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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(jī)、汽車(chē)、船舶和各種機(jī)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(duì)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(kāi)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(jià)的多功能水性阻尼涂料。
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(jī)、汽車(chē)、船舶和各種機(jī)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(duì)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(kāi)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(jià)的多功能水性阻尼涂料。
1 實(shí)驗(yàn)部分
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(lèi)、聚醋酸乙烯酯類(lèi)乳液為主要樹(shù)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(jī)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(jiàn)表1,填料配方見(jiàn)表2。
1.3 性能檢測(cè)
1.3.1 測(cè)試涂層樣板的制作
按GB/T。保罚玻罚保梗梗病镀崮ひ话阒苽浞ā芬(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(yàn)。
1.3.2 干燥時(shí)間的測(cè)定
干燥時(shí)間的測(cè)定按照GB/T 1728-79《漆膜、膩?zhàn)幽じ稍飼r(shí)間測(cè)定法》規(guī)定中的丙法(刀片法)進(jìn)行。
1.3.3 附著力的測(cè)定
在涂裝鋼板上將涂料涂成長(zhǎng)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(jí)別。
1.3.4 復(fù)合損耗因數(shù)的測(cè)定
采用GB/T16406—1996《聲學(xué)材料阻尼性能的彎曲共振測(cè)試方法》規(guī)定的方法B自由懸梁法進(jìn)行ηc的測(cè)定。
1.3.5 灰分的測(cè)定
灰分按照GB/T 4498-1997《灰分的測(cè)定》規(guī)定進(jìn)行測(cè)試,將已稱(chēng)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(jì)算灰分含量。
2 結(jié)果與討論
2.1 乳液種類(lèi)對(duì)涂料性能的影響
水性阻尼涂料通常以乳液為樹(shù)脂基料,但由于單一的乳液阻尼溫度范圍窄,無(wú)法滿足涂料實(shí)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(shí)用性強(qiáng)的阻尼涂料。對(duì)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(shí)際使用溫下具有良好的阻尼性能。
2.2 增稠劑對(duì)涂料性能的影響
水性阻尼涂料施工方便,有良好的儲(chǔ)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(duì)阻尼涂料性能的影響(見(jiàn)表4)。
聚氨酯類(lèi)增稠劑兼具疏水基團(tuán)和親水基團(tuán),可增強(qiáng)涂料的耐水性、流平性、穩(wěn)定性,但耐酸性試驗(yàn)證明其在pH=4的鹽酸溶液中穩(wěn)定性不是最好;纖維素類(lèi)增稠劑通過(guò)疏水主鏈與水分子締合成氫鍵,增強(qiáng)了涂料的粘結(jié)穩(wěn)定性,但儲(chǔ)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(wú)機(jī)增稠劑如蒙脫土、膨潤(rùn)土等具有穩(wěn)定性更好的優(yōu)點(diǎn),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(wú)機(jī)增稠劑復(fù)合使用,可得到極佳的流動(dòng)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(jì)無(wú)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(dòng)云母粉的片狀結(jié)構(gòu)致使其會(huì)沿著振動(dòng)方向垂直的方向運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)過(guò)程力學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能,從而起到阻尼減振的作用!≡颇阜哿降拇笮(duì)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(huì)不斷提高,玻璃化轉(zhuǎn)變溫域相對(duì)變窄;隨著云母粉粒徑的逐漸增大,涂料的阻尼峰值會(huì)相應(yīng)下降,但阻尼溫域會(huì)變寬。不同粒徑的云母粉對(duì)阻尼性能的影響見(jiàn)圖3。
由圖3可知,考慮涂料的阻尼性能和實(shí)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。
3 結(jié)論
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(shù)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(shí),涂料的阻尼溫域?qū),-20℃時(shí)復(fù)合損耗因數(shù)為0.08,20℃時(shí)復(fù)合損耗因數(shù)為0.36,50℃時(shí)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(yùn)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(chǔ)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(qiáng)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。