（高分子化学与物理专业论文）新型水性聚合物基粘弹阻尼胶的结构与性能.pdf

些查堂：型室曼竖圭生型里三堡塑里茎堡堂 摘要 水性聚合物基粘弹阻尼材料以其良好的减振、降噪、高阻尼值以及环保因素倍受世人 关注。为制各水性宽温域高损耗因子的阻尼材料，本文逐步深入的制备了自乳化水性聚氨 酯( p u ) 阻尼胶、水性半互穿网络聚氨酯聚丙烯酸酯阻尼胶( s e m i l i p np u a ) 以及水性 有机确屎氨酣聚丙烯酸酯互穿网络阻尼胶( l i p np s i u a ) 。并用激光粒度分布仪、动态粘 弹谱仪( d m a ) 、原子力显微镜( a f m ) 等，对结构与性能关系进行了分析讨论。 第一步，以聚醚( p p g 3 3 0 ) 、三羟甲基丙烷( t m p ) 和游离- n c o 基团进行交联，制 备了自乳化水性p u 阻尼胶。发现： ( 1 ) 在交联的p u 聚合物中没有出现“软段”与“硬段”的微相分离，相结构较均匀， 交联网络促进了软硬段的相容性。在线型p u 中存在软硬段微相分离。 ( 2 ) - n c o 自交联和t m p 交联的p u 的阻尼因子t a n6 可达到1 6 ，t a n6 o _ 3 的温域 达到5 7 ，t a n6 随外加应力频率增加而增大。交联p u 不同与线型p u 的是在高温区域有 一个明显的t a n 6 值转变，推断为交联网络的“液一液弛豫”( t l l 蜂) 。 第二步，以自制p u 阻尼胶乳作为种子，进行砝变试验设计( l 1 8 37 ) ，优化配料和合成工 艺，制备得到稳定的“p u 核p a 壳”s e m i - l i p np u a ，研究了不同的p u p a 组份比对结构 和性能的影响。发现： ( 1 ) 以水性p u 为种子，水溶性引发剂引丙烯酸酯单体，在p u 乳胶粒表层聚合得到 p u 核p a 壳”的p u a 阻尼胶乳，随着p a 组份的增加，乳液的粒径增大，成膜后p u 相为 分散相，p a 相为连续相，p u 相均匀分散在p a 相中； ( 2 ) 在p u a 中只有一个玻璃化转变温度，随p a 组份的增加，t a n6 值增大，温域变 宽，当p u p a 比例为1 2 8 8 和2 0 8 0 时，具有较好的阻尼效果，( t a n6 ) 一达到1 7 ，t a n 6 0 a 的温域达到5 6 ； ( 3 ) 各p u a 胶在高温有一明显的t a n6 值转变，同样认为是“t l i 峰”，其机理可能是， 高分子p a 链和p u 链在粘流态下响应应力频率的时滞不一致。 第三步，基于p u a 改善了p u 高温方向的阻尼性能，为提高低温方向的阻尼性能，通 过种子乳液聚合得到l i p np s f u a 。研究了不同的p s i p u p a 组份比和丙烯酸酯交联单体三 羟甲基丙烷三丙烯酸酯( t m p t a ) 对p s m a 阻尼胶的影响。发现： ( 1 ) p u 用量对平均粒径的大小影响明显。提高p s i 组份量，或降低p u 组份量，或 增加t m p t a 用量，乳胶膜的耐水性均会得到改善。 ( 2 ) p s i u ai p n 阻尼胶表现出复杂的织态相结构。t a n6 转变区域的主峰位置都在一2 5 c 7 5 区间，在低温一1 2 5 1 0 0 1 2 和0 c 附近有较弱t a n6 转变峰，在高温区域有t 叮i f ， 峰。p a 组份含量增加，t a l l6 主峰值增大，并向高温方向移动。p s i 分子链对主峰的t a n6 值影响较小，但提高了低温区域的阻尼效果。 ( 3 ) 不同t m p t a 组成比对( t a n 6 ) 一和有效阻尼温域有影响。当t m p t a 由2 增 加至7 5 ，( t a n6 ) 。值下降，t g 向高温方向移动，t a n6 0 6 的温域保持在3 c c 左右。 随t m f f a 含量增加，材料的储能模量增加，在t m p t a 为5 时，增幅较大。 ( 4 ) p s i u a 阻尼胶中的p s i 相和e a 相为双相连续，p u 为分散相。p u 相的尺寸在几 新型水性聚合物基粘弹阻尼胶魄结构与性能 十至几百纳米之间，主要分布在p a 相中，少量分布在p s i 相中。随着t m t w a 含量的增加， p u 相和p s i 相区的尺寸都逐渐减小，与p a 相的互容l 生增强。在p u 相畴外围形成一个独 特的高模量相区，推测为富丙烯酸酯功能单体链段和p u 硬段区域。 本论文得到了一些创新性的有意义的研究结果，将为发展和完善此类水性阻尼胶的研 究和应用提供科学依据，在此基础上继续开展高分子合成设计、织态结构设计、相畴相互 作用设计与耐水性、耐老化、耐寒、力学强度等应用性能的匹配的研究工作有待深层次的 开拓，这很有意义和价值。 