水性阻尼涂料阻尼性能影响因素研究

水性阻尼涂料阻尼性能影响因素研究

赵成文郭焱王桂刚李永岗

青岛爱尔家佳新材料有限公司山东青岛266071

摘要：本文以自由阻尼结构为基础，考察了涂料组成和涂层结构对其水性阻尼涂料阻尼性能的影响。并在此基础上研究了约束阻尼层阻尼性能的影响因素。关键词：水性阻尼涂料；复合损耗因子；IPN

Abstract:In this paper,based on free damped structure,the effects of the coating composition and coating structure affect it’s the water damping paint damping performance.On this basis study the constrained damping layer damping performance influencing factors.

Key words:damping waterborne coatings;composite loss factor;IPN

中图分类号：TQ630.7+1文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

一、前言

噪声污染时主要的环境污染源之一，因此噪声治理受到普遍重视。阻尼涂料特别是水性阻尼涂料，不但具有良好传统阻尼涂料的阻尼性能以及施工方便等优点，而且由于其以水作为分散介质，有机溶剂含量很少，复合国家环保产业政策的要求，得到了越来越多的重视。

阻尼涂料应用时一般是涂覆于底材之上构成自由阻尼和约束阻尼两种结构形式应用的。自由阻尼具有结构简单、施工方便等优点，约束阻尼是在自由阻尼的基础上做出的改进，其阻尼性能大大优于自由阻尼。在现代的减震降噪工程中得到了普遍应用，但有关影响其阻尼性能的系统研究较少，有文献[1]曾对一般的油性阻尼涂料的阻尼性能做了简要的分析研究，但由于水性体系与油性体系存在很大差别，其对涂层性能上的影响也会存在不同之处。本文以自由阻尼结构为基础，考察了涂料组成、涂层结构及外界环境对其阻尼性能的影响。

二、实验部分

1、原料

本实验所用到的原料见表1

表1主要原料

名称说明

丙烯酸IPN乳液陶氏化学生产纯弹性丙乳液陶氏化学生产

云母粉40目180目

片状玻璃粉180目

片状蛭石粉180目

氢氧化铝325目

木质纤维由北京绿创科技有限公司提供

水自制

其他试剂①均为涂料生产当中常见试剂注：①包括流平剂、消泡剂、防霉剂、润湿分散剂、阻燃剂、成膜助剂等。

2、试样制备

在200m m×20mm的不同厚度的钢板上经表面处理涂覆一定厚度的阻尼层，待涂层完全干燥后即可进行阻尼性能测试。

3、复合损耗因子测试方法

采用自由梁弯曲共振法，测量设备和条件按照GB/T16406-1996进行。

三、实验结果分析

1、基料种类对阻尼性能的影响

从目前国内外对于水性阻尼涂料的研究和应用来看，以丙烯酸类乳液作为基料所制备的阻尼涂料的性能最好，本实验结合我公司自主开发的系列水性阻尼涂料来阐述不同乳液组合对阻尼效果的影响。通过大量的实验研究分析发现以具有核壳结构的丙烯酸IPN乳液和纯丙弹性乳液作为基料，制备出来的水性阻尼涂料阻尼性能较好，但是两种乳液之间存在一个最佳配比。

阻尼层中的基料组成不同，复合涂层的阻尼性能差异很大，其中采用45%丙烯酸酯IPN乳液配合55%的纯丙弹性乳液效果最好制备的涂层阻尼效果最好。

2、填料种类对阻尼性能的影响

这里主要考察几种片状填料对阻尼性能的影响，由表3可以看出：在水性阻尼涂料中，片状云母粉可显著提高涂层的阻尼性能。这可能是因为增加了填料层间聚合物的聚切形变，从而提高了阻尼性能。但并非所有片状填料都能提高阻尼

性能，其中片状的石墨、蛭石和玻璃粉使阻尼性能有所下降，这可能与片状填料在涂层中的分布有关，其中玻璃片最差。有学者认为这可能因玻璃粉其比重较大，大部分沉积于涂层底部，造成局部颜基比过高，降低了阻尼性能。但是有文献[2]曾经报道，在阻尼涂料中添加片状锌粉也能使涂层具有良好的阻尼效果，而锌粉的比重大于玻璃粉。据此笔者认为，填料对涂层阻尼性能的影响不但与其在涂层中的分布情况有关，还跟填料与基料之间的粘结强度有关，这还需要做进一步的研究。

3、颜基比对阻尼性能的影响

阻尼层采用颜基比为0.3—0.4时，涂层的阻尼性能最好，过低或过高的颜基比都会对涂层的阻尼性能产生不利影响。这是因为当颜基比过低时，振动时主要依靠高分子链之间的内摩擦将振动机械能转化为热能损耗出去，而分子内摩擦损耗能量的能力有限，所以复合损耗因子不高。当颜基比过高时，会提高阻尼层的模量，使阻尼性能受到影响。涂层将机械能换转为热能的方式主要有以下三种：高分子链之间的内摩擦、高分子链与颜填料之间的摩擦以及颜填料之间的摩擦。其中高分子链与颜填料之间的摩擦为主要损耗方式，这可能是由于涂层中的片层填料与基料形成若干微小的约束阻尼结构所引起的。当颜基比为0.3—0.4时，这三种方式协同作用，产生的损耗效果最好。

4、涂层与底材厚度比（δ）对阻尼性能的影响

涂层与底材的厚度比对复合损耗因子的影响十分显著，阻尼效果随δ的增加而明显提高。

5、约束阻尼结构对阻尼性能的影响

约束阻尼结构对阻尼性能的影响主要分为两种情况，一是约束层与阻尼层厚度比（C/D）对阻尼性能的影响；二是约束层模量对阻尼性能的影响。当约束层与底材厚度比越接近1:1，涂层的阻尼性能越好。随着约束层模量的增加，阻尼效果明显提高。

四、结论

1、阻尼层应选择适当的基料以及合适的颜基比；并非所有片状材料都能提高阻

尼性能，片状云母粉效果最好。

2、增加涂层与底材的厚度比δ和约束层模量可显著提高复合结构的阻尼性能；