一种具有双层空心结构的摩擦阻尼减振材料、制备方法及其应用

本发明涉及复合材料减振，特别涉及一种具有双层空心结构的摩擦阻尼减振材料、制备方法及其应用。

背景技术：

1、随着技术的发展，现代工程系统越来越依赖于高效的振动控制以确保其性能、可靠性和寿命。例如，航空航天领域需要材料能够有效减少飞行器在高速飞行时产生的振动，从而提高飞行安全性和乘客的舒适性。在汽车工业中，减振材料可以显著降低车辆在高速行驶时产生的噪音和震动，提升驾驶体验和乘坐舒适性。

2、复合材料由于其轻质高强性能，逐渐被大量应用于航空航天、航海及交通运输领域。在航空航天领域，飞机结构需要面对高速飞行和复杂空气动力学环境带来的振动和冲击负载。复合材料以其高强度、低密度和优异的振动控制特性，成为减少结构重量、提高飞行器性能和乘客舒适度的理想选择。在航海领域复合材料由于其轻质和耐腐蚀性能，可减轻船体重量并保护船体免于海洋湿热环境腐蚀。在交通运输领域，复合材料能有效减少引擎和路面震动对汽车车内乘客的影响，提升驾驶舒适性和安全性。

3、提高复合材料的阻尼性能，可在复合材料中添加碳纳米管、石墨烯等微纳米尺寸的填料，增加树脂与纳米填料之间的接触面积，增加振动过程中机械波的界面摩擦效果。

4、双层空心结构，是由中间空心的区域层和包裹中间空心层的外层组成，形成双层空心结构，两层之间存在间隙。由于其独特的双层空心结构，相比于同尺寸的实心和单层空心球，当振动机械波穿过外层进入中间空心层，首先在中间空心层区域发生机械波的散射和衍射耗能，然后机械波引起中间空心球与外层空心球之间的界面摩擦耗能，机械波进一步在层与层之间形成多次散射，引起外层空心球与复合材料界面的摩擦耗能。

5、基于上述描述，双层空心结构可有效增加复合材料的界面摩擦耗能效果，提高复合材料的摩擦阻尼性能，提高复合材料的减振性能。可为解决高端精密仪器减振控制，提供切实有效的解决办法，即保证了原本结构的轻质高强特性，又增加了其阻尼减振性能。

技术实现思路

1、本发明提供一种具有双层空心结构的摩擦阻尼减振材料、制备方法及其应用，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、一种具有双层空心结构的摩擦阻尼减振材料的制备方法，制备方法具体包括以下步骤：

3、s1、制备实心双层二氧化硅球：

4、将无水乙醇、氨水和去离子水在玻璃烧杯中混合搅拌15min，得到碱性乙醇/水混合溶液，然后向上述溶液中依次快速加入硅酸四丁酯、间苯二酚和甲醛，并继续密封搅拌一段时间得到以二氧化硅为核，碳化物为壳的微球溶液，接着再向溶液中二次加入硅酸四丁酯，继续搅拌一段时间，随后将该溶液加入反应釜反应一段时间，最后用乙醇溶液和去离子水反复洗涤干燥得到实心双层二氧化硅球；

5、s2、制备双层空心碳球：

6、将步骤s1中得到的实心双层二氧化硅球，在惰性气体中碳化，得到碳化实心双层二氧化硅球，然后再用氢氟酸刻蚀sio2得到双层空心碳球溶液，最后去离子水洗涤干燥得到双层空心碳球；

7、s3、制备具有双层空心球结构的复合材料：

8、将步骤s2中制备的双层空心碳球与硅烷偶联剂溶液反应，然后真空抽滤干燥，接着将双层空心碳球分散在有机溶液中，最后将双层空心碳球有机溶液与复合材料树脂混合搅拌，静置干燥得到具有双层空心结构的摩擦阻尼减振材料。

9、进一步的，所述步骤s1中甲醛、硅酸四丁酯、去离子水、氨水和无水乙醇之间的体积比为1:(3-7):(11-26):(3-8):(83-187)，所述步骤s1中间苯二酚与去离子水之间的质量比为1:(20-35)。

10、进一步的，所述步骤s1中向溶液中加入硅酸四丁酯、间苯二酚和甲醛后密封搅拌的时间为6-10h，所述步骤s1中二次加入硅酸四丁酯继续搅拌的时间为24-30h，所述步骤s1中溶液在反应釜中反应的时间为12-24h，反应温度为180℃。

