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云母粉在阻尼涂料中的应用

文章来源:https://www.hayondpowder.cn 发布时间:2020-01-09 浏览次数:334

01阻尼及阻尼材料

1、阻尼:阻尼是指阻碍物体的相对运动、并把运动能量转化为热能或其他可以耗散能量的一种作用。

阻尼的作用主要有以下五个方面:

1)减少机械结构的共振振幅,避免结构因震动应力达到极限造成机构破坏;

2)机械系统受到瞬时冲击后,很快恢复到稳定状态;

3)减少因机械振动产生的声辐射,降低机械性噪声;

4)提高各类机床、仪器等的加工精度、测量精度和工作精度;

5)降低结构传递振动的能力。

2、阻尼材料

阻尼材料,是将固体机械振动能转变为热能而耗散的材料,主要用于振动和噪声控制。阻尼材料的阻尼性能可根据它耗散振动能的能力来衡量,评价阻尼大小的标准是阻尼系数。评价阻尼材料质量优劣主要指标是:阻尼系数,气味,VOC,阻燃性,附着力,柔韧性,烘烤流淌,灼烧残留物等。

3、阻尼材料的应用

1)汽车工业中,阻尼材料增强了汽车的密闭性,降低振动,减少噪音,提高了轿车的舒适性;

2)建筑工程中,阻尼材料一方面可以降低风振带来的危害,另一方面可以使建筑物的固有周期与地震周期发生偏移,从而将这些自然危害降低到最小,保证了人们的生命财产安全;

3)机械工业中,阻尼材料可以最大限度地降低机械噪声和减轻机械振动,使其平稳、安静地运转、提高工作效率、延长设备的使用寿命;

4)现代航天、航空工业中,阻尼材料主要用于制造火箭、导弹、喷气机等控制盘或陀螺仪的外壳,提高卫星、航天飞船发回信息的准确性和导弹命中的精确性,目前已被广泛应用于航天仪表中;

5)造船领域中,阻尼材料用于制造推进器、传动部件和舱室隔板,有效地降低了来自于机械零件啮合过程中表面碰撞产生的振动和噪声。

02水基阻尼涂料

1、产品研发背景

水基阻尼涂料,是一种发挥减振降噪功能的水性环保涂料。该涂料主要由核壳结构的丙烯酸IPN乳液、阻尼颜填料、阻燃剂、功能性助剂等组成。早期使用的阻尼材料主要为煤焦油沥青、聚氨酯等添加特定的填料而制成,含有大量的VOC,产生环境污染,影响施工及使用人员的身体健康。

水基阻尼涂料在海外已经有20 多年历史,在高铁、地铁车厢、汽车上具有非常广泛的使用。目前国内正迎来阻尼材料向水性化调整的变革期。

2、水基阻尼涂料与阻尼垫片相比,具有以下优势:

1)可直接喷涂在设备或设施的表面;

2)施工方便、粘结强度高;

3)绿色、环保、施工安全。

3、优良的阻尼涂料,应满足三个条件:

1)在使用温度和频率范围内,损耗因子tanδ峰值要比较高;

2)损耗因子的峰值要宽,以保证阻尼材料在较大温度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)具有多功能性,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。

4、水基阻尼涂料配方设计

基料:45%--50%

丙烯酸IPN乳液(互穿网络核壳结构,强迫互容,界面互穿,宽温域阻尼性能)备注: 主要有纯丙和苯丙两种乳液。乳液的选择对于阻尼材料起至关重要的作用,考虑到不同应用的温域范围,可以通过选择不同Tg的乳液,通过调节几种乳液之间的比例来达到最终要求。可使用Fox方程进行计算

颜填料:45%--50%

云母粉:提高阻尼因子;

碳酸钙:作为主要的填料,调节密度和降低成本;

石墨:用来调节阻尼系数和体系的颜色。

水:5%--10% 提供分散环境,调节体系粘度;

助剂:分散剂/消泡剂/增稠剂,1%--2%,用来调节粘度和触变性;

阻燃剂:氢氧化铝等 5%--10%

纤维:0.5%--1% 防止涂抹干燥过程中由于内应力较大产生开裂现象。玻璃纤维和聚丙烯合成纤维抗裂,其中后者具有较好的柔韧性和耐磨性。有研究表明选用4mm的纤维对施工及抗裂性能帮助最佳。

5、水基阻尼涂料的应用

添加填料可以有效地扩大阻尼温域,片状云母是最常用,最有效的填料。当振动或噪声辐射时,片状云母粉会沿着振动和噪声传播的垂直方向运动,与其周边的乳液高分子链,云母粉以及其他填料之间产生摩擦,快速将机械能转化成热能,从而起到阻尼减振作用。

03云母在水基阻尼涂料中的作用

1、云母粒径大小对阻尼性能影响的原因分析:

粒径大的云母粉在阻尼涂料中分散较容易,片层滑移更容易,在较低温度条件下就开始滑动。表现出较好的低温阻尼性能。微粒小的云母粉相对在涂料中分散更加紧密,片层滑动更加困难,所以在较高的温度开始滑动,然而小粒径云母片层滑动起来产生的作用力更大,所以在转变峰的损耗因子要高。

2、云母用量大小对阻尼性能影响:

玻璃化转变温度取决于云母的粒径和用量是否有利于分子链段的运动:有利于运动,玻璃化温度上升较小。不利于运动,玻璃化温度上升较大;

无机填料的阻尼性能受温度的影响不如高分子树脂的阻尼性能影响敏感,随着云母用量增加,在高温段涂料的阻尼因子对温度不敏感。

3、云母在阻尼涂料中的卖点

阻尼减震,隔音降噪,拓宽阻尼材料使用温域;

韧性佳、机械强度高,提高阻尼材料的弹性模量和硬度;

耐候、耐酸碱、耐盐雾,提高阻尼材料的防腐蚀性能;

粘土矿物特性,相容性好,提高水性阻尼材料的储存稳定性。

04云母应用注意事项

(1)云母的总体用量为10%--30%之间,具体视阻尼因子大小需要;

(2)外观需要(附着力和是否开裂);

(3)成本考虑;

(4)施工时使用的喷枪口径(1mm3mm)。

建议使用方法:粗粒径与细粒径云母搭配使用(1:2)(粗粒径:拓展温域及低温表现。细粒径:增加峰值及高温表现)

云母的种类、粒度、径厚比和温度对阻尼材料和阻尼性能重要的影响:径厚比大,温度高,阻尼贡献最大。粒径方面,除阻尼性能影响外,细粒径云母由于小口径喷枪施工,材料外观相对光滑,但对阻尼的整体贡献小于粗粒径云母。

05常见问题

(1)阻尼涂料的开裂:

细粒径云母,在宏观的拉伸、抗龟裂方面性能有所不足,同时由于颗粒较小,填充的密实度高,颗粒之间互相搭接,形成致密云母层隔离,对阻尼材料在烘烤环节的水分挥发起阻隔作用,水汽在高温下会强行往外挥发。造成材料表面膨胀、开裂。

(2)解决办法:

粗细搭配使用;单独使用细粒径相对减少其用量;选取相对粗粒径云母。

对于用于汽车的高温烘烤阻尼来说,云母的加入可以提高阻尼性能,但是由于其蓬松性,会使得膨胀系数增大,吸水率升高,因此必须考虑其用量。

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