能的研究
2011年0月
第l4卷第l期
现代溶辩与淙装ModernPaint&FinishingOct.20{{
Vo1.14No.10
匦国叠墨团
水性聚合物阻尼涂料性能的研究
刘成楼,隗功祥
(j京虹霞正井涂料有限责任公司,j京102400)
摘要:
双聚夸物乳液为基料,嫒云母,石墨,空心微珠,无机纤维,复合阻燃齐j为填料,制备的阻尼涂料涂层具有温域
宽,阻尼因子值高,减振降噪,隔热隔音效果锈显,力学挂能好,阻燃拦能优等特性.
关键谲:
阻尼涂料;减振降噪;温域;{an值
中匿分类号:
TQ633文献标识码:
A文章编号:
1007-9548(2011)lo--oool--O4
Study011thePropertiesofWaterbornePolymerDampingCoatings
LIUChe£OU,KUIGong-xiang
fBeijingHongxiaZhengshengPaintCo.,Ltd.,Beijing102400,China)
Abstract:
Akindofdampingcoatingwhichhaswidetemperaturearea,higherdampingfactorvalue,obvious
effectondampandnoisereduction,heatinsulationandsoundinsulation,goodmechanicalperformanceand
superiorflameretardantperformancewaspreparedbyusingpolymeremulsionasbinderandmica,graphite,
hollowbeads,inorganicfibersandcompositeflameretardantsagentsasextender.
Keywords:
dampingcoatings;antivibrationnoisereduction;temperaturearea;tani~value
O弓l言
随着现代科学技术的飞速发展,振动和噪声的危
害日益突出,人们研究并开发出了多种解决振动和噪
声的有效方法稻技术措施!
.其中高分子阻尼涂料以其
优越的减振,降噪功能受到人们越来越多的关注.水性
聚合物基阻尼涂料是一种以水琏聚合物为基质,在填
料和助剂的配合下制备的减振降噪涂料,将其喷涂在
飞机,高速歹}j车车箱,轮胎等痰壁壳体上,可以达到抑
制壳体振动和降低噪声的目的.聚合物材料在玻璃化
转变湿度区域具有较高豹阻尼值,但是单一组分聚合
物的玻璃纯转变温度区域只有2.~30℃,雨环境温度
的变化一般可以达到40℃左右,所以一种良好的高分
子阻尼材料应该具有6o℃以上的玻璃化转变区域,才
能较好地满足不同场合的需要,显然这是单一组分聚
合物材料所不能达到的离.为了拓宽高聚物的阻尼温
域,提高材料的阻尼性能和弹性模量,采用互穿网络
LIPN或通过乳液共混方法,即将不同的2种丙烯酸
类季L液进行共混,然后加入填料和助剂配成涂料蕊.
本研究分剐以LIPN乳液和共混乳液为基质,添加
功能填料及助裁,制备阻尼涂料,其涂层具有减振降噪
好,阻尼温域宽,力学性能优,隔热吸音好,阻燃性能
佳,VOC含量低的环保型特点.将其喷涂到高速列车铝
合金车箱内壁,起到优异的抑振降噪,隔热吸音效果.
l试验部分
1.1原料及配方
LIPN乳液;弹性丙烯酸乳液A,丙燎酸乳液B,
VAE乳液C;填料:
云母粉,石墨,硅铝基空心微珠;有
机一无机复合阻燃裁;增强制;助裁.
水性聚合物阻尼涂料的基本配方见表i.
1.2制备工艺
按配方中原料称量,依次加入裂低速搅拌机中,混
合均匀后经振动筛过滤出料.
l
2011年10月
第14卷第10期
现代涂料与涂装
ModernPaint&Finishing
0et.2011
Vo1.14No.10
表1水性阻尼涂料基本配方
原材料质量分数/%原材料质量分数/%
去离子水3.0—5.0偶联剂KH一5600.30.5
三元聚合物40.0—50.0水合碱式2.0—3.0
互穿网络乳液硫酸镁晶须
氯化石蜡422.0—4.0三氧化二锑2.03.0
分散剂H32040.3~0.5绢云母25.0—30.0
基材润湿剂SF200.1~0-3膨胀石墨4.0~5.0
消泡剂A360.2~0.4硅铝基空心微珠5.0~10.0
流变剂DSX一38000.2~0-3聚磷酸铵2.0~3.0
防霉杀菌剂LXE0.1~0.2
1.3性能测试
1)试样制备:
按照GB/T1727--1992制备阻尼涂
层,待涂层干燥后用裁刀裁成测试要求的样品尺寸.