11、进一步的，所述步骤s2中惰性气体为氮气或氩气，碳化温度500～700℃。

12、进一步的，所述步骤s2中氢氟酸刻蚀sio2的步骤为：

13、将碳化实心双层二氧化硅球先静置刻蚀6h，然后超声刻蚀2h。

14、进一步的，所述步骤s3中的双层空心碳球分散的有机溶液为乙醇或丙酮溶液。

15、进一步的，所述步骤s3中复合材料树脂为纯树脂类复合材料或者是纤维增强树脂基复合材料。

16、一种具有双层空心结构的摩擦阻尼减振材料，通过上述具有双层空心结构的摩擦阻尼减振材料的制备方法制备得到。

17、如上述制备方法制备出的具有双层空心结构的摩擦阻尼减振材料的应用，该具有双层空心结构的摩擦阻尼减振材料应用于工业减振材料中。

18、本发明的优点和有益效果在于：

19、本发明通过在溶液中合成sio2@cp@sio2@cp，然后通过碳化得到sio2@c@sio2@c，最后通过氢氟酸的蚀刻得到了c@c，将c@c与树脂材料进行复合，通过中间空心层区域发生机械波的散射和衍射耗能，然后机械波引起中间空心球与外层空心球之间的界面摩擦耗能，机械波进一步在层与层之间形成多次散射，引起外层空心球与复合材料界面的摩擦耗能，增加复合材料的界面摩擦耗能效果，提高复合材料的减振性能。可为解决高端精密仪器减振控制，提供切实有效的解决办法，即保证了原本结构的轻质高强特性，又增加了其阻尼减振性能。

技术特征：

1.一种具有双层空心结构的摩擦阻尼减振材料的制备方法，其特征在于，制备方法具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的具有双层空心结构的摩擦阻尼减振材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中甲醛、硅酸四丁酯、去离子水、氨水和无水乙醇之间的体积比为1:(3-7):(11-26):(3-8):(83-187)，所述步骤s1中间苯二酚与去离子水之间的质量比为1:(20-35)。

3.根据权利要求1所述的具有双层空心结构的摩擦阻尼减振材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中向溶液中加入硅酸四丁酯、间苯二酚和甲醛后密封搅拌的时间为6-10h，所述步骤s1中二次加入硅酸四丁酯继续搅拌的时间为24-30h，所述步骤s1中溶液在反应釜中反应的时间为12-24h，反应温度为180℃。

4.根据权利要求1所述的具有双层空心结构的摩擦阻尼减振材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中惰性气体为氮气或氩气，碳化温度500～700℃。

5.根据权利要求1所述的具有双层空心结构的摩擦阻尼减振材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中氢氟酸刻蚀sio2的步骤为：

6.根据权利要求1所述的具有双层空心结构的摩擦阻尼减振材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中的双层空心碳球分散的有机溶液为乙醇或丙酮溶液。

7.根据权利要求1所述的具有双层空心结构的摩擦阻尼减振材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中复合材料树脂为纯树脂类复合材料或者是纤维增强树脂基复合材料。

8.一种双层空心结构的摩擦阻尼减振材料，其特征在于，根据权利要求1-7任意一项所述的具有双层空心结构的摩擦阻尼减振材料的制备方法制备得到。

9.如权利要求1-7任意一项所述的具有双层空心结构的摩擦阻尼减振材料的制备方法制备出的摩擦阻尼减振材料或权利要求8所述的摩擦阻尼减振材料，其特征在于，所述摩擦阻尼减振材料应用于工业减振材料中。

技术总结
本发明涉及复合材料减振技术领域，具体是一种具有双层空心结构的摩擦阻尼减振材料、制备方法及其应用，该材料的制备方法具体包括以下步骤：S1、制备实心双层二氧化硅球：S2、制备双层空心碳球：S3、制备具有双层空心球结构的复合材料。本发明通过中间空心层区域发生机械波的散射和衍射耗能，然后机械波引起中间空心球与外层空心球之间的界面摩擦耗能，机械波进一步在层与层之间形成多次散射，引起外层空心球与复合材料界面的摩擦耗能，增加复合材料的界面摩擦耗能效果，提高复合材料的减振性能。

技术研发人员：潘蕾,赵召,张浩然,崔艳芳,于航,齐浩达,彭盛祥
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/14