（材料学专业论文）宽温域高阻尼丁基橡胶材料的研究.pdf

青岛科技大学研究生学位论文 宽温域高阻尼丁基橡胶材料的研究 摘要 高分子材料由于结构的特殊性而广泛用作阻尼材料，利用高分子的粘弹性， 把机械振动能量转变为热能耗散掉，从而达到减振降噪的目的。但是，一般高分 子材料内耗峰的温度范围都很窄，而作为实际应用的高分子阻尼材料应具有宽的 阻尼温度范围和高的阻尼因子值。丁基橡胶( i i r ) 由于主链上带有两个甲基，内 旋转的势垒高；而且在玻璃化转变区内除了0 【转变外，尚存在另一个由构象转变 而引起的“液液 转变。i i r 阻尼功能区可以从6 0 一直延续到1 0 左右，是 均聚物中阻尼温域最宽的一种阻尼材料。尽管如此，在1 0 以上，i i r 的阻尼功 能几乎丧失。因此，如何拓宽i i r 在高温区域的阻尼功能区，是高性能阻尼i i r 的研究方向。 本文研究了不同硫化体系对i i r 动态力学性能的影响。结果表明，硫磺硫化i i r 的t a n 8 m 默值最大；硫载体硫化i i r 的t a n i m 舣值最小，并且移向低温：而2 0 1 树脂硫 化i i r 的t 锄6 赫值虽然居中，但t a n 8 m 舣向高温方向移动，且有效t a n 5 温域增宽。因 此可以采用2 0 1 树脂作为研究宽温域高阻尼i i r 材料的硫化体系。 本文研究了不用炭黑类型和用量对i i r 动态力学性能的影响。研究发现，随 着炭黑粒径的增大，t a n _ i 5 值所对应的温度变化不大，但是t a n 8 m 戤值呈明显上升的 趋势，且玻璃化转变区域逐渐变宽。因此，炭黑粒径越大越有利于提高i i r 的阻 尼性能。随着炭黑n 9 9 0 用量的增加，i i r 硫化胶的玻璃化转变区域逐渐变窄，t a n 6 峰值逐渐变小，当炭黑n 9 9 0 的用量为2 0 份时，i i r 硫化胶的动态力学性能最佳， t a n 8 峰值最大。 本文主要研究了利用有机小分子( 2 0 1 树脂和受阻酚a o 6 0 ) 杂化i i r 的动 态力学性能。2 0 1 树脂单独存在于交联体系中时，随着2 0 1 树脂用量的增加，i i r 硫化胶的t a n i 峰移向高温，并且t a n 8 m 戤值呈下降的趋势。当受阻酚a o 6 0 单独 存在于交联体系中时，在i i r 基体中形成了a o 6 0 富集相，a o 6 0 分子间以及 a o - 6 0 分子与交联体系中的极性基团所形成的氢键导致i i r 硫化胶的交联度提 高，引起分子链段运动困难，阻力大，耗能多。当二者共同存在于交联体系中时， 除了2 0 1 树脂和a o 一6 0 分子内、分子间及其与交联体系间的氢键作用外，2 0 1 树 宽温域高阻尼丁基橡胶材料的研究 脂分子和a o - 6 0 分子间存在氢键。当受阻酚为3 0 份，2 0 1 树脂为4 0 份时，i i r 硫化胶的t a n 8 值大于0 3 的温域为3 9 。c 9 6 5 c ，并且中间峰谷t a n 8 值为0 7 0 。 研究结果表明：有机杂化是一种提高i i r 高温区域阻尼性能的有效方法。 关键词 丁基橡胶动态力学性能阻尼有机杂化氢键 青岛科技大学研究生学位论文 s t u d yo nt h ed a m pln gp r o p e r tle so f b u t y lr u b b e rwlt hwid et e m p e r a t u r er a n g e a b s t r a c t p o l y m e rm a t e r i a li sw i d e l yu s e df o rd a m p i n gm a t e r i a lb e c a u s ei t sp a r t i c u l a r s t r u c t u r ew h i c hc a l ll o s eh e a te a s i l y d u et ot h e i rv i s c o e l a s t i cn a t u r e ，p o l y m e r sh a v et h e a b i l i t yt oa b s o r bt h em e c h a n i c a le n e r g ya n dt r a n s f o r mi ti n t oh e a t w h e r e a sc o m m o n p o l y m e rm a t e r i a l st e m p e r a t u r