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新型可喷涂液态阻尼材料的制备及其性能研究
苏 坤，李永岗，吴祥东，周莲洁
（青岛爱尔家佳新材料有限公司，山东 青岛 266100）
0 引言
随着汽车工业的飞速发展，车内噪声已成为决定车辆质量的重要因素，尤其在国际汽车界出台 NVH（噪声 Nosie、振动 Vibration、平稳 Harsness）标准以来，越来越多的汽车公司将汽车的 NVH 性能等同于安全性、燃油经济性和排放等性能，进行设计和控制。为了控制车内噪声，提高汽车的舒适性，各大汽车制造商除采取改进零部件构件、提高零部件加工精度和装配质量及强化车体强度来降低共振频率等措施主动降低车外噪声，从而减轻车内噪声外，还纷纷采用各种吸声、隔声、减振、密封等阻尼材料来降低车内噪声。目前，汽车工业常用的阻尼材料有：沥青类阻尼材料、橡胶类阻尼材料、阻尼涂料以及新型宽温域阻尼材料等[2]。沥青阻尼胶片作为一种常用的阻尼材料，其在汽车制造业中的应用已达 30 年之久。近年来随着汽车行业的快速发展，人们逐渐发现沥青阻尼胶片在使用过程中存在许多问题。
沥青胶片多为定型产品，这会占用大量汽车制造厂的仓库空间，而且阻尼胶片均采用人工贴合，其生产效率低，质量难以把控。又因为沥青胶片在成型过程中表面黏附有滑石粉等，导致其在施工过程中造成大量的粉尘污染，不利于施工人员的身体健康。除此之外，沥青胶片在实际使用过程中也存在一些问题，如冬季气温较低时，沥青胶片容易脆断，而夏季气温较高时，其又很容易发黏，这都会导致其阻尼效果的降低甚至完全失效。同时，研究表明沥青胶片在长期的使用过程中会缓慢释放出一些对人体有害的致癌物质，严重威胁人们的身体健康。基于此，人们迫切需要一种能够替代沥青阻尼胶片且绿色环保的阻尼材料。
液体可喷涂阻尼材料（LASD）作为一种新型的阻尼减振材料，被越来越多的汽车制造商所采用。与传统的沥青基阻尼材料相比，LASD 材料具有密度小、高阻尼、绿色环保、施工安全等一系列优点。本文详细研究了不同玻璃化转变温度（T g）的丙烯酸乳液对 LASD材料的影响，最终制备出一种高固体分、基本性能良好、阻尼性能优越的新型 LASD 材料。
1 试验部分
1 . 1 主要原料及仪器
丙烯酸乳液 A（保利佳），丙烯酸乳液 B（保利佳），丙烯酸乳液 C（巴德富），丙烯酸乳液 D（巴德富），性能数见表 1；丙二醇、触变剂、成膜助剂、基材润湿剂、防闪锈剂、分散剂、阻燃剂、消泡剂、色浆、重钙、石英粉、云母，均为市售。
6Du2-547 型高速分散机 ：德国 VMA-GETZMANN 公司；DHG-9240A 型电热恒温鼓风干燥箱：上海一恒科学仪器有限公司；Satorius Bs2000S 型电子天平：德国赛多利斯公司；Q800-DMA 型动态力学分析仪：美国 TA 公司。
1 . 2 L A S D 材料制备方法
LASD 材料基本配方见表 2。
LASD 材料制备工艺：开启搅拌，调整转速为 400r/min，依次加入乳液、成膜助剂、丙二醇、基材润湿剂、防腐杀菌剂、分散剂、阻燃剂、防闪锈剂、触变剂、分散剂、消泡剂、色浆；搅拌 5 min 后调整转速为 750 r/min，依次加入重钙、石英粉、云母，待各填料分散均匀后停止搅拌，制得 LASD 材料。改变乳液种类，分别制得A、B、C、D 样品。
将制得的 LASD 样品密封静置 24 h 后刮板，待涂膜完全固化（140 ℃ × 30 min）后进行性能测试。
1 . 3 分析测试方法
1）涂料外观：涂料密封静置 24 h 后打开容器，用调刀或搅棒搅拌，允许容器底部有沉淀，若经搅拌易于混合均匀，则评为“搅拌后均匀无硬块”。
