论文部分内容阅读
聚合物具有的粘弹性，特别是在玻璃化转变区域，所呈现出的高阻尼性使其特别适合用作阻尼材料，起到减振降噪的目的