高分子基阻尼涂料的研究进展

摘 要 阻尼涂料由高分子树脂加入适量的填料以及辅助材料配制而成，是一种可涂覆在各种金属板状结构表面上，具有吸收机械能、减少振动和噪音的特种涂料。同时，它也是当前国内外航空、船舶、汽车以及其它机械设备振动与噪声控制的重要材料之一。

关键词 高分子 互穿聚合物网络 阻尼 涂料

中图分类号：TQ317 文献标识码：A

0 前言

阻尼涂料是能吸收机械功，减弱振动，降低噪声的涂料。阻尼涂料是当前国内外航空、船舶、汽车以及其它机械设备振动与噪声控制的重要材料之一。阻尼涂料能够把振动机械能转化为热能或其它形式的能量耗散掉从而提高了振动衰减率。作为一种新型的阻尼材料，其因具有制造工艺简单、施工方便、性能优异等特点，发展极为迅速。早期的阻尼涂料一般为溶剂型涂料，不仅阻尼性能差，而且存在易燃易爆、使用不安全、污染环境等问题。水性涂料虽然解决了污染和易燃易爆等问题，但存在干燥时间长、厚涂困难的缺点。在气温较低或者湿度较大的情况下，该涂料的施工受到限制。青岛海洋化工研究院先后成功研制了无溶剂阻燃型ZHY-171、T54/T60系列阻尼涂料。其中T54/T60舰船用阻尼涂料克服了以往舰船用阻尼材料在阻尼性、工艺性和实用性方面的诸多不足，成为综合性能最好的阻尼材料之一。

1 高分子阻尼涂料的类型及原理

阻尼涂料的涂层形式包括自由阻尼和约束阻尼两种。自由阻尼结构简单、施工方便，是早起常用的一种阻尼手段。约束阻尼其涂层为两层结构，其阻尼性能优于自由阻尼，在现代的减振降噪工程中得到了普遍的应用。

阻尼涂料是由具有一定玻璃花温度的高聚物、填料、增塑剂、溶剂等配制而成。阻尼涂料使用的高聚物材料要求其自身的损耗因子（tan%]）要高，同时要求其与钢板（或铝板）的复合损耗因子（%`）也要高，无溶剂聚氨酯、氯丁橡胶、核壳结构的聚丙烯酸酯乳胶、具有IPN结构的聚氨酯/聚丙烯酸酯等都是阻尼涂料常用的成膜物质，这些高聚物的分子链都较长，当它收到拉伸或压缩作用而发生变化时，分子链中结构发生弛豫会吸收消耗一部分机械能，因此显示出很优良的阻尼性能。

在阻尼涂料中添加适当的片状填料可以增加填料层间聚合物的剪切形变，有助于提高阻尼性能，如在聚氨酯中添加120目的片状云母粉对提高阻尼效果就很明显，但加入片状石墨、蛭石等效果就不如云母的阻尼性能理想。

另外，在约束阻尼结构中增加阻尼涂层与基材的厚度比和约束层模量可以显著提高复合结构的阻尼性能。

2 互穿聚合物网络涂料

互穿聚合物网络（IPN）阻尼涂料是近几年发展起来的性能良好的阻尼涂料。这种涂料时由两种或两种以上的聚合物通过网络互穿缠结二形成的一种新型共混合或聚合物合金，由于各聚合物网络之间的相互交叉渗透、机械缠结有效改变了各组分间的相容性，令各组分链段运动有协同效应。在玻璃化转变温度（Tg）上，两组分聚合物Tg相互靠拢，改变了组分各自的动态力学性能，起着强迫互容和协同效应的作用。

一种具有IPN结构的阻尼涂料的配比举例如下：UP/PMMA=80/20，NCO/OH=1.5，丙酮为溶剂，添加一定量的云母为填料组分，其tan%]在一定温度范围内峰值可接近0.8，表现出较好的阻尼性。