2）稠度：使用稠度仪按 GB/T 1749 规定进行测试。
3）密度：按 GB/T 6750—2007《色漆和清漆 密度测定（比重瓶法）》规定进行测试。
4）固体分：按 GB/T 1725 规定进行测试。
5）耐热性：按 GB/T 1735 规定进行测试。
6）耐水性：按 GB/T 1733 规定进行测试，测试时间为 24 h。
7）耐冲击性：按 GB/T 1732 规定进行测试。
8）抗流挂性：将涂料在马口铁板上刮涂一定厚度（5 mm），在室温下垂直放置，观察涂膜是否出现流挂现象。
9）阻尼性能：将涂料烘烤成涂膜后，制成大约 20.0mm× 6.5 mm× 1.5 mm 的样条，用 DMAQ800 型动态力学分析仪测试其阻尼性能，测试模式为拉伸模式，温度范围为 -50 ~ 150 ℃ ，升温速率为 3 ℃ /min，测试频率为 1 Hz。
2 结果与讨论
2 . 1 不同乳液对 L A S D 材料阻尼性能的影响
阻尼材料作为一种高分子材料，黏弹性是其具有的显著特点。这种黏弹性能够使其在受到振动时将一部分振动能吸收，从而以“热”的形式释放出去，即所谓的力学损耗。在高分子材料学中，采用阻尼损耗因子来表征阻尼材料的阻尼性能。按照目前汽车制造厂规定，当材料的阻尼损耗因子大于 0.03 时，就可以认为其具有阻尼实用价值。采用 DMA 动态热机分析仪，详细研究了不同乳液制备的 LASD 材料的阻尼性能，其测试结果见图 1。
从图 1 可以看出，采用乳液 A、C 制备的 LASD 材料，其阻尼峰值较高（均在 0.3 左右），且在较大温度范围内阻尼损耗因子均大于 0.03，这说明采用这 2 种乳液制备的 LASD 材料具有优越的阻尼性能。但乳液 A与乳液 C 相比，乳液 A 制备的 LASD 材料具有较好的低温域阻尼性能，而乳液 C 制备的 LASD 材料具有较好的高温域阻尼性能，这是因为乳液 A 比乳液 C 的 T g低。乳液 A 与乳液 D 相比，乳液 D 所制备的 LASD 其低温下阻尼性能更佳，这是由于乳液 D 具有更低的 T g所引起的，但其阻尼峰值较低、阻尼温域较窄。
综上所述，对于长期在寒冷环境下行驶的车辆，其所用 LASD 材料宜选用 T g 较低的乳液 A 制备；而对于长期在高温环境下行驶的车辆，其所用 LASD 材料宜选用 T g 较高的乳液 C 制备。
2 . 2 不同乳液制备的 L A S D 材料基本性能
不同乳液制备的 LASD 材料基本性能见表 3。
从表 3 可以看出，所制得的 LASD 材料均具有优良的基本性能，其具有良好的涂料外观，固体分（均高于 82.5%）较高，是一款符合当今涂料市场需求的高固体分涂料产品。除此之外，该材料稠度较大，抗流挂性（一次性湿膜 5 mm 不流挂）极佳，这说明一次施工下该材料的涂膜更厚，而涂膜越厚其阻尼效果越好。涂膜物理性能测试结果表明：该 LASD 材料在 140 ℃ × 30min 条件下能够稳定成膜，且所得涂膜具有优异的耐热性、耐水性以及耐冲击性能。这说明采用该方法制备的 LASD 材料能够适应目前汽车厂的制造工艺，且该材料具有较高的实用价值，能够完全满足汽车用减振、降噪材料的需求。
3 结语
本次研究结果表明：采用合适的水性丙烯酸乳液，按照特定的加工工艺制得的高固体分 LASD 材料，其不仅具有优异的抗流挂、耐水、耐热、耐冲击性，同时还具有极佳的阻尼性能。除此之外，乳液的 T g 对 LASD材料的阻尼效果有重要影响。就本试验而言，采用乳液A 制备的 LASD 材料其在低温域内的阻尼性能更佳，采用乳液 C 制备的 LASD 材料更适合应用于在高温环境下行驶的汽车。
