水性阻尼涂料阻尼性能的研究

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     阻尼涂料是一種具有消音、隔聲、減振、隔熱等性能的特種涂料，可廣泛應(yīng)用于飛機、汽車、船舶和各種機械的減振降噪中。由于該種涂料黏度適中可直接噴涂于結(jié)構(gòu)表面，因此施工方便，尤其對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的表面，更能體現(xiàn)出它的優(yōu)越性。阻尼涂料作為一種功能性涂料，將向著高阻尼性能、寬溫域、智能化、精細(xì)化方向發(fā)展。本研究研制開發(fā)了一種吸振效率高、高阻尼溫度范圍寬、應(yīng)用領(lǐng)域廣、流平性好、穩(wěn)定性好、質(zhì)輕廉價的多功能水性阻尼涂料。

１．１　主要原料

    本研究制備的阻尼涂料選用三種改性后的聚丙烯酸類、聚醋酸乙烯酯類乳液為主要樹脂基料，其中乳液Ａ：Ｔｇ＝４５℃，北京東方亞科力化工科技有限公司；乳液Ｂ：Ｔｇ＝０℃，南通生達(dá)化工有限公司；乳液Ｃ：Ｔｇ＝－２０℃，北京東方石油化工有限公司有機化工廠；主要助劑有增稠劑，吉林省金輝物資有限公司；分散劑ＯＰ、干燥劑錳鹽，南通海石化工助劑有限公司；云母粉等填料，海城市金恒菱鎂有限公司。

１．２　基本配方

水性阻尼涂料的基本配方見表１，填料配方見表２。

１．３　性能檢測

１．３．１　測試涂層樣板的制作

       按ＧＢ／Ｔ�。保罚玻罚�１９９２《漆膜一般制備法》規(guī)定的方法，采用刮涂的方式在１００ｍｍ×５０ｍｍ 的鋼板上制備阻尼涂料的涂膜，干膜厚度為２．０ｍｍ±０．２ｍｍ，樣板在室溫下放置１５～３０ｍｉｎ，然后在６０±２℃條件下烘烤２ｈ，取出后在室溫下再放置２４ｈ后進(jìn)行試驗。

１．３．２　干燥時間的測定

       干燥時間的測定按照ＧＢ／Ｔ　１７２８－７９《漆膜、膩子膜干燥時間測定法》規(guī)定中的丙法（刀片法）進(jìn)行。

１．３．３　附著力的測定

       在涂裝鋼板上將涂料涂成長８０ ｍｍ、寬４０ｍｍ、厚度３～４ｍｍ 的形狀，表面刮平，加熱條件１００±２℃，１ｈ，取出，在標(biāo)準(zhǔn)條件下放置２４ｈ，用單面刀片在試片上切割兩條間距為５ｍｍ 的平行線，切割力要均勻、適度，使刀刃口在切割中正好穿透涂層而觸及底材，然后均勻地從底部剝離涂層，按照表３標(biāo)準(zhǔn)判定級別。

 

１．３．４　復(fù)合損耗因數(shù)的測定

       采用ＧＢ／Ｔ１６４０６—１９９６《聲學(xué)材料阻尼性能的彎曲共振測試方法》規(guī)定的方法Ｂ自由懸梁法進(jìn)行ηｃ的測定。

１．３．５　灰分的測定

     灰分按照ＧＢ／Ｔ　４４９８－１９９７《灰分的測定》規(guī)定進(jìn)行測試，將已稱量試樣放入坩堝中，在程序控溫電爐上加熱，設(shè)置升溫程序，加熱至含碳物質(zhì)全部燒盡，并達(dá)到質(zhì)量恒定，計算灰分含量。

２．１　乳液種類對涂料性能的影響

    水性阻尼涂料通常以乳液為樹脂基料，但由于單一的乳液阻尼溫度范圍窄，無法滿足涂料實際應(yīng)用的溫度范圍，因此本研究選用三種乳液，做適當(dāng)?shù)暮Y選和匹配，以獲得阻尼溫域較寬、實用性強的阻尼涂料。對復(fù)合材料的阻尼性能多數(shù)以復(fù)合損耗因數(shù)ηｃ