2)动态力学性能:
用美国RheometricScientificTM
公司生产的DMTA—IV型动态热机械分析仪器进行
DMTA测试,升温速度为3%/min,测试频率为10Hz,
试样尺寸为(24.0±0.2)mm×(6.0+0.2)mm×(2.0+0.2)
mm,测试温度范围为一8080℃.
3)物理性能按JG/T894--2001标准进行测试.
4)吸声性能测试按GB/T14369--1993((声学材料
样品插入损失和回声降低的测量方法》进行.
5)阻燃性氧指数按GB/T2406--1993进行测试,
烟密度等级按GB/T8627--1999进行测试,烟气毒性
按GA132一l996进行测试.
6)隔热性:
导热系数按GB/T20473--2006标准进
行测试.
2结果与讨论
2.1聚合物的阻尼机理
单一的聚合物阻尼温域只有2O~3O℃,有效阻尼
功能区狭窄,难以满足现实要求.通过多组分共聚,共
混和互穿网络方法,可提高聚合物的减振降噪性能,拓
宽阻尼温区.阻尼材料也叫振动衰减材料,当高分子聚
合物与振动物体接触时,必将一部分机械振动能转变
为热能耗散掉,从而使振动衰减下来,主要用于控制振
动和噪音.材料的阻尼性能通常用阻尼系数(也叫作
损耗正切tans或损耗因子)来衡量,可按材料的损
耗模量与贮存模量的比率来定义:
3-一tan6
式中:
G.为剪切模量的实数部分,又称为贮存剪
2
切模量,它反映材料变形时能量贮存的大小即回弹能
力;G2为剪切模量的虚数部分,或称损耗剪切模量,它
反映材料变形时转变成热的能量损耗.
一
般而言,tan$~>O-3时材料具有较好的阻尼性能.
高分子聚合物材料的阻尼性能与材料本身的结构
密切相关.当产生振动时,一方面是高分子材料内部链
段之间的摩擦对阻尼性能的贡献;另一方面是填料与
高分子链段及填料与填料对材料阻尼性能的贡献.
高分子阻尼能力的大小与其使用温度和频率密切
相关.高聚物的阻尼性能随温度变化曲线见图1.
/,\
\/\~
/
玻璃态区转变区高弹态区流动区
温度/℃
图1高聚物的损耗因子与温度的关系曲线
可见,高分子聚合物在玻璃态转变为高弹态这个
温度转变区域,称之为玻璃化转变区域,这个转变温度
称为玻璃化转变温度,用表示,聚合物在区域时,
其阻尼峰值最高,减振降噪效果最好.这是因为在以
下(玻璃态区)时,外力作用于高分子聚合物引起键长
和键角改变,但这种改变既小又快,几乎与应力变化同
步,因此内耗很小;在区(转变区)内,分子链刚开
始运动,而体系黏度很大,链运动受到很大摩擦阻力,
应变滞后于应力的变化,内耗很大;高于时,分子链
运动变得比较自由,内耗能力减少[41.因此,评价高分子
聚合物材料阻尼性能的高低,可以从在区内损耗因
子(tan峰值)的高低和有效阻尼功能区温域宽窄两方
面考量.优良的阻尼材料应满足3个条件:
1)在阻尼材
料使用温度和频率范围内,tan6峰值要比较高;2)tan~
的峰值要宽,以保证阻尼材料在较大范围内有较高的
阻尼性能,降低其对温度和频率的敏感性;3)复合多功
能型,阻尼材料除具有宽温,宽频,高阻尼峰值外,还应
具有吸声,吸波,隔热,阻燃,环保等功能.
2.2聚合物组分相容性对阻尼性能的影响
提高聚合物组分的相容性是减少相分离,拓宽阻
尼温域,提高阻尼因子的前提条件.互穿网络聚合物是
2011年le月
第l4卷第lO期
现代海辩与溶装
ModernPaint&Finishing
Oet.2O
Vo1.14NO.lO
一
种综合性能良好的高分子材料,由于各聚合物网络
之间互相交叉渗透,机械缠结,起着强迫互容和协同效
应作用,从而提高了组分的相容性,是制备宽湿域,高
性能阻尼涂料盼理想高分子材料.本文选用一种三元
互穿聚合物网络无皂乳液为基料,按基本配方制备成
阻尼涂料,涂层具有t温域宽,缸珏6峰值高等特点.