er a n g eo fh i g ht a n 6i sv e r yc l o s e m o r e o v e r , a sau s e f u l d a r n p 吨m a t e r i a l ，i tm u s th a v eah i g l lt a n 6w i t hl a r g et e m p e r a t u r er a n g e b u t y lr u b b e r ( i s o b u t y l e n e - i s o p r e n ec o p o l y m e r , i i r ) h a sah i g hb a r r i e rt oi n t e r n a lr o t a t i o nw h i c hi s c o n s i s to fal i n e a rc cm a i nc h a i nw i t ht w om e t h y ls u b s t i t u e n t s d u r i n gt h et e m p e r t o r er e g i o no fr e l a x a t i o nt r a n s i t i o no fap o l y m e rf r o mt h eg l a s s ys t a t ei n t ot h eh i g h l y e l a s t i co n e ，t h e r ea l en o to n l ya0 【t r a n s i t i o nb u ta l s oal i q u i d l i q u i dt r a n s i t i o n ( t i i ) t h e t a n 8p e a ko fb u t y lr u b b e ri sv e r yb r o a d ( c o v e r i n gat e m p e r a t u r er a n g eo f - 6 0t oio 。c ) ， b u ta b o v eio * c ，t h ed a m p i n gf u n c t i o na l m o s tl o s e t h e r e f o r e ，h o wt ob r o a d e nt h e d a m p i n gf u n c t i o n a lr e g i o nb e c o m e st h er e s e a r c hd i r e c t i o no fh i 曲p e r f o r m a n c eb u t y l r u b b e r t h i sp a p e ri sa i m e da tp r e p a r i n gb r o a dd a m p i n gt e m p e r a t u r ea n dh i g ht a n 8 m a t e r i a l sb a s e do ni i r t h ed i f f e r e n tc u r i n gs y s t e m so i ld y n a m i cm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fi i rw e r e s t u d i e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ev a l u eo ft a n i m 默o fi i rc u r e dw i t l ls u l f u r v u l c a n i z a t i o nw a sb i g g e s t ；t h ev a l u eo ft a n 6 m 舣o fi i rc u r e dw i t hs u l f i d es u l f u rc a r t i e r w a ss m a l l e s t ，a n dt a n 6m o v e dt ol o wt e m p e r a t u r e w h e r e a s et h ev a l u eo ft a n 6 m a xo fl i r c u r e dw i t h2 01r e s i nw a sm i d d l e ，t a n 8 m 戤o fi i rm o v e dt oh i g ht e m p e r a t u r e t h e r e f o r e ， 2 01r