关键词：阻尼、水性、聚氨酯、聚丙烯酸酯、有机硅、互穿网络 生查兰：型耋曼塑主墨塑三堡苎翌墨塑堂 一 a b s t r a c t j i t ht h e i rs a t i s f a c t o r ye f f e c to fv i b r a t i o na n dn o i s ea t t e n u a t i o na sw e l la se n v i r o n m e n t a l p r o t e e l i o n , w a t e r - h a s e dv i s c o e l a s t i cp o l y m e rd e m p 堍m e t e r i a l s a r eg r e a t l yp o p u l a rt h r o u g h o u tb y t h ew o 棚a n dw i l lb ep a i dm o r ea t t e n t i o nt ot h er & d a r e a i no r d e rt op r e p a r ew a t e r - h a s e dd a m p i n gm e t e f i a lo fb r o a dr a n g eo ft e m p e r a t u r e , s e r f - e m u l s i f i e dp o l y u r e t h a n ed e m p m gl a t e x , p o l y u r e t h a n e p o l y a c r y l a t e ( p u a ) s e m i - i p nl a t e xa n d p o l y s i l o x a n e p o l y a r e t h a n e p o l y a c r y l a t e ( p s 沁a ) c o m p o s i t ed e m p m gl a t e xw e r ep r o g r e s s i v e l y p r e p a r e db yt h es e e de m u l s i o np o l y m e r i z a t i o nt e c h n o l o g ya n di n t e r p e n e t r a t i n gp o l y m e rn e t w o r k ( i p n ) t e c h n o l o g y , t h e nt h er e l a t i o n s h i po f s t r u c t u r ea n dn a t u r a lc a p a c i t i e sw e r ea n a l y z e db yu s 堍 t h ei n s t r u m e n t ss u c ha sd y n a m i cm e c h a n i c a la n a l y s i s ( d m a ) a t o m i cf o r c em i c r o s c o p y ( a f m ) a n df o u r i e ri n f i - a r e ds p e c t n l m ( f n r ) f k s t ，a f t e r 懒c h i n gs e l f - e m u l s i f i e dp o l y u r e t h a n e ( p t 0d e m p i l l g l a t e x sw h i c ha r e c r o s s l i n k e d b yp o l y e t h e rp p gw i t ht r i f u n c t i o n a l ) hg r o u p s , t r i - m e t h y l o lp r o p a n e ( t m p ) a n d t h ef r e e - n c og r o u p s 。w ef o u n df r o mt h ep a r t i c l es i z ea n a l y s i st h a tt h ec r o s s - l i n k i n ga g e n tt o o k s i g n i f i c a n te f f e c to nl a t e x e sp a r t i c l es 泌t h ed y n a m i cm e c h a n i c a lb e h a v i o r o ft h er e s u k i n g m a t e r i a l sr e v e a l i n gt h ec r o s s - l i n k e dp um a t e r i a l se x h i b i ts i n g l es m o o t hd a m p i n gc u r v e sa n d e x h i b i tb e t t e rt a n5v a l u et h a nt h a to f l i n e a rp um a t e r i a l , p a r t i c u l a r l y - n c os e l f - c r o s s l i n k e dp u a n dt m pc r o s s l i n k e dp u ，f o re x a m p l e ，t a n6o f - n c os e l f - c r o s s l i n k e da n dt m