高分子基阻尼涂料的研究進展

摘 要 阻尼涂料由高分子樹脂加入適量的填料以及輔助材料配制而成，是一種可涂覆在各種金屬板狀結構表面上，具有吸收機械能、減少振動和噪音的特種涂料。同時，它也是當前國內外航空、船舶、汽車以及其它機械設備振動與噪聲控制的重要材料之一。

關鍵詞 高分子 互穿聚合物網絡 阻尼 涂料

中圖分類號：TQ317 文獻標識碼：A

0 前言

阻尼涂料是能吸收機械功，減弱振動，降低噪聲的涂料。阻尼涂料是當前國內外航空、船舶、汽車以及其它機械設備振動與噪聲控制的重要材料之一。阻尼涂料能夠把振動機械能轉化為熱能或其它形式的能量耗散掉從而提高了振動衰減率。作為一種新型的阻尼材料，其因具有制造工藝簡單、施工方便、性能優異等特點，發展極為迅速。早期的阻尼涂料一般為溶劑型涂料，不僅阻尼性能差，而且存在易燃易爆、使用不安全、污染環境等問題。水性涂料雖然解決了污染和易燃易爆等問題，但存在干燥時間長、厚涂困難的缺點。在氣溫較低或者濕度較大的情況下，該涂料的施工受到限制。青島海洋化工研究院先后成功研制了無溶劑阻燃型ZHY-171、T54/T60系列阻尼涂料。其中T54/T60艦船用阻尼涂料克服了以往艦船用阻尼材料在阻尼性、工藝性和實用性方面的諸多不足，成為綜合性能最好的阻尼材料之一。

1 高分子阻尼涂料的類型及原理

阻尼涂料的涂層形式包括自由阻尼和約束阻尼兩種。自由阻尼結構簡單、施工方便，是早起常用的一種阻尼手段。約束阻尼其涂層為兩層結構，其阻尼性能優于自由阻尼，在現代的減振降噪工程中得到了普遍的應用。

阻尼涂料是由具有一定玻璃花溫度的高聚物、填料、增塑劑、溶劑等配制而成。阻尼涂料使用的高聚物材料要求其自身的損耗因子（tan€%]）要高，同時要求其與鋼板（或鋁板）的復合損耗因子（€%`）也要高，無溶劑聚氨酯、氯丁橡膠、核殼結構的聚丙烯酸酯乳膠、具有IPN結構的聚氨酯/聚丙烯酸酯等都是阻尼涂料常用的成膜物質，這些高聚物的分子鏈都較長，當它收到拉伸或壓縮作用而發生變化時，分子鏈中結構發生弛豫會吸收消耗一部分機械能，因此顯示出很優良的阻尼性能。

在阻尼涂料中添加適當的片狀填料可以增加填料層間聚合物的剪切形變，有助于提高阻尼性能，如在聚氨酯中添加120目的片狀云母粉對提高阻尼效果就很明顯，但加入片狀石墨、蛭石等效果就不如云母的阻尼性能理想。

另外，在約束阻尼結構中增加阻尼涂層與基材的厚度比和約束層模量可以顯著提高復合結構的阻尼性能。

2 互穿聚合物網絡涂料

互穿聚合物網絡（IPN）阻尼涂料是近幾年發展起來的性能良好的阻尼涂料。這種涂料時由兩種或兩種以上的聚合物通過網絡互穿纏結二形成的一種新型共混合或聚合物合金，由于各聚合物網絡之間的相互交叉滲透、機械纏結有效改變了各組分間的相容性，令各組分鏈段運動有協同效應。在玻璃化轉變溫度（Tg）上，兩組分聚合物Tg相互靠攏，改變了組分各自的動態力學性能，起著強迫互容和協同效應的作用。

一種具有IPN結構的阻尼涂料的配比舉例如下：UP/PMMA=80/20，NCO/OH=1.5，丙酮為溶劑，添加一定量的云母為填料組分，其tan€%]在一定溫度范圍內峰值可接近0.8，表現出較好的阻尼性。

3 國內部分互穿聚合物網絡阻尼涂料研究情況

1990年李玉瑋等采用同步法，制備出一系列聚氨酯/環氧樹脂阻尼涂料。研究指出，用聚乙二醇（PEG），端羥基己二酸乙二醇酯（PES）合成的互穿聚合物網絡涂料，阻尼性能能遠好于蓖麻油（聚氨酯）制備的涂料。1990年后，眾多研究者指出，環氧樹脂種類對胡床聚合物網絡影響很大，雙酚A型環氧樹脂可與聚氨酯形成阻尼性能好的互穿聚合物網絡涂料。

1995年以后，聚氨酯與乙烯基聚合物可形成多種互穿聚合物網絡。如聚氨酯/聚苯乙烯（PS）互穿聚合物網絡。乙烯基單體有很多種，可選擇不同軟硬單體制得多種Tg的互穿聚合物網絡。由于互穿聚合物網絡制備時，聚氨酯為逐步聚合，乙烯基為自由基聚合，相互干擾少，可制備出很好的互穿聚合物網絡阻尼涂料。

2000年秦東奇等制備出寬溫域（100～110℃）聚氨酯/聚甲基丙烯酸甲酯（PU/PMMA）互穿聚合物網絡阻尼涂料。研究指出，加入填料可加寬溫域，提高阻尼效果。同年，唐冬燕等對聚醚氨酯/聚甲基丙烯酸甲酯互穿聚合物網絡阻尼性能進行研究。指出隨-NCO/-OH比例的減小，聚氨酯網絡的完善程度增大，材料的混容性增加，二者共同作用令阻尼效果良好；當聚氨酯與聚甲基丙烯酸甲酯組分比例為60：40時，互穿聚合物網絡阻尼性能較好，其Tg范圍為-10～50℃。2004年李文安、劉秉智利用二步合成法制備出聚氨酯/聚甲基丙烯酸甲酯互穿聚合物網絡阻尼涂料，指出當（PU）/（PMMA）=4和（-NCO）/（-OH）=1.5時，用丙酮做溶劑，同時添加一定量的石墨或云母粉，成膜力好，且阻尼性能強。

4 T54/T60阻尼涂料性能

T54/T60阻尼涂料采用約束阻尼結構，它由T54和T60兩種型號組成。二者在阻尼層上是相同的，均為無溶劑雙組分環氧樹脂涂料，其中T54型約束層中含有鋼絲網絡，適于地板、船底板等較平整部位施工；T60型約束層中不含鋼絲網絡，適于較復雜曲面的施工，在阻尼性能上T54型略優于T60型。該涂料與多種面漆和底漆有很好的配套性，具有阻尼溫域寬、損耗因子高、阻燃、無毒、施工方便、可以厚涂、常溫固化和不污染環境等特點，適用于各類薄壁結構的減震降噪。該涂料具有良好的阻尼作用外，還具有重防腐功能。

5 結束語

阻尼材料與吸聲材料不同，它是一種主動降噪材料。其原理是將振動能轉化為熱能耗散掉，從而使產生噪聲的振動能量大大衰減，即從聲（振）源上有效地控制振動和噪聲。因此阻尼涂料主要用于這棟和噪聲的產生部位，如艦船的主、副機艙、舵機艙和螺旋槳上方對應部位。另外，將阻尼涂料與吸聲材料復合在一起使用，形成復合阻尼隔聲構件，具有減振、吸聲、隔聲的作用，適用于集控室、空調室、駕駛室、會議室、艇長室和住艙等部位。因此，阻尼涂料將會在艦艇、建筑等需要降噪、隔音的領域得到廣泛的應用。

參考文獻

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