e s i nc a nb eu s e da sc u r i n gs y s t e mr e s e a r c h i n gi i rw i t hw i d et e m p e r a t u r er a n g e a n de x c e l l e n td a m p i n g p r o p e r t i e s i nt h i sp a p e r , d i f f e r e n tc a r b o nb l a c kt y p ea n dd o s a g eo nt h ed y n a m i cm e c h a n i c a l p r o p e r t i e so fi i rw e r es t u d i e d t h es t u d yf o u n d ，晰t l lt h ec a r b o nb l a c kp a r t i c l es i z e i i i 宽温域高阻尼丁基橡胶材料的研究 i n c r e a s i n g ，t a n 8v a l u e sc o r r e s p o n d i n gt ot e m p e r a t u r ec h a n g e sl i t t l e ，b u tt h ev a l u eo f 锄m 戤u p w a r dt r e n dw a se v i d e n t ，a n dt h eg l a s st r a n s i t i o nr e g i o ng r a d u a l l yw i d e n e d t h e r e f o r e ，t h ed a m p i n gp r o p e r t i e so fl i rw e r ei m p r o v e dw i t ht h ec a r b o nb l a c kp a r t i c l e s i z ei n c r e a s i n g w 池t h ec o n t e n to fn 9 9 0c a r b o nb l a c ki n c r e a s i n g ，t h eg l a s st r a n s i t i o n r e g i o no fc u r e di i rg r a d u a l l yn a r r o w e d ，t a n 8p e a kb e c a m es m a l l e r w h e nt h ea m o u n t o fc a r b o nb l a c kn 9 9 0w a s2 0p h r , t h ed y n a m i cm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fl i rw a sb e s t t h i sp a p e rm a i n l ys t u d i e dt h ed y n a m i cm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fb u t y lr u b b e r h y b r i d e dw i t hs m a l lo r g a n i cm o l e c u l e s ( 2 01r e s i na n dh i n d e r e dp h e n o la o 6 0 ) w h e n 2 01r e s i ne x i s t e di nt h ec r o s s - l i n k i n gs y s t e ma l o n e ，w i t ht h ei n c r e a s e du s eo f2 01r e s i n ， t h et a n 8p e a ko fv u l c a n i z e dr u b b e rs h i f t e dt oh i g ht e m p e r a t u r e ，a n dt h ev a l u eo f t a n s m a xd e c r e a s e d w h e nt h eh i n d e r e d p h e n o l a o - 6 0a l o n ee x i s t e di nt h e g l o s s l i n k i n gs y s t e m ，a o - 6 0 - r i c hp h a s ew a sf