pc r o s s - l i n k e d p uc a nr e a c h e d1 6 w h e nt a n6e x c e e d e d0 3t h er a n g eo f t h e i rt e m p e r a t u r er e a c h e d5 7 t h e d a m p i n gf a c t o ri n c r e a s e sa l o n gw i t ht h ea p p l i e ds t r e s s 丘e q u e n c y i na d d i t i o n , a i lo b v i o u st a n6 m a n s i t i o ni nh 遮ht e m p e r a t u r er e g i o n sf i r o m1 4 0t o1 8 0 。ce x i s t e di nc r o s s - l i n k e dp um a t e r i a l s ，b u t n o ti nl i n e a rp uc h a i n , t h er e a s o nm a yb et h a tt h i sc a n5w a st h et l lt r a 0 1 s i t i o no fc r o s s 1 i n k e d p o l y m e rn e t w o r k a c c o r d i n gt ot h er e s u l tf r o mt h ee x a m i n a t i o no fa f m ，t h ec r o s s - l i n k e dp u n e t w o r k p r o m o t e dt h es o f th a r ds e c t i o nc o m p a t m i l i t ye f f e c t i v e l y s e c o n d ，a f t e ra p p l i e d o r t h o g o n a le x p e r i m e n ta n a l y s i s8 r 通o v t m a z e d t b ef o r m u l aa n d 础 w e q u i r e dt h es t a b l ep o l y u r e t h a n e p o l y a c r y l a t ea a , r v m gs e m i - i n t e r p e n e t r a t i n gp o l y m e r n e t w v r kl a t e x s ( s e m i - l i p n ) ，m a df r o mt h es t u d y i n gr e s u l t so f d i f f e r e n tc o m p o s i t i o np r o p o r t i o no f p ut op ao i lt h es t r u c t u r ea n db e h a v i o r so fs e m i - l i p np u a i ti n d i c a t e st h a ta l lt h es e m i i p n s p u a p o s s e s sb e t t e rd m r g ) i n gf a c t o rt h a np u ，b a s e do nd m aa n a l y s i so fs e m i - l l p np u 八w e k n o wt h em a j o r 咖i n go fp am i c r o m o l e c u l a rc h a i n w a ht h ei n c r e a s eo fp ac o m p o s i t i o n c o n t e l r 。t h et a n6v a l u ei n c r e a s e sa n dt h er a n g eo ft a n6t r a n s i t i o nt e m p e r a t u r eb e c o m e sw i d e r w h e n t h e p r o p o r t i o n o f p u p a w a s1 2 8 8a n d 2 0 8 0 , t h e d 8 m p j i l ge f f e c t i s t h e b e s t ，t h e l o s s f a c t o r 6k 柚x w a s1 7a n dt h er a n g eo f w a n s i t i o nt e r r f f 埘劬a r el e a c h e s5 6 w h e nt a n6e x c e e d0 _ 4 a n d t h e 蛳i r i gf a c t o rl i n e a r l yi n c r e a s e sw i t ht h e 妯c r e a 血gs t r e s sf r e q u e n c y i na d d i t i o n , a no b v i o u s f a n 6 t r a n s i t i o ni nk 曲t e m p e r a t u r er e g i o n sf r o m1 4 0t o1 8 0 。