3 国内部分互穿聚合物网络阻尼涂料研究情况

1990年李玉玮等采用同步法，制备出一系列聚氨酯/环氧树脂阻尼涂料。研究指出，用聚乙二醇（PEG），端羟基己二酸乙二醇酯（PES）合成的互穿聚合物网络涂料，阻尼性能能远好于蓖麻油（聚氨酯）制备的涂料。1990年后，众多研究者指出，环氧树脂种类对胡床聚合物网络影响很大，双酚A型环氧树脂可与聚氨酯形成阻尼性能好的互穿聚合物网络涂料。

1995年以后，聚氨酯与乙烯基聚合物可形成多种互穿聚合物网络。如聚氨酯/聚苯乙烯（PS）互穿聚合物网络。乙烯基单体有很多种，可选择不同软硬单体制得多种Tg的互穿聚合物网络。由于互穿聚合物网络制备时，聚氨酯为逐步聚合，乙烯基为自由基聚合，相互干扰少，可制备出很好的互穿聚合物网络阻尼涂料。

2000年秦东奇等制备出宽温域（100～110℃）聚氨酯/聚甲基丙烯酸甲酯（PU/PMMA）互穿聚合物网络阻尼涂料。研究指出，加入填料可加宽温域，提高阻尼效果。同年，唐冬燕等对聚醚氨酯/聚甲基丙烯酸甲酯互穿聚合物网络阻尼性能进行研究。指出随-NCO/-OH比例的减小，聚氨酯网络的完善程度增大，材料的混容性增加，二者共同作用令阻尼效果良好；当聚氨酯与聚甲基丙烯酸甲酯组分比例为60：40时，互穿聚合物网络阻尼性能较好，其Tg范围为-10～50℃。2004年李文安、刘秉智利用二步合成法制备出聚氨酯/聚甲基丙烯酸甲酯互穿聚合物网络阻尼涂料，指出当（PU）/（PMMA）=4和（-NCO）/（-OH）=1.5时，用丙酮做溶剂，同时添加一定量的石墨或云母粉，成膜力好，且阻尼性能强。

4 T54/T60阻尼涂料性能

T54/T60阻尼涂料采用约束阻尼结构，它由T54和T60两种型号组成。二者在阻尼层上是相同的，均为无溶剂双组分环氧树脂涂料，其中T54型约束层中含有钢丝网络，适于地板、船底板等较平整部位施工；T60型约束层中不含钢丝网络，适于较复杂曲面的施工，在阻尼性能上T54型略优于T60型。该涂料与多种面漆和底漆有很好的配套性，具有阻尼温域宽、损耗因子高、阻燃、无毒、施工方便、可以厚涂、常温固化和不污染环境等特点，适用于各类薄壁结构的减震降噪。该涂料具有良好的阻尼作用外，还具有重防腐功能。

5 结束语

阻尼材料与吸声材料不同，它是一种主动降噪材料。其原理是将振动能转化为热能耗散掉，从而使产生噪声的振动能量大大衰减，即从声（振）源上有效地控制振动和噪声。因此阻尼涂料主要用于这栋和噪声的产生部位，如舰船的主、副机舱、舵机舱和螺旋桨上方对应部位。另外，将阻尼涂料与吸声材料复合在一起使用，形成复合阻尼隔声构件，具有减振、吸声、隔声的作用，适用于集控室、空调室、驾驶室、会议室、艇长室和住舱等部位。因此，阻尼涂料将会在舰艇、建筑等需要降噪、隔音的领域得到广泛的应用。

参考文献

[1] 李丽等.涂料生产与涂装工艺.化学工业出版社，2007.

[2] 汪国平.船舶涂料与涂装技术.化学工业出版社，2006：140-143.

[3] 胡传炘.特种功能涂层.北京工业大学出版社，2009：549-553.

[4] 李文安，刘秉智.PU/PMMA互穿聚合物网络阻尼涂料的研究.渭南师范学院学报，2004.19（2）：44-46.