表示，復(fù)合損耗因數(shù)越大，阻尼溫域越寬，則材料具有更好的阻尼性能。圖１為單種乳液的ηｃ～Ｔ圖，圖２為按一定比例共混的復(fù)合膠乳的ηｃ～Ｔ 圖。考慮到涂料的附著力、黏度等使用性能，最終確定復(fù)合膠乳的配比為膠乳Ａ∶膠乳Ｂ∶膠乳Ｃ＝１∶２∶１，可確保該涂料在－３０～４０℃的實際使用溫下具有良好的阻尼性能。

 

２．２　增稠劑對涂料性能的影響

     水性阻尼涂料施工方便，有良好的儲存穩(wěn)定性和優(yōu)良的表觀效果，在很大程度上取決于增稠劑的選擇。作者選取幾種常用的增稠劑，與本研究所用的復(fù)合增稠劑比較，對阻尼涂料性能的影響（見表４）。

 

    聚氨酯類增稠劑兼具疏水基團和親水基團，可增強涂料的耐水性、流平性、穩(wěn)定性，但耐酸性試驗證明其在ｐＨ＝４的鹽酸溶液中穩(wěn)定性不是最好；纖維素類增稠劑通過疏水主鏈與水分子締合成氫鍵，增強了涂料的粘結(jié)穩(wěn)定性，但儲存穩(wěn)定性有所下降，考慮原因可能是受天然高分子降解的影響；無機增稠劑如蒙脫土、膨潤土等具有穩(wěn)定性更好的優(yōu)點，但涂膜后流平性較差，涂料表面不平整。ＲＭ－８００是一種低氣味、不含溶劑的水性非離子締合型流變改性劑，與無機增稠劑復(fù)合使用，可得到極佳的流動和流平性、均勻的成膜性能、光澤展現(xiàn)性和高增稠效率。而且低氣味、低ＶＯＣ的非溶劑設(shè)計無污染，也可用于其它涂料。

 

２．３　云母粉粒徑的影響

   云母粉是阻尼涂料常用的填料之一，當(dāng)云母粉與高分子材料配制成膜，遇到振動云母粉的片狀結(jié)構(gòu)致使其會沿著振動方向垂直的方向運動，運動過程力學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，從而起到阻尼減振的作用。　云母粉粒徑的大小對阻尼涂料起的作用不同，隨著云母粉粒徑的減小，損耗因數(shù)ηｃ值會不斷提高，玻璃化轉(zhuǎn)變溫域相對變窄；隨著云母粉粒徑的逐漸增大，涂料的阻尼峰值會相應(yīng)下降，但阻尼溫域會變寬。不同粒徑的云母粉對阻尼性能的影響見圖３。

　　由圖３可知，考慮涂料的阻尼性能和實際使用溫域，本研究采用粒徑大小不同的兩種云母粉填料，由于粒徑較小的云母粉在涂料中分散較緊密，產(chǎn)生摩擦幾率較大，阻尼效果較明顯，故應(yīng)適當(dāng)增加粒徑較小的６００目云母粉的比例，采用６００目與１００目比例為２∶１的混合云母粉，綜合效果較好。

       本文的研究可以得到結(jié)論。

    （１）選用復(fù)合乳液作為阻尼涂料的樹脂基材，在涂料的附著力、穩(wěn)定性及阻尼性能都比單一乳液效果好，當(dāng)乳液Ａ∶乳液Ｂ∶乳液Ｃ＝１∶２∶１時，涂料的阻尼溫域?qū)�，－２０℃時復(fù)合損耗因數(shù)為０．０８，２０℃時復(fù)合損耗因數(shù)為０．３６，５０℃時復(fù)合損耗因數(shù)為０．１８，阻尼性能優(yōu)良，可廣泛用于交通運輸領(lǐng)域。

       （２）選用有效的增稠劑可改善涂料外觀，提高涂膜的流平性、儲存穩(wěn)定性，便于施工。

      （３）選用不同粒徑的云母粉作填料，既能拓寬涂料的阻尼溫域又能增強涂料的阻尼性能，我們選用６００目∶１００目為２∶１的混合云母粉取得了很好的阻尼效果。