ce x i s t e di na l ls e m i l i p n sp u a 堑型查丝鲞全塑兰塑塑里星壁塑堕塑兰堡堂 一 m a t e r i a l s i ti sp e r h a p st h en e t w o r kc h a i n st i l t r a n s i t i o nr e s p o n d i n gt ot h ed i f f e r e n tr e s p o n s er a t e o f t h ep a c h a i na n dp uc h a i nt ot h es t r e s sf r e q u e n c f i n a l l y , i no r d e rt o b r o a d e nt h en a t u r a lc a p a c i t yo fd a m p i n gt ot h ed i r e a i o no fl o w t e m p e r a t u r e ，t h ep o l y s i l o x a n e p o l y u r e t h a n e p o l y a e r y l a t e ( p s i u a ) c o m p o s i t ed a m p i n gl a t e xw e r e p r e p a r e d , a n dt h ee f f e c t so f d i f f e r e n tc o m p o s i t i o np r o p o r t i o no f p s i p u p a a n dt m p t ao i lt h e p r o p e r t i e so f p s i u a d a m p i n gl a t e xw e r es t u d i e d t h ep s i 伊u p ac o m p o s i t i o np r o p o r t i o nh a dag r e a ti m p a c t i o no nt h et h ep a r t i c l es i z e w h e n i n c r e a s i n gt h eq u a l i t yo fp s ic o m p o n e n tt o g e t h e rw i t hr e d u d n gt h eq u a l i t yo fp uc o m p o n e n t ， w a t e rm s i s t a t x 七o fp s i u af i l m sh a db e e ni m p r o v e dt h e 黜a st h a to f i n c r e a s 曲go fq u a l i t yo f c r o s s - l i n k e rt m p t a ， p s i u ai p nd a w v i n gm a t e r i a ls h o w e di t s c o m p l i c a t e dn a t u r a lb e h a v i o ro fd y n a m i c m e c h a n i c sp e r f o r 1 1 坼p o s i t i o no f t a n6t r a n s i t i o nm a i nd c a kv a r i e d 丘0 m 一2 5 t o7 5 w a saw e a k e rt a n6p e a kb e t w e e nt h el o wt e m p e r a t u r el m r l g ef r o m 一1 2 5 t o 1 0 0 s i m i l a r l y , t h e r ea l s oe x i s t e dal i q u i d l i q u i dh e l a x a t i o n 拄a n s i t i o nt e m p e r a t u r ei nt h ea r e ao fh i g h t e r n l 埘叭鹏w a ht h ec o n t e n to fp ac o m p o s i t i o ni n c r e a s i n g ，t a n6i m i np e a l 【m o v e dt ot h e d i r e c t i o no f h i g ht e m p e r a t u r e p o l y s i l o x a n ec h u r lh a daw e a k e ri m p a c t i o no nt a n6m a i np e a k b u t i m p r o v e dt h ed a m p j l l ge f f e c ti nt h er a n g eo f l o wt e m p e r a t u r e n 虻e f f e c