功能粒子摻雜聚氨酯基阻尼復(fù)合材料.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)時(shí)代的來臨，具有吸音減震功能的阻尼材料被廣泛的應(yīng)用于交通運(yùn)輸、機(jī)械制造、建筑裝飾、精密儀器以及軍事裝備等領(lǐng)域。但是由于應(yīng)用領(lǐng)域的不同，對阻尼性能的要求也往往有所不相同，為了達(dá)到對多頻段振動波的有效吸收，迫切的需要開發(fā)出一種既具有較高阻尼峰值，又具有較寬阻尼溫域的新型阻尼材料。對于聚合物基阻尼材料來說，由于其在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度附近分子鏈開始運(yùn)動，因此消耗大量能量，從而也使其具有了較高的阻尼峰值。但是一般均聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度范圍

2、僅有20-30℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。因此通常通過將兩種或多種聚合物進(jìn)行共混或共聚改性以及構(gòu)造互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)(IPN)來擴(kuò)寬聚合物的阻尼溫域，但這些方法在擴(kuò)寬阻尼溫域的同時(shí)往往會降低阻尼峰值，如何達(dá)到阻尼溫域與阻尼峰值的平衡是一個(gè)亟待解決的問題。
　　本研究首先利用接枝共聚改性的方法將含有不同軟段的聚醚型聚氨酯與環(huán)氧樹脂聚合在一起，然后利用分段固化的方法，將接枝后的環(huán)氧樹脂與聚酯型聚氨酯形成接枝IPN來擴(kuò)寬阻尼溫域，但為了

3、在拓寬阻尼溫域的同時(shí)，不降低阻尼峰值，又將具有特殊結(jié)構(gòu)或性能的四腳狀氧化鋅晶須(T-ZnO whisker)、壓電陶瓷鋯鈦酸鉛(PZT)以及介孔分子篩(mesoporus moleuclar sieve，MCM-41)摻雜到接枝IPN基體中，獲得了具有優(yōu)良阻尼性能的功能粒子摻雜阻尼復(fù)合材料，并對接枝共聚改性、接枝IPN及功能粒子對復(fù)合材料阻尼性能的影響和作用機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)研究，具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)利用含有不同分子鏈結(jié)構(gòu)的

4、聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)和聚四氫呋喃(PTMG)來合成聚醚型聚氨酯-環(huán)氧樹脂(TPU-EP)接枝共聚物。DMA測試結(jié)果表明，所有的接枝共聚物均顯示出單峰趨勢，但接枝共聚反應(yīng)可以使有效阻尼溫域擴(kuò)寬。三種聚醚多元醇相比，PEG型接枝共聚物的損耗因子峰值最大，而PPG型接枝共聚物的有效阻尼峰值最寬。聚醚型聚氨酯與環(huán)氧樹脂的配比對阻尼峰值出現(xiàn)的位置和有效阻尼溫域有很大影響。與純環(huán)氧樹脂相比，在PPG∶EP=70∶30條件下，有效阻

5、尼溫域（tanδ≥0.3）從47.0℃拓寬到120.3℃，但最大損耗峰值由1.44降為0.63。
　　(2)通過構(gòu)造由TPU-EP與聚酯型聚氨酯組成的接枝IPN，使材料的有效阻尼溫域拓寬至178.8℃，但最大損耗峰值仍維持在1.10，獲得了良好的阻尼效果。而通過熱重分析表明，IPN結(jié)構(gòu)可以提升聚合物的耐熱性，但作用的溫度范圍有限。通過SEM和TEM觀察發(fā)現(xiàn)，TPU-EP是以相互交錯連接的圓柱形長鏈的形式存在于聚酯型聚氨酯基體中。<

6、br>　　(3)將四腳狀氧化鋅(T-ZnO)晶須摻雜到接枝IPN中，通過DMA研究發(fā)現(xiàn)，T-ZnO晶須使復(fù)合材料的阻尼峰值升高，并且低溫峰值提高的效果優(yōu)于高溫的效果。當(dāng)T-ZnO晶須含量為10wt.％時(shí)，最大損耗峰值達(dá)到1.44，而有效阻尼溫域仍保持在168.7℃。并且T-ZnO晶須對材料的耐熱性能和力學(xué)性能的提升也有幫助。
　　(4)對于由介孔分子篩和接枝IPN組成的阻尼復(fù)合材料，當(dāng)介孔分子篩含量在10 wt.％以下時(shí)，隨著介孔

7、分子篩含量的增加，阻尼峰值和出峰溫度都有所升高，最大損耗峰值達(dá)到1.34，但當(dāng)介孔分子篩含量超過10 wt.％后，阻尼峰值則迅速下降。與聚合物基體相比，由于介孔分子篩對熱傳導(dǎo)的阻礙作用，使復(fù)合材料的耐熱性能大幅提高，起始分解溫度提升了30℃，并且復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度提升也了20％。
　　(5)由于壓電效應(yīng)的影響，當(dāng)將鋯鈦酸鉛摻雜到接枝互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，材料的阻尼峰值大幅提升，而且導(dǎo)電炭黑的加入使阻尼峰值更是達(dá)到了2.38，但炭

8、黑的含量存在一個(gè)“閥值”，只有達(dá)到適當(dāng)?shù)碾妼?dǎo)率時(shí)才能獲得最好的阻尼效果，通過XRD、SEM及TG等對該復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征。而且從力學(xué)性能來看，少量的PZT和導(dǎo)電炭黑可提高材料的力學(xué)性能，但含量過多時(shí)材料內(nèi)部缺陷增加，使復(fù)合材料的力學(xué)性能下降。
　　綜上所述，接枝共聚和IPN均可有效的擴(kuò)寬聚合物基體的有效阻尼溫域，且可以通過改變反應(yīng)物的配比來調(diào)整出峰位置和阻尼峰寬度。通過摻雜具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的功能粒子會提高材料的阻尼峰