包括超分子材料層的多層結構體及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及組合至少一個超分子材料層與剛性材料層的多層結構體，其制造方 法以及這樣的結構體的用途，特別地用于其中需要沖擊、振動和/或聲波的阻尼（衰減， damping)的應用，例如用于制造移動交通工具（locomotionvehicles)如機動車、軌道交 通工具、航海交通工具（nauticalvehicles)、航空飛行器（aeronauticalvehicles)或航 空飛行器（aerospacevehicles)，或用于建筑工業。
【背景技術】
[0002] 許多申請借助于組合至少一個彈性體材料層與一個或多個剛性材料層的多層結 構體，以賦予該結構體以阻尼能力。對此可提及用于發動機的阻尼墊或施用于金屬片的彈 性體層（例如用于機動車罩（hood)或箱蓋（casingcovers))。
[0003] 彈性體材料通常由粘彈性固體或糊狀物制備且僅在交聯或硫化之后獲得其阻尼 性質。由于該原因，難以制造包括均勻且連續鋪展的彈性體材料層的多層結構體。除了美 學方面之外，彈性體層中的空氣氣泡的存在易于削弱結構體。常規技術如注塑極不適合于 制造復雜幾何結構的部件。
[0004] 此外，阻尼多層結構體的制造一般需要許多階段：至少一個模塑所需幾何結構的 由非交聯彈性體制造的部件的階段、使該部件交聯或硫化的階段和將該部件與結構體的其 它一個或多個部件組裝的階段通常是必要的。通常通過膠粘粘合進行的組裝階段為關鍵的 操作，因為它調節之后的結構體的強度：它需要進行制備待組裝部件的表面（例如通過脫 月旨、噴砂或化學侵蝕）的第一階段、由施用粘合底膠組成的第二階段和最后的施用合適粘 合劑的第三階段。此外，在彈性體材料和結構體的其它組成材料之間的中間層如粘合底膠 和粘合劑的存在易于大大地降低系統的阻尼效率。
[0005] 替換地，可將彈性體的非交聯糊狀物施用于待處理表面，然后可在壓力下固化該 組合，但這種技術沒有使得可填充在難以進入的空隙中。
[0006] 實際上存在某些彈性體材料，如聚氨酯，其顯示出如下的優點：能夠以液態使用， 并且因而容易填充模具以制造復雜幾何結構的部件，但這些是高度反應性且由于某些反應 物的毒性而在它們使用期間需要使用防護裝備的體系。
[0007] 另一問題在于常規彈性體材料的粘合性和潤濕能力的缺乏，其是在彈性體材料和 構成結構體的其它材料之間的界面處結構體的過早失效的原因。
[0008] 此外，一旦常規彈性體由于撕裂或微裂紋而被破壞，則它們在阻尼中的使用可受 到相當程度的不利影響，其需要拆卸和修理操作。
[0009] 最后，已知的多層結構體不提供、或至少不永久性地提供足夠的阻尼潛力 (dampingpotential)〇
[0010] 因此，存在對于至少部分地解決上述問題的需要。
【發明內容】
[0011] 本發明通過多層結構體及其制造方法來將此實現，如在閱讀后面的說明之后將變 得清楚明晰的。
[0012] 本發明的第一主題因而是包括至少兩個相鄰層的多層結構體，一個包括至少一種 超分子材料和另一個包括至少一種剛性材料。
[0013] 本發明的第二主題為根據本發明的用于制造多層結構體的方法，其包括至少：（i) 傾注（倒，pour)包括至少一種超分子材料前體的組合物與包括至少一種剛性材料的層接 觸以一起形成兩個相鄰層的階段，和（ii)固化階段，以將所述前體轉化為超分子材料。
[0014] 本發明的另一主題是多層結構體或包括多層結構體的物體用于阻尼沖擊、振動和 /或聲波的用途。
[0015] 本發明還旨在多層結構體或包括多層結構體的物體用于制造移動交通工具如機 動車、軌道交通工具、航海交通工具、航空飛行器或航空飛行器、或用于建筑工業的用途。
[0016] "相鄰"層理解為是指至少部分地、實際上甚至完全地彼此接觸地延展（extend)的 鄰近層。
[0017] "剛性"材料理解為是指這樣的材料，其撓曲模量在本發明的多層結構體的使用溫 度下大于1800MPa、優選大于2500MPa和更優選大于3000MPa。
[0018] "超分子材料"理解為是指包括樹狀分子的材料，所述樹狀分子各自由通過單獨的 或與酰胺或者脲橋組合的酯或硫酯橋彼此連接的至少雙官能片段和至少三官能片段組成， 所述橋由不同片段攜帶的兩個官能團形成，所述分子在位于樹狀末端處的片段上另外包含 末端締合基團，所述末端締合基團能經由氫鍵彼此締合且共價連接到不參與所述橋的官能 團。這種超分子材料的實施方式已經由申請人公司描述于例如申請W0 2009/071554和TO 2010/112743 中。