t so ft h ec o n t e n to fc r o s s l i n k e rt r i m e t h y l o l p m p a n et r i a c r y l a t e ( t m p t a ) o nt h e p r o p e r t i e so fp s i u ad a m p i n gl a t e xw e r es t u d i e d r e s u l t ss h o w e dt h a tt h et m p t ac o n t e n th a s s m a l li n f l u e n c e0 1 1t h ep a r t i c l es i z eo fp s i u al a t e x , a n dt h ep s i u a d a m p i n gm a t e r i a ld i s ) l a y e d c o m p l e xp h a s eb e h a v i o u r w 地i 螂i n gt h ec o n t e n to ft m p t a ，t h el o s st a n g a n td a t t a 岫 6 ) t i n i o np e a k sm o v e dt o w a r dh i g e rt e m p e r a t u r er e g i o n , a n dt h et a n6v a l u ed e e r e s s e d d i f f e r e n tp r o p o r t i o no ft m p t ac o n s t i t u t i o nh a do b v i o u si n f l u e n c eo nt h ed a m p i n gf a c t o r a n dr e g i o nw h e nt h eq u a l i t yo f t m p t ai n c r e a s e df r o m2 t o7 5 ，t h et a n 6t r a n s i t i o np e a k m o v e dt ot h ed k e c t i o no fh i g ht e m p e m t u r er e g i o n , a n dt h et a n6v a l u ed e c l i n e d , w h i c ht h e t e n g g c a t m 它r a n g eo f t a n6 地6 懈k e p ta tt h ep o i n to f 3 6 w a ht h ei n c r e a s eo f t h ec o n t e n to f t m p t a , s h e a rs t o r a g em o d u l u si n c r e a s e d d a m p i n ge f f e c to fp s l u al a t e xf i l mt u m e dp e r f e c t w l t h e c o n t e n t o f t m p t a w a sc h a n g e d f r o m 2 t o5 a f mc l e a r l y e x p r e s s e dp s i u am a t e r i a l sp h a s eb e h a v i o rb o t hp o l y s i l o x a n ea n d p o l y m r y l a t ea r ec o n t i n u ep h a s e , b mp o l y u r e t h a n ei sad k 辨r s ep h a s e ，w h i c hp ud i s p e r s e dm a i n l y i n p a p h a s er e g i o n m m e a s m r e r r 蛤n t o f p u p h a s ec h a n g e s f r o m d o z e n s t o h u n d r e d s 彻埘u r i lr i c e w 曲妇i n c r e a s eo f t h ec o n t e n to f c r o s s - l i n k e rt m p t a , 妇p u p h a s ea n dp o l y s i l o x a n er e d u c e d i ns i z es t e pb ys t e p ，a n dt h e yw e r ec o m p a t i b l ys t r e n g t h e n e d k e yw o r d s ：d a m p i n g , l a t e x , p o l y u r e t h a n e ，p o l y a c r y l a t e ，p o l y s i l o x a n e ，i n t e r p e n e t r a t i n g p o l y m e rn e t w o r k 堑型查丝壅垒塑苎堂堂里星壁堕堕塑皇堡堂 