在乳液共混体系中,往往采用多种聚合物孚L液共
混来达到拓宽的目的,这就要求不厨聚合物乳液之
闻的相差要远,丽且必须相砻睦好.乳液之间相
差大小,决定共混体系湿域宽窄;裙容性忧劣,决定
共混体系rants峰值高低.本文选择的乳液A是一种自
交联型丙烯酸弹性乳液,起始t为一35,漆膜在常温
或低温条件下均保持优异的断裂伸长率,韧性和回复
性;乳液B是一种细粒径,高性能丙烯酸乳液,起始
为24℃,与乳液A的混容性很好;为了提高共混孚L液体
系的附着力,选择了VAE乳液C参与共混体系,VAE
乳液为线型高分子材料,初始为_4℃,分子中不含活
性官能团,交联困难,但是它的极性很强,对基材的黏结
性能好,抗拉强度高.由于其与乳液A,B的"化学相同,
相似性"相差较大,因此与A,B相容性不好,易出现相
分离现象.采月j配位型钛酸酯偶联剂对VAE孚L液进行
预童理,解决了其与A,B滚的糯容性同题.试验缝票
证明,当m(A):
mcB):
m(C).o:
1.0:
0.3时,按基本配方
翩备阻尼涂料,温域较宽,tant$值较大.
互穿网络聚合物乳液和共混乳液体系2种阻尼涂
料的葫态黏弹谱(DM弧益线)比较,见巨2.
0
0.
0
e.
祀
i0..
o.
0.
歪2餐孛整尼法辩懿瑟篷线
可见,LIPN阻尼涂料损耗因子tanS>~O.3的温域
范围为一lO~7O℃,taru5≥O,5的温域范围为lO~5O
cc;共混乳液阻尼涂耨损耗因子损耗tanS>~O3的湿域
范围为一5~6o,tansy>0.5的温域为1850℃.虽然
2秭阻尼涂料的阻尼性能都能满足高速歹lj车车箱的使
用要求,但是LIPN阻尼涂料在湿域晕珏ranis方面均
优于乳液共混体系阻尼涂料.
2.3填料对阻尼涂料性能的影响
大部分不规则粒状填料对涂料的阻尼性能者器有不
同程度地降低,尤其是高填充量时降低程度更明显,而
片状,空心徽球状,纤维扶填耩却能提高涂料的阻尼性
能.这是因为这些填料的比表面积大,填料与聚合物分
子链和填料与填料之闻接触面积大,产生静振动摩擦
系数高,转化的热能相对大,tan8峰值高.片状结构云
母,石墨是阻尼涂料中首选豁填料;坚壳类空心微珠摇
陶瓷空心微珠,玻璃空心微珠,漂珠等是阻尼涂料中常
用填料;无枧纤维类如玻璃纤维,硅铝纤维,矿物纤维,
晶须等都是优良的阻尼填料;为了增强涂料的阻燃性,
提高涂层的氧指数,填料组分中增加了特制的有机一
无机复合阻燃剂.分别以LIPN聚合物乳液(I型)和
混合乳液(Ⅱ型)为基料,填料总量均为50%配置阻尼
涂料,片状(A),球状(B),纤维状(C),阻燃剂(D)不同
形态结构填料的质量比搭配,对I型和Ⅱ型阻尼涂料
性能的影响见表2.
由表2可知,在阻尼涂料中,单独用片状云母,石
墨作填料时,损耗因子tantS~>0.3的湿域较窄,tans蜂
焦较低拉镩强度,嚣结强度,吸声系数,氧指数较低,
而导热系数和断裂停长率较高;随着空心微珠稻无视
纤维添热量的增多,涂层的阻尼性能,机械强度,吸声
系数,隔热性能都有不同程度地提高,当片状填料:
空
心徽珠:
无机纤维:
复合阻燃裁=33:
10:
2:
5时,检
项目中的各项性能均达到最优.这是因为:
1)空心微珠
和无祝纤维的比表面积比片状填料大,涂层振动时产
生的摩擦热能更多,从而使£an6值最大;2)超细空心
微珠填亭了粗粒径片状填料之间的空隙,提高了涂层
的致密度,无枫纤维的乱向分布提高了涂层网络结构
强度和柔韧性,因此涂层的力学性能增强;3)空心微珠
和无机纤维的加入,降低了涂层的密度,提高了涂层内
部封闭性空隙率,因此提高了涂层的隔热,隔音性能.