o r m e di nt h ei i rm a t r i x h y d r o g e nb o n d s w h i c hw e r ef o r m e db e t w e e na o 6 0m o l e c u l e s ，a sw e l la sa o 6 0m o l e c u l e sa n d c r o s s - l i n k i n gs y s t e mo ft h ep o l a rg r o u p s ，l e a d e dt oi n c r e a s ec r o s s - l i n k i n gd e g r e e a n d m o l e c u l a rc h a i ns e g m e n t sm o w e d d i f f i c u l t y t h er e s i s t a n c ew a si n g g l e a s e d ，a n dm o r e e n e r g yw a sc o n s u m e d w h e nt h et w oc o - e x i s ti nt h ec r o s s - l i n k e ds y s t e m ，i na d d i t i o nt o 2 01r e s i na n da o 一6 0m o l e c u l e s ，t h ei n t e r m o l e c u l a rc r o s s l i n k i n g s y s t e mh a v i n g h y d r o g e nb o n d s ，h y d r o g e nb o n d sa l s oe x i s t e db e t w e e n 2 0 1r e s i nm o l e c u l e sa n da o - 6 0 m o l e c u l e s w h e nt h eh i n d e r e dp h e n o lw a s3 0p h ra n d2 01r e s i nw a s4 0p h r , t h e t e m p e r a t u r ef i e l di s - 3 9 - 9 6 5 w i t ht a n 8v a l u eh i g h e rt h a n0 3 a n dt h em i d d l e t a n s p e a kv a l u ew a so 7 0 t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eo r g a n i ch y b r i dw a sa l le f f e c t i v e m e t h o r dt oi m p r o v et h ed a m p i n g p r o p e r t i e so fl i ri nh i g h - t e m p e r a t u r er e g i o n k e yw o r d s b u t y lr u b b e r ；d y n a m i cm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ；d a m p i n g ；o r g a n i c h y b r i d ；h y d r o g e nb o n d s 青岛科技大学研究生学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 目录v 1 前言1 1 1 高分子材料的阻尼机理_ 1 1 2 丁基橡胶的阻尼特性1 1 3 阻尼材料的主要影响因素2 1 3 1 材料本身结构的影响2 1 3 2 聚合物各组分的影响2 1 3 3 交联度的影响2 1 3 4 填充体系的影响2 1 3 5 增塑剂的影响3 1 3 6 树脂的影响3 1 3 7 温度和频率的影响3 1 3 8 有机小分子氢键的影响4 1 4 高分子阻尼材料的制备方法5 1 4 1 共混和共聚5 1 4 2 互穿网络结构6 1 4 3 压电导电阻尼材料6 1 5 阻尼性能的评价与测定方法6 1 5 1l a 评价方法7 1 5 2l a 值确定方法9 1 5 31 a 值的评价方法9 1 6 丁基橡胶阻尼材料改性展望1 0 1 7 本课题研究目的、意义及主要内容1 1 v 宽温域高阻尼丁基橡胶材料的研究 1 7 1 本研究课题的目的、意义1 l 1 7 2 本研究课题的来源1 2 1 7 3 本研究课题的主要内容1 2 2 硫化体系对丁基橡胶动态力学性能的影响1 3 2 1 实验部分13 2 1 1 原材料及基本配方1 3 2 1 2 试样制备。