主要原材料、聚合物及其它的缩写对照表 主要原材料 缩写中文名 英文名 分子式 p p g 2 1 0聚丙二醇醚( m n = 1 1 0 0 ) p p g 3 3 0 聚丙二醇醚( m n = 3 0 0 0 ) p o l y p y l e n eg l y c o le t h e r p o l y p y l e n eg l y c o le t h e r 甲苯二异氰酸酯 2 , 4 4 0 l y l e n e d i i s o c y a n a t e d m p a二羟甲基丙酸d i m e t h y l o lp r o p i o n i ca c i d d b t 肿 t e a b d m m a b a h e a a a a p s 二丁基二月硅酸锡 三羟甲基丙烷 三乙胺 丁二醇 甲基丙烯酸甲酯 丙烯酸丁酯 丙烯酸2 羟乙酯 丙烯酸 过硫酸胺 t m p t a三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 b 4 0 3 d b s a 烷基酚醚硫酸胺盐 十二烷基苯磺酸 d 4 八甲基环四硅氧烷 t y l f i nd i l a u r a t e l ，1 ，1 - t r i m e t h y l o lp r o p a n e t f i e t h y l a m i n e 1 , 4 - b u t a n e d i o l m e t h y lm e t h a c r y l a t e b u t y l - a c r y l a t e 2 - h y d r o x ye t h y l a c y l a t e a c r y u ca c i d a m m o n i u m p e r s u l f a t e t r i r n e t h y l o l p r o p a n e t r i a c r y l a t e d o d e c y lb e n z e n es u l f o n i c a c i d o c t a r n e t h y l c y c l o t e t r a s i l o x a n e n c o o c n # l c h 3 c h 2 0 h c h 3 c c o o h c h 2 0 h b u 2 s 1 1 ( o o c c i l l - 1 2 3 ) ( c h 2 0 h ) 3 c c i - 1 2 c h 3 n ( c 2 h s ) 3 h o c h 2 c h 2 c h 2 c 1 2 0 h c h 3 c h 2 = c c o o c ：h a c h = c h c o o c 4 h q c h = c o h c 0 0 c 2 h 5 c h = c h c 0 0 h n h 4 s 2 0 s c h 2 c h 2 0 0 c c h = c h 2 c h c h 2 0 0 c h = c h 2 c h 2 c h 2 0 0 c c h = c h z r h o d a p e x0 0 _ 4 3 6 c 1 2 h 2 5 c 6 h 4 s 0 3 c h a ( $ f o ) 4 c h a v 4 特殊乙烯基环四硅氧烷 e y c r l o t e t m r a s 掣f l o x a n e 鼢n y l 0 0 h h o o 、 、 hr06 吣叭 中山大学广州宏昌博士后科研t 作站研究报告 聚合物及其它 缩写中文名英文名 pu聚氨酯polyurethane p ：a 聚丙烯酸酯p o l y a c r y l a t e p s i 聚有机硅氧烷 l y s i l o x a n e p u a 聚氨酯，聚丙烯酸酯p o l y u r e t h a n e p o l y a c r y l a t e p s i u a 有机硅聚氨酪，聚丙烯酸酯p o l y s i l o x a n e p o l y u r e t h a n e p o l y a c r y l a t e p s i u 有机硅聚氨酯p o l y s i l o x a n e p o l y u r e t h a n e i p n 互穿聚合物网络 i n t e r p e n e t r a t i n gp o l y m e rn e t w o r k s e m i - i p n 半互穿聚合物网络 s e m i - i n t e r p e n e t r a t i 唔p o l y m e rn e t w o r k p d m s 聚二甲基硅氧烷p o l y d i m e t h y ls i l o a n e t g玻璃化转变温度 g l a s s - t r a n s i t i o nt e m p e r a t u r e t a n5损耗角正切loss t a n g a n t g 7 剪切储能模量 s h e a r s t o r a g em o d u l u s g ” 剪切损耗模量s h e a rl