[0019] 在申請W0 2010/112743中，超分子材料的制備包括如下的階段：傾注到PTFE型的 非粘附載體中，以使得可從模具移除在PTFE模具中固化的超分子材料。最后的超分子材料 不是多層結構體且不包括粘附于超分子層的剛性材料層。
[0020] 根據本發明，"樹狀"理解為是指支化分子（含支鏈分子），其骨架包含至少兩個分 支。該定義不排除同一分子的多個分支能夠再結合以形成環。
[0021] "締合基團"理解為是指能夠經由氫鍵、有利地經由1至6個氫鍵彼此締合的基團。 根據本發明可使用的締合基團的實例為咪唑烷酮基、三唑基、三嗪基、雙脲基（bis-ureyl) 和脲基-嘧啶基，優選咪唑烷酮基。優選所述材料的每分子的末端締合基團的平均數為至 少3。其有利地最多為6。這些基團共價連接到所述分子。"共價"理解為是指所述締合基 團經由直接鍵或優選經由鏈、特別地亞烷基鏈連接到所述分子的末端官能團。
[0022] "官能團"或"反應性基團"理解為是指能與其它化學官能團反應形成共價鍵的化 學官能團，特別地導致形成酯、硫酯、酰胺、脲或氨基甲酸酯橋和特別地酯與酰胺橋。"雙官 能"化合物表示攜帶兩個相同或不同的反應性官能團的化合物。"至少三官能"化合物表示 攜帶至少三個相同或不同的反應性官能團的化合物。
[0023] 在本發明意義內，"片段"理解為是指位于兩個或三個如上定義的橋之間的分子的 單元。"雙官能"片段能夠由雙官能化合物獲得和"三官能"片段能夠由三官能化合物獲得。 根據本發明的樹狀分子包含至少雙官能片段、有利地雙官能片段，和至少三官能片段、有利 地三官能片段。
[0024] 用于本發明的超分子材料及其前體的優點為氫鍵是物理鍵，其為可逆的，特別地 在溫度的影響下或通過選擇性溶劑的作用。
[0025] 與用于制備彈性體的常規組合物相反，本發明的超分子材料的前體具有如下的優 點：在高于一定溫度下能液化，這有利于其加工，特別是其令人滿意的鋪展以在本發明的結 構體內形成均勻且連續的層，以及結構體的再循環。此外，它展示出對包括剛性材料的層的 良好的粘合性和優異的潤濕，產生根據本發明的多層結構體。
[0026] 借助于本發明的通過傾注的制造方法，因而可以簡單的方式制造組合至少一種阻 尼材料與至少一種剛性材料的多層結構體；特別地，此后可省去形成和組裝由彈性體材料 制造的部件以及常規的表面處理的在前階段。
[0027] 像常規彈性體一樣，用于本發明的超分子材料能夠在非常長的時間內顯示出尺寸 穩定性并且在大的形變之后恢復其初始形狀。
[0028] 本發明的多層結構體展示出：在固化之后，在寬的溫度范圍內優異的對沖擊、振動 和/或聲波的阻尼能力，構成其的層的優異內聚性，和良好的對機械應力、特別地對壓縮、 彎曲、剪切和拉伸的耐受性。
[0029] 在本發明的多層結構體內，包括超分子聚合物的層另外地展示出在由該結構體 的高機械應力，特別地在拉伸中、在彎曲中或在剪切中導致的撕裂的情況下自愈合的能 力。與需要使斷裂的表面恢復接觸以讓愈合發生的單獨使用的超分子材料（從申請W0 2009/071554和W0 2010/112743知曉）相比，在本發明的多層結構體內，包括超分子材料的 層一旦撕裂則能夠自修復，而無需外部介入以使斷裂的部分恢復接觸、或加熱或施加高壓 或進行任何化學反應。由此修復的層有利地在該結構體內保持其阻尼作用。發明人因此開 發這樣的結構體，其中一個或多個包括剛性材料的層與包括超分子材料的層相鄰地延展， 以在其上施加足以使其斷裂的部分保持接觸且從而容許它愈合的應力。
【附圖說明】
[0030] 圖1說明作為溫度（以°C計）的函數的用于本發明的超分子材料前體的粘度（以 Pa.s計），由板-板流變測定法（plate-platerheometry)在50s1的剪切速率下測量。
[0031] 圖2和3是根據本發明的三層結構體的照片，超分子材料層夾在兩個剛性層之間。
[0032] 圖4說明在根據本發明的結構體內包括超分子材料的層的內聚性失效。
【具體實施方式】
[0033] 除非另外提及，否則提及的材料的百分數為重量百分數。
[0034] 當提到區間時，"…至…"類型的表述包括區間的限值。相反地，"在…和…之間" 類型的表述不包括區間的限值。
[0035] 根據本發明的結構體包括至少一個包括至少一種剛性材料、實際上甚至由至少一 種剛性材料組成的層。
[0036] 作為剛性材料，特別地可使用玻璃、木材、金屬或其合金、陶瓷、極性熱塑性聚合物