石墨具有热传导性,有利于声能转纯为热能时的热量
传递扩散,随石墨用量增加,吸声系数升高;4)随着复
合阻燃剂用量的增加,涂层的氧指数上升,阻燃性能提
高.当复合阻燃剂在填辩中占10%左右时,涂层的氧
指数分剐达到7O.5和7O.2,且燃烧时发烟量很少,产
生的有毒气体如NH3,HCN,I-ICI,HF,HBr,NOnC.2,
2011年10月
第14卷第l0期
现代涂料与滁装
ModernPaint&Finishing
0ct.2011
VoI_l4No.10
CO,SO等释放量均控制在临界浓度以下,即在15
min内,不损害人不可递转的生存必须能经受住的最
大浓度.2种阻尼涂料的力学性能接近,但温域及
阻尼性能LIPN优于混合乳液体系.
2.4助剂的作用
特制有机一无机阻燃剂由聚磷酸铵,氯化石蜡及
三氧化二锑等组成.氯化石蜡不仅是增塑剂,也是一种
阻燃剂,憎水剂.阻尼涂料中加人适量氯化石蜡,可提
高涂层的柔韧性,氧指数和防水陛.氯化石蜡与无机阻
燃剂中的Sb20具有协同阻燃增效作用,当涂层受火
时,氯化石蜡受热分解成HCI,HCH与Sb0.发生化学
反应生成氯氧化锑并进一步分解成SbCI直接升华,同
时吸收大量热量使涂层降温,Sb0.覆盖在涂层表面起
阻燃作用;SbCI,进人气相燃烧区与不燃阶段中的自由
基反应生成RC1,HCI,Sb,这些中间产物,不燃气体冲淡
氧气浓度,产生气体屏蔽作用,从而提高了氧指数.
偶联剂具有2种不同性质的反应基团,亲无机基
团与无机表面的化学基团反应,形成强固的化学键合;
亲有机基团可与有机分子反应或物理缠绕,从而使有
机与无机材料界面实现化学键合嘲.在阻尼涂料中加
入适量偶联剂,一方面可使有机与有机,有机与无机填
料反应键合,桥接或缠绕,增强涂层的力学性能,另一
方面也能提高与基层的附着力.
为了提高涂料体系的分散稳定性,防止填料粒子
聚结,需要加入适量分散剂,如科宁公司的H3204/
H100;为了降低水性涂料的表面张力,改善涂料对基
层的润湿性和渗透性,提高附着力,需要加人适量基材
4
润湿剂,如科宁公司的SF20/H140;为了消除涂料中的
气泡,需要加入消泡剂,由于阻尼涂料是一种黏弹性材
料,一般消泡剂很难消除其中的气泡,需要选择高分子
消泡剂,另外需要加人流变增稠剂,防霉杀菌剂等.
3结语
以聚合物互穿网络(LIPN)乳液和乳液共混体系
为基料,以云母,石墨,空心微珠,无机纤维,复合阻燃
剂为填料,在助剂的配合下分别制备成阻尼涂料,其涂
层具有优良的阻尼性能,物理性能,阻燃性能.将其喷
涂于高速列车铝合金车箱内壁,在高速列车的使用环
境条件下,涂层具有优异的减振降噪,隔热隔音长效性
能.检测结果证明,2种阻尼涂料的机械力学性能指标
大致相近,但阻尼性能指标,LIPN优于乳液共混体系.
参考文献:
【1]杨根仓.现代阻尼材料发展与展望[J].航空科学技术,1994
(3):
l2—13.
【2】万里,卢金山.PMMA/PBMA聚丙烯酸酯半IPN阻尼涂料
性能的研究[J].涂料工业,2009,39(11):
10一l3.
【3】张晓君,丁智平,王进,等等L液共混法制备水性阻尼涂料[J].
化工时-D】,2007,21(5):
59—60.
[4]谭亮红,周志诚,贺才春.水性阻尼涂料的动态力学性能研
究[J].涂料.x-,_lk,2006,36(11):
5-7.
【5】纪占敏,杜士国,施冬梅,等.硅烷偶联剂在复合材料中的应
用研究[J】_现代涂料与涂装,2006(12):
45-46.
收稿日期:
2011-04—27
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 水性 聚合物 阻尼 涂料 性能 研究