o s sm o d u l u s t l 液液驰豫转变温度l i q u i d - l i q u i d h e l a x a t i o nt r a n s i t i o n t e n - q ) e r a t u r e m n 数均分子量 n u m b e ra v e r a g em o l e c u l a rw e i g h t a f m 原子力显微镜a t o m i cf o r c em i c r o s c o p y d s c示差扫描量热法d i f f e r e n t i a l s c a n n i n gc a l o r i m e t r y d m a 动态力学性能分析d y n a m i cm e c h a n i c da n a l y s i s f t i r 傅立叶红外光谱f o u r i e ri n f r a r e ds p e c t r u m ! 坐查兰：型室星堡亘型翌三堡些竺窒量宣 第一章绪论 1 1 国内外文献综述 1 1 1 聚合物粘弹阻尼材料的概述 阻尼材料是一类功能材料，因其优越的减振、抗冲击、隔噪声性能而倍受关注| 1j 。所 谓阻尼就是指通过将机械振动和声振动的能量转变为热能耗散掉，从而达到减振消声的目 的。当前，大致可以将阻尼材料分为聚合物粘弹阻尼材料、金属类阻尼材料、无机类阻尼 材料和智能型阻尼材料等，其中聚合物粘弹阻尼材料阻尼效果最好，比高阻尼合金高l 2 数量级，同时具有较好力学性能，应用发展很快1 2 j 。 2 0 世纪5 0 年代初，西德首先研制出聚合物粘弹阻尼材料。聚合物粘弹阻尼材料有两 种作用方式，一种为自由阻尼，即依靠单层聚合物粘弹阻尼材料产生阻尼作用：另一种 为约束阻尼，类似夹心“三明治”，即在聚合物粘弹阻尼材料表面再覆盖一层刚性材料而产 生的阻尼作用。对于约束阻尼，“夹心”聚合物响应外力被迫伸缩，层问产生较大的剪切应 力和应变，内耗能量比自由阻尼更大f 4 】。在实际应用中，以约束阻尼结构方式较多。 在实际应用中，材料所处环境的外界振动条件及温域环境复杂多变，例如商层建筑受 风吹的摇摆频率大约在0 1 5h z ，计算机磁盘高速运转时产生的振动频率可达5 1 0 k h z ， 火箭飞机的要求更加苛刻这些对阻尼材料的阻尼温域和应用频率范围提出了更高要求 5 1 。 在聚合物粘弹阻尼材料的中，一般均聚物及无规共聚物的t 叠转变温域比较窄，材料可应 用的温域有限，有效阻尼温域往往只有2 0 - 6 0 。c ，为此需要将不同t g 转变区域的聚合物进 行复合，即应用共混、接枝、嵌段、交联和互穿聚合物网络( i m 铘崩姣阳t i i l gp o l y m e r n e t w o r k s ， i p n ) 等技术制备高阻尼宽温域的多组份阻尼材料。共混技术是种简单的物理混合，将不 同强聚合物混合以满足阻尼材料的需要，这种方法的实际效果很有限。然而，把两种或 多种单体通过接枝、嵌段和交联，将不同聚合物的玻璃化转变温度衔接起来，拓宽了t g 转变温度区间和增强了分子链之间的相互作用，从而更大的提高了阻尼性能。i p n 技术是 制备高性能阻尼材料有效的方法，近二十多年来得到快速发展和应用陋7 】。 i p n 是指由两种或两种以上的交联聚合物相互贯穿而形成的聚合物网络。在i p n 中， 聚合物蛉鼹络存在强迫楣容和协同效应，两相连续，表现出独特的微相分离结构，因此， 既有线型聚合物中分子链弛豫运动对内耗的贡献，也存在与频率呈正变关系的两端缠结的 分子链阻尼共振型运动贡献，i p n 的阻尼作用是这两部分内耗的加和口，这加强了聚合物 把机械能转化为热能的能力，因此，i p n 材料通常具有非常好的阻尼效果。 互穿网络聚合物胶乳( l i p n ) 以水为分散介质，符合环保要求，国内外学者以聚苯乙 烯、聚氨酯基和聚丙烯酸酯基作为阻尼系统的基质研究较多“4 1 ，围绕阻尼性能与体系结 构的基础研究为主，集中于原材料的选择、加料方式劂硕序的影响、网络配比的影响、交 联剂的影响、组分间相容性及相互作用的影响、填料的影响等方面，进行了研究和综述报 道i ”j 。阻尼性能是分子链运动滞后的结果，l i p n 组分问的相容性及相互作用是影响阻尼性 能的重要因素；采用不同的合成方法，将形成不同的微观形态，也会导致材料阻尼性能的 差异a 例如，姚树人u 6 钕早地报道了利用l i p n 胶乳合成类宽温域或指定温度区域聚合 ! 生查兰：塑查旦壁圭星塑王堡塑堕堡兰一 第一章绪论 1 1 国内外文献综述 1 1 1 聚合物粘弹阻尼材料的概述 阻尼材料是一类功能材料，因其优越的减振、抗冲击、隔噪声性能而倍受关注1 。所 谓阻尼就是指通过将机械振动和声振动的能量转变为热能耗散掉，从而达到减振消声的目 的。当前，大致可以将阻尼材料分为聚合物粘弹阻尼材料、金属类阻尼材料、无机类阻尼 材料和智能型阻尼材料等，其中聚台物粘弹阻尼材料阻尼效果最好，比高阻尼合会高l 2 数量级，同时具有较好力学性能，应用发展很快【2 j 。 2 0 世纪5 0 年代初，西德首先研制出聚合物粘弹阻尼材料。