1 3 2 1 3 测试与表征1 4 2 2 结果与讨论1 4 2 2 1 硫化特性及力学性能1 4 2 2 2 硫化胶储能模量e i 1 5 2 2 3 硫化胶损耗模量e l i 与损耗因子t a n l 5 1 7 2 3 本章小结1 9 3 炭黑填充丁基橡胶动态力学性能研究2 0 3 1 实验部分。2 0 3 1 1 原材料及基本配方2 0 3 1 2 试样制备2 1 3 1 3 测试与表征2 1 3 1 3 1 结合胶的测定2 l 3 1 3 2 动态力学性能2l 3 1 3 3 微观结构。2 l 3 2 结果与讨论2 1 3 2 1 炭黑类型2 1 3 2 2 炭黑用量2 6 3 3 本章小结3 0 4 酚醛硫化树脂对丁基橡胶动态力学性能的影响3 1 4 1 实验部分。3 1 4 1 1 原材料及基本配方31 4 1 2 试样制备3l 4 1 3 测试与表征。3 2 v i 青岛科技人学研究生学1 ) = 论文 4 1 3 1 动态力学分析( d m a ) 3 2 4 1 3 2 差示扫描量热分析( d s c ) 3 2 4 1 3 3 红外光谱分析( f t i r ) 3 2 4 2 结果与讨论3 2 4 2 1d s c 测试分析3 2 4 2 22 0 1 树脂对硫化胶损耗因子的影响。3 3 4 2 32 0 1 树脂对硫化胶储能模量e 的影响3 5 4 2 42 0 1 树脂对硫化胶损耗模量e i 的影响3 6 4 3 本章小结3 7 5 受阻酚a o 6 0 丁基橡胶交联体系的结构与动态力学性能3 8 5 1 实验部分3 8 5 1 1 原材料及基本配方3 8 5 1 2 试样制备3 9 5 1 3 测试与表征3 9 5 1 3 1 动态力学分析( d m a ) 3 9 5 1 3 2 差示扫描量热分析( d s c ) 3 9 5 1 3 3 红外光谱分析( f t i r ) 3 9 5 1 3 4 微观结构分析( s e m ) 3 9 5 2 结果与讨论3 9 5 2 1d s c 测试分析3 9 5 2 2 红外测试分析4 l 5 2 3 硫化胶损耗因子t a n 8 4 3 5 3 本章小结4 6 6 受阻酚a o 一6 0 2 0 1 树脂丁基橡胶交联复合材料的结构与动态力学 性能4 8 6 1 实验部分4 8 6 1 1 原材料及基本配方4 8 6 1 2 试样制备4 9 6 1 3 测试与表征4 9 6 1 3 1 动态力学分析( d m a ) 4 9 6 1 3 2 差示扫描量热分析( d s c ) 4 9 v i i 宽温域高阻尼丁基橡胶材料的研究 6 1 3 - 3 红外光谱分析( f t i r ) 4 9 6 1 3 4 微观结构分析( s e m ) 4 9 6 2 结果与讨论4 9 6 2 1d s c 测试分析4 9 6 2 2 红外测试分析5 0 6 2 3 硫化胶损耗因子t a n 6 5 2 6 2 4 硫化胶储能模量e 和损耗模量e i t 5 4 6 3 本章小结。5 6 结论与展望5 7 结论5 7 展望5 8 参考文献5 9 致谢6 3 攻读研究生期间发表( 录用) 论文6 4 独创性声明6 5 关于论文使用授权的说明6 5 v i i i 青岛科技大学研究生学位论文 1前言 随着现代科技和现代工业的快速发展，机械设备趋于高速化和自动化，因此 就不可避免的产生振动、噪音，疲劳断裂等一系列问题【l 2 】，从而影响机械的加工 精度和产品质量，加速机械结构的疲劳损坏，缩短机械的使用寿命，污染环境， 危害人们的身体健康。因此，减振降噪，改善人机工作环境是一个亟待解决的问 题p ，4 】。研制和开发综合性能优异的新型、高效阻尼材料己成为国内外关注的热点。 阻尼材料是一种能吸收振动机械能并把它转化为热能而损耗的功能材料。可 分为粘弹性阻尼材料( 即高分子阻尼材料) 、复合阻尼材料、陶瓷类耐高温阻尼 材料、高阻尼合金材料及近年来发展起来的压电阻尼复合材料【5 l 和有机杂化阻尼 材料 6 1 。其中高分子阻尼材料是研究最多、应用最广泛的一类阻尼材料。 1 1 高分子材料的阻尼机理 高分子材料的一个重要特性就是粘弹性，其阻尼作用直接与其动态力学松弛 相关。高分子材料在受到交变外力作用时，应变落后于应力，产生滞后【7 8 】。