减振复合材料
2020-01-07

减振复合材料

一种新颖的复合减振材料,该材料具有极强地减少机械振动的性能。该加强的减振性能是通过将高粘滞性减振流体裹夹在多孔材料空穴(如膨胀聚合物、毛毡、泡沫材料、织物、金属等)中而获得的。将流体裹夹在多孔骨架中可防止流动,而提供一稳定的复合材料,该复合材料可加工成有用的物品。这一结构可便于利用流体的高减振性能,这些流体在纯质状态下则太象流体而不适合于实际应用(实际情况是一般要求一种固体的稳定材料)。具有达到某些流体的减振性能的这种复合材料组合成一固体形式而具有稳定性,并且可用于多种需要减少机械系统的振动的应用情况下。这些应用场合包括(但不仅限于)减少使飞机、汽车、航天器、加工工具、运动器械、磁盘驱动部件和装置、如电子/电器部件、变压器、电缆等发出噪音或性能降低的振动。另外,这些复合材料可用于改变或调谐多种系统的力学响应以产生所需的冲击或振动响应。

时间温度叠加技术是众所周知的并且在文献中有记载。然而为了防止不清楚情况,以下将详细地描述该分析中所用的特定方法。该方法是根据这样的事实,即与聚合材料与频率有关的机械特性是用温度以一特殊形式度量的。具体地,产生材料动态特性的松弛过程在温度下降时明显减慢。所以当在某一频率条件下在外应变作用之下,在某一特定参照温度时的动态过程与在另一较低温度而较高频率条件下发生的情况具有特定的关系。假定对由温度变化产生的定量有适当的理解,则与一材料中动态特性有关依赖于高频的信息是可从低温条件下测得的低频动态特性中获得的。

图23示出参照温度为20℃的时间-温度标准曲线,用1号分析法获得,表明结合了钢制垫片的系统的有效tanδ,用1号试验法测量。图中示出由ePTFE和低克分子重量类型的氟-低聚物构成的复合材料的三条样品标准曲线,和市场买得到的丙烯酸共聚物材料的三条样品标准曲线。

图10示出了结合到诸如一飞机的运载器面板上的本发明材料。

切割复合材料的样品以便粘结到钢垫片,并且接下来采用1号试验方法进行3点弯曲试验。通过将非常少量的氟-低聚物加热到一液态可将样品粘到适当的钢垫片上,并且将一冷的样品放在热的低聚物层上。在冷却时,在样品和金属表面之间获得一良好的暂时粘结状态。以此方式制成三条钢垫片样品并按1号试验方法、在-10、0、10、20、30及40℃下进行试验。然后采用1号分析方法进行时间温度叠加分析以产生在20℃的参照温度下用于表示有效E″的3个样品标准曲线。作为参考,在从3M公司购得的商品名为ISD110的减振材料上进行一系列类似的测量。众所周知3M材料具有极好的减振特性。在温度为-10、0、10、20、30以及40℃的温度下对此材料的三条样品进行试验。此材料三条样品的时间温度叠加标准曲线是在20℃的参照温度下采用1号分析方法构成的。这些时间温度标准曲线示出在图18中,其中线58a、58b和58c示出了在此例作为减振样品的有效E″,以及线59a、59b和59c示出了3M材料的有效E″。

改进减振材料的另一种重要应用场合是控制加工操作过程中、诸如铣削或车削工作过程中所产生的机械震动。具体地,在任何工件或刀具夹具在切削力作用下经历显著变形的切削操作情况下,经常会发生震动,这种震动一般称为震颤。轻微的震颤会使表面不光洁并限制切削工具的使用寿命,而剧烈的震颤会导致工具、工件和夹具的立即损坏。固定到夹具、工具夹头、工件或加工系统其它部件上的减振材料可用来限制这些震动和作用。具体地,本发明材料可以多种物理形式使用、如固定到加工部件上的带条以用来减少震颤。图12示出了对钻杆上进行一约束层减振处理的实施例。钻杆(44)采用粘结层(47)固定到减振材料(45)和一同轴管状约束层(46)上。

图13示出了粘到一钢制垫片上的矩形样品以为系统的动态力学分析作准备。注意,这个系统是实际应用的典型代表,并且是通过确定这个系统中的减振情况构成应用于实际的真实情况的。还请注意,该样品是采用一些对系统响应有影响的粘结剂固定的。

图29示出参照温度为20℃时的时间-温度标准曲线,用1号分析法得到,表明纤维薄膜几何形状中的tanδ,用2号试验法测量。图中示出由ePTFE和环氧树脂构成的复合材料的三条样品标准曲线,和市场买得到的丙烯酸共聚物材料的三条样品标准曲线。

图5示出了本发明的减振材料的详细截面图,该减振材料在图30的装置中示出。

在室温下对此材料的稳定性进行长期检测(接近22℃)。发现在几个月的时间里低聚物未出现分离或流出现象。另外,当温度升高时(150℃)材料在一小时的时间里也是稳定的。未发现有分离现象或其它力学不稳定性。如藉由4号试验方法所确定的,可分析地确定平均力学下降位移为0.39毫米(2个同样样品的平均标准偏差为7.78×10-2毫米)。所以此复合材料对冷液流具有极高的力学稳定度和阻力。