聚合物粘弹阻尼材料有两 种作用方式口j ，一种为自由阻尼，即依靠单层聚合物粘弹阻尼材料产生阻尼作用：另种 为约束阻尼，类似夹心“i 明治”，即在聚合物粘弹阻尼材料表面再覆盖一层刚性材料而产 生的阻尼作用。对于约束阻尼，“夹心”聚台物响应外力被迫伸缩，层问产生较大的剪切应 力和应变，内耗能量比自由阻尼更大【4 】。在实际应用中，以约束阻尼结构方式较多。 在实际应用中，材料所处环境的外界振动条件及温域环境复杂多变，例如高层建筑受 风欧的摇摆频率大约在0 1 5h z ，计算机磁盘高速运转时产生的振动频率口丁达5 ，一i o k h z ， 火箭飞机的要求更加苛刻，这些对阻尼材料的阻尼温域和应用频率范围提出了更高要求1 5 j 。 在聚合物粘弹阻尼材料的中，一般均聚物及无规共聚物的t g 转变温域比较窄，材料可应 用的温域有限，有效阻尼温域往往只有2 0 - 6 0 。c ，为此需要将不同t g 转变区域的聚合物进 亍复合，即应朋共混、接枝、嵌段、交磺和互穿聚合物网络( i n t 田) e l 蛐越k 蟮p 0 b n e t w o r k s ， i p n ) 等技术制各高阻尼宽温域的多组份阻尼材料。共混技术是种简单的物理混合，将不 同聚合物混合以满足阻尼材料的需要，这种方法的实际效果很有限。然而，把两种或 多种单伴通过接枝、嵌段和交联，将不同聚合物的玻璃化转变温度衔接起来，拓宽了t g 转变温度区间和增强了分子链之间的相互作用，从而更大的提高了阻尼性能。i p n 技术是 制各高性能阻尼材料有效的方法，近二十多年来得到快速发展和应用【61 。 i p n 是指由两种或两种以上的交联聚合物相互贯穿而形成的聚合物网络。在i p n 中， 聚合物的网络存在强迫相容和协同效应，两相连续，表现出独特的微相分离结构，因此， 既有线型聚合物中分子链弛豫运动对内耗的贡献，也存在与频率呈芷变关系的两端缠结的 分子链阻尼共振型运动贡献，i p n 的阻尼作用是这两部分内耗的加和f 89 1 这加强了聚合物 把机械能转化为热能的能力，因此，i p n 材料通常具有非常好的阻尼效果。 互穿网络聚台物胶乳( u p n ) 以水为分散介质，符合环保要求，国内外学者以聚苯乙 烯、聚氨酯基和聚丙烯酸酯基作为阻尼系统的基质研究较多1 1 q ，围绕阻尼性能与体系结 构的基础研究为主，集中于原材料的选择、加料方式及顺序的影响、网络配比的影响、交 联剂的影响、组分间相容性及相互作用的影响、填料的影响等方面，进行了研究和综述报 谴争“。阻尼性能是分子链运动滞后的结果，l 1 p n 组分间的相容性及相互作用是影响阻尼性 能的重要因素；采用不同的合成方法，将形成不同的微观形态，也会导致材料阻尼性能的 差异。例如，姚树人【1 6 姣早地报道了利用l i p n 胶乳合成一类宽温域或指定温度区域聚合 差异。眵曲口，姚树入【1 6 嗡早地报道了利用l i p n 胶乳合成一类宽温域或指定温度区域聚合 新型水性聚合物基粘弹阻尼胶的结构与性能 物粘弹阻尼材料的方法，体系选择为聚苯乙烯网络和聚丙烯酸酯网络，根据需要还可以合 成更多元网络结构。文献报道【l7 】用种子乳液聚合法合成了聚r 醋酸乙烯酯c o 马来酸二丁酯y 聚醋酸乙烯酯乳胶互穿聚合物网络阻尼材料。文献【l 目报道采用种子乳液聚合，选择p ( m m a - e m a ) p ( e a - n b a ) 体系，结果表明多组分乳胶i p n s 体系的相容性及阻尼性能 受诸多因素影响，适当选择各网络的组成及配比、交联剂品种及用量，可得到综合性能优 良的多组分乳胶i p n s 。 当然，作为实际应用材料，除了阻尼性能，还要满足其它不同的应用性能，因此，在 高聚协中掺杂无机填料也是不可避免的r 1 9 i 。一般选用片状和纤维状的无机填料较好，这种 形状的填料界面上存在“颗粒边界效果”，当受到应力时更容易发生滑动，并与聚合物链间 产生摩擦，有利于将动能转化为热能释放出去。 1 1 2 聚合物粘弹阻尼材料的若干新进展 目前，聚合物粘弹阻尼材料方兴未艾，以聚氨酯阻尼材料、聚丙烯酸酯阻尼材料、有 机硅阻尼材料和它臂】相互改性的阻尼聚合物合金为代表，在阻尼聚合物合金的分子设计、 阻尼机理研究、填料的选择和应用方面取的了一些新的进展。 1 1 2 1 聚氨酯阻尼材料，、 聚氨酯口u ) 是指在高分子链上含有许多重复单元n h c i i o 基团的高分子化合物。 一般p u 系由二元或多元有机异氧酸酯与多元醇化合物( 聚醚或聚酯多元醇) 进行缩合聚 合而得。p u 分子链间具有很强的分子问作用力，以及独特的“软段”和“硬段”结构，该 材料的杨氏模量介于橡胶与塑料之间，耐磨、耐油、耐撕裂、耐化学腐蚀，与其它材料粘 接性好，弹性高，吸震能力强，可加工性能好，被广泛用于制做多种不同类型的产品，例 如减震阻尼材料、密封件、皮革、涂料、胶粘剂、防水材料、防震消声材料、电线电缆等。 p u 是一类非常重要的聚合物粘弹阻尼材料，表现出良好的阻尼吸声性能，可作为隔声减振 阻尼材料及涂层基质，应用日益广泛，主要用于汽车、船舶、电器、电子、机械、军工等 做阻尼减震密封材料 2 0 一”。目前，p u 阻尼材料的研究仍以溶剂型体系居多，主要集中在 组份与性能的关系、交联体系的选择、i p n 合成、填料的选择、阻尼机理、成型方法、性 能评价、材料用途等方面，研究较为广泛。