正 是由于滞后现象，在拉伸回缩循环变化过程中均需克服链段间的内摩擦阻力而产 生内耗，将机械能转化为热能，以热的形式耗散掉，从而起到了减震阻尼的作用。 1 2 丁基橡胶的阻尼特性 高分子材料内耗大小与其分子本身结构有关。当分子链带有取代基时，链段 运动的内摩擦力增大，内耗增加。丁基橡胶( i i r ) 是异丁烯和少量异戊二烯的共 聚物，其聚异丁烯链段上有对称甲基，且异丁烯结构单元在大分子中所占比例大 于9 7 ，因而大分子链取代基数目很多，链段的弛豫阻力增大，内耗较大，阻尼 减震性能较好【9 j 。其内耗峰从6 0 c 可一直持续到1 0 ，是一种有效功能区相当宽 的阻尼材料。损耗因子( t a n 8 ) 随温度的变化而变化，t a n 8 在3 0 c 左右有一极大 值，在5 5 附近有一肩峰。低温的肩峰对应于i i r 的t g ，而在3 0 的峰为i i r 的 特征峰，s a n d e r s 1 0 j 等把这一现象称为缓慢弛豫过程，) 徽b o y e r t l l 】指定为“液态 弛豫”，即“液一液”转变温度( t - t ) 。因此，i i r 有着特殊的“液液”转变，内耗峰既高 又宽。是一种比较理想的橡胶阻尼材料。 宽温域高阻尼丁基橡胶材料的研究 1 3 阻尼材料的主要影响因素 1 3 1 材料本身结构的影响 高分子材料的阻尼性能与其材料本身的结构密切相关。大分子链上庞大的侧 基、强极性取代基、数目较多的侧基、分子间氢键多、相互间作用强等都会使链 段运动的内摩擦阻力显著增加，从而使阻尼作用显著增加。因此，具有较多侧甲 基或极性侧基的i i r 和丁腈橡胶( n b r ) 的阻尼性能比天然橡胶( n r ) 好。在分 析不同侧基对阻尼性能的影响时发现，腈基侧基的强极性对阻尼性能贡献很大， 即n b r 具有很大的t a n 8 值。乙丙橡胶( e p d m ) 由于具有侧甲基，阻尼性能较 好，同时因其化学稳定性好，耐低温、耐热、耐候、耐臭氧、耐水、耐极性介质 等优良性能1 1 2 1 。工艺性能考虑，阻尼材料的邵尔a 型硬度最好低于7 5 度。 1 3 2 聚合物各组分的影响 对宽温域阻尼材料设计。要求阻尼材料各组分的玻璃化温度t g 相隔要远。 从理论上讲，阻尼复合材料的阻尼温域不可能超过两组分t g 的上、下限的温度 区域。再考虑到形成复合体系后，t g 的内移效应，因此两组分的t g 相隔要足够 远【7 j 。若每个组分都有较高的阻尼性能，毫无疑问，阻尼复合材料将具有优异的 阻尼性能。 1 3 3 交联度的影响 适当的交联可以增加聚合物链段间的摩擦力，增大阻尼值；但交联过高则会 由于链段的活动能力降低而使阻尼值下降。在低交联度的情况下，可以得到加宽 的玻璃态转变峰；而在较高的交联度下，可得到介于两组分t g 之间的一个单独 的玻璃态转变峰。表明随着交联度的提高，增加了两组分的相容性。有试验表明 【b l ，交联度增大，材料的阻尼温域变大。因此通过选择合适的交联度，可以在较 宽的温域内获得较高的阻尼性能。曾威等1 1 4 j 认为，交联度减小，橡胶大分子链活 动性增强，大分子链段间、填料与填料间、大分子链段与填料间的摩擦机会增多， 有利于振动能转化为热能，从而提高材料的阻尼性能。但交联度对阻尼性能的影 响是较复杂的，不同橡胶阻尼材料的适合交联度范围还有待进一步的研究。 1 3 4 填充体系的影响 2 l 111_0-_一 一 一 一i卜i卜卜 青岛科技大学研究生学位论文 填充剂是除橡胶本身结构之外影响其动态阻尼特性最为显著的因素。橡胶在 变形的情况下，橡胶分子运动，链段与填料之间或填料与填料之间的内摩擦，会 使硫化胶的阻尼增大。填料的粒径越小，比表面积越大则与橡胶分子的接触表面 增加，物理结合点增多，触变性较大，在动态应变中产生滞后损耗而且粒子之间 的摩擦也会因表面积增大而增大，表现出较大t a n s 7 。填料的活性越大，则与橡 胶分子的作用越大，阻尼性能也随之增加。另外，填料粒子的形状对橡胶的阻尼 特性和模量也有较大影响。 1 3 5 增塑剂的影响 用作阻尼橡胶的增塑剂，要求使阻尼转变区增宽，这种增宽作用主要取决于 增塑剂的特性及其与橡胶的相互作用。如果增塑剂在橡胶中只有一定限度的溶解 度，或增塑剂根本不相溶而纯属机械混合，则阻尼转变区就会变宽。但是，随着 增塑剂用量的加大，橡胶的蠕变和应力松弛增加，影响橡胶的阻尼特性，因而， 增塑剂的用量不宜过多【1 5 1 。 1 3 6 树脂的影响 树脂通常是相对分子量为几百到几千，受热后有软化或熔融范围，软化时在 外力作用下有流动倾向，常温下是固态、半固态，有时也可以是液态的有机聚合 物。树脂的加入，通常能增加材料的粘度，改善阻尼材料的粘接性能，对材料的 阻尼性能也有很大的影响。吴彩云等【l6 】研究苯乙烯异戊二烯苯乙烯嵌段共聚物 ( s i s ) 石油树脂共混物的高温阻尼性能：微观分相的s i s 具有两个独立的损耗 因子峰。聚苯乙烯( p s ) 硬段含量越大，s i s 的高温损耗因子峰值越大，粘流温 度越高，高温阻尼性能越好。石油树脂改善了s i s 软硬段的相容性，使共混物的 损耗因子峰较宽和峰值较大，从而在较宽的温域内具有良好的阻尼性能：随着石 油树脂软化点升高，共混物的阻尼温域增大，且向高温方向移动。 1 3 7 温度和频率的影响 只有在特定的温度范围内，即材料的玻璃态转变区，高分子材料才会呈现出 高阻尼能力。这个特定的温度范围，在频率恒定的条件下，仅取决于材料的本身。 高分子阻尼材料的模量在恒定温度下，总是随着频率的增加而增加。然而其损耗 因子随频率的变化关系却取决于一定的温度范围，这就是说根据材料的物理状态 不同而异。当材料处于玻璃态区域温度时，材料的损耗因子随着频率的降低而增 宽温域高阻尼丁基橡胶材料的研究 高：但是在高弹态区域温度内，材料的损耗因子却随着频率的降低而降低。因此 频率对粘弹性阻尼材料性能的影响也是重要因素。 使用条件不同，阻尼材料的适合振动频率范围不同。振动频率的影响与温度 相似。低频与较高温度、高频与较低温度对材料动态力学性能的影响一致。实际 工程中，阻尼材料分为低频高阻尼材料和高频高阻尼材料，对于不同的使用环境， 可采用不同振动频率的高阻尼材料。 1 3 8 有机小分子氢键的影响 最好的阻尼材料既要有好的阻尼性能又要有很高的模量，同时能对t g 进行 控制以满足不同的需求【l 兀。近年来，用有机小分子与聚合物形成杂化体系得到高 阻尼材料的做法，被认为是开创了制备高性能阻尼材料的新概念、新方法【1 3 l 。将 受阻胺、受阻酚类有机小分子化合物加入氯化聚乙烯( c p e ) 、聚丙烯酸酯( p m a c ) 、 氯化聚丙烯( c p p ) 等极性聚合物中形成的二元有机杂化体系具有特别优异的阻 尼性能。由此开发出的有机杂化体是由含一定双官能团有机小分子和极性聚合物 形成的混合物，在宏观上实现了较均匀的分子水平的混合，在微观上具有大量较 均匀的微相分离区域，加上相互之间的氢键等作用力的存在，既能大幅度提高损 耗因子峰高度，又可以调控损耗因子峰的位置，使该方法所得的阻尼材料的性能 非常突出【1 们。 以a o 6 0 四重 亚甲基3 ( 3 ，5 二叔丁基4 羟基苯基) 丙酸基】甲烷 ， a o 8 0 ( 3 ，9 - 双 1 ，l 一二甲基2 1 1 3 ( 3 叔丁基4 羟基5 甲基苯基) 丙酸基】乙基2 ，4 ， 6 ，8 四氧杂螺环( 5 ，5 ) 十一烷) ) 为例。w u 等 2 0 - 2 2 l 在这方面作了一些研究：在c p e 中添加受阻酚( 如a o 6 0 ，a o 8 0 等) ，通过热压法制得受阻酚c p e 复合材料。 在该类复合材料中，部分受阻酚分子较均匀地分散在c p e 基体中，而大部分受阻 酚分子形成含有c p e 分子的聚集体。他们认为在这种受阻酚聚集体中，受阻酚的 羟基与c p e 分子链间形成了氢键，这就在动态作用下增加了分子问的摩擦力，同 时由于分子间氢键的断裂会吸收大量的能量，从而提高了材料的阻尼性能。张立 群等【2 3 洲对n b r a o 8 0 、n b r a o 6 0 共混体系的研究结果表明受阻酚可均匀分 散在n b r 基体中，其中a o 8 0 的分散尺寸可达到纳米级别，a o 6 0 的分散尺寸 是微米级。受阻酚n b r 复合材料具备新颖的动态力学性能，n b r a o 8 0 复合材 料呈现单一转变峰，并且随着a o ，8 0 用量的增加，转变峰的位置明显向高温移动， 同时t a n 5 峰值显著增大；n b r a o 6 0 复合材料却呈现三个转变峰：基体的t a n 8 峰移向高温，但峰值变化不多；5 3 c 和1 0 0 的转变峰分别是a o 6 0 自身的氢键 损耗峰和a o 6 0 微粒中的有序结构遭到破坏的损耗峰。 4 青岛科技大学研究生学位论文 1 4 高分子阻尼材料的制备方法 i i r 高阻尼值的有效阻尼功能区主要集中在低温部分，1 0 c 以上几乎丧失阻尼 功能。近年来，为提高i i r 的阻尼性能，世界各国对i i r 阻尼功能区的拓展做了大 量的研究工作。 1 4 1 共混和共聚 单一高分子材料的玻璃化转化区较狭窄，无法满足宽温域、宽频率阻尼的要 求。将两种或多种聚合物共混改性是拓宽阻尼材料的玻璃化转化区最常用的方 法。其原理是通过共混使聚合物合金具有微观相分离的结构，从而扩展阻尼峰的 半峰宽，使其两个( 或多个) 玻璃化转变区的凹谷上升为平坦区【2 5 1 。赵云峰 2 6 1 研究了以i i r 和硅橡胶为基础的共混型z n 系列粘弹性阻尼材料的性能。i i r 、硅橡 胶及某些树脂组成的共混体系混容性较好，且共混体系的玻璃化转变温度和树脂 用量之间有定量关系，所以通过调整配方可以得到一系列性能较好的粘弹性阻尼 材料。日本专利j p 11 - 2 6 3 报道了一种减震橡胶，生胶为i i r 和e p d m 的共混物 门 尼粘度m l o + 4 ) 1 0 0 c 为5 0 - l o o ，硫化剂为硫黄硫化体系，所得硫化胶拉伸强度为 4 1 m p a ，j i s a 硬度为1 6 ，损耗因子为1 6 2 ( 5 0 h z ) 1 2 7 1 。郭建华1 2 8 】考察了c i i m i r 共 混体系的动态粘弹特性和物理机械性能，测试结果表明，并用比对上述性能有显 著的影响。随着共混料中c i i r 比例的增加，共混胶t g 和峰值t a n 6 逐渐增大，c i i r 对拓宽i i r 的阻尼温度范围有明显的作用。 接枝共聚是用化学方法把另一种单体接到聚合物主链上，当聚合物受外力作 用时，具有一定长度的侧链段也产生运动和摩擦，将机械能转化为热能，聚合物 的侧链越多，侧链与侧链之间的缠结越紧，共聚物的阻尼效果越好。嵌段共聚是 把两种或多种不同聚合物链段按尾尾或头头方式联接在一起，这种共聚方式使 体系的内聚能增大，而且带官能团单体的加入也可以强化高分子链间的交联，使 共聚物的t a n 8 增大1 2 5 j 。k i m u r a 等【2 9 】采用对i i r 和聚酰胺均有反应活性的甲基酚醛树 脂合成了既含有i i r 段又含有聚酰胺段的嵌段共聚物，分别制得含有1 0 份该嵌段共 聚物和不含该嵌段共聚物的i i r 和聚酰胺的共混物，两种共混物中i i r 和聚酰胺的 质量比均为7 0 3 0 。结果表明，含有该嵌段共聚物的i i r 的加入使i i r 高温区域的阻 尼性能有较大幅度的提高。用甲硼烷作催化剂，可在i i r 主链上通过自由基聚合接 上第二种聚合物的支链，例如聚甲基丙烯酸甲酯等【3 0 】。当支链及接枝点间主链足 够长时，这些聚合物可同时具有主链和支链均聚物的性质，具有低透气性和宽阻 尼性。 宽温域高阻尼丁基橡胶材料的研究 1 4 2 互穿网络结构 互穿网络( i p n ) 是指2 种或2 种以上相互贯穿而成的一种交织网络结构， 网络之间相互交叉渗透、机械缠结，从而起着强迫互容和协同作用等独特的结构 与性能，可以使不相容或半相容的聚合物组分通过i p n 技术结合起来，形成物理 互锁，从而得到玻璃化转变区温度范围宽、阻尼峰高的阻尼材料【3 i - 3 3 1 。j a 曼森 认为p 引，当受到外力作用时，聚合物互穿网络阻尼材料中聚合物网络紧密或疏松 程度的涨落，即聚合物网络的形变和恢复是产生阻尼的主要原因。由于网络间的 互穿限制了分离，造成了强迫互容，提高了组分间的相容性，可以得到高性能宽 温域的阻尼材料【3 5 , 3 6 。廖明义3 7 1 等采用分步法，以i i r 为聚合物网络i ，聚( 苯乙 烯- 甲基丙烯酸甲酯) 【p ( s t m m a ) 为聚合物网络i i ，制备了丁基橡胶聚( 苯乙烯 甲基丙烯酸甲酯) 互穿聚合物网络 i i r p ( s t m m a ) i p n ，该网络表现出较好的阻 尼性能。何显儒1 3 引等为了使c i i r 的阻尼功能区向高温区拓展，制备宽温宽频阻 尼材料，将c i i r 与p m a c 共混制备了i p n 复合阻尼材料，该材料有效地实现了 阻尼功能区向高温区拓展，其中，c i i r p e m ai p n 具有较高的阻尼值，但阻尼温 区较窄，而c i i r p b m ai p n 同时具有较高的阻尼值和较宽的有效阻尼温区，在 1 0 h z 下，t a n s m a x _ 0 6 5 ，t a n 8 大于0 3 的有效功能区可从5 0 持续至6 0 。 1 4 3 压电导电阻尼材料 压电阻尼材料是在高分子材料中加入压电粒子，一旦受到振动，压电粒子就 能将振动能转化为电能，导电粒子再将其转化成热能耗散，具有减振、吸声的作 用p 9 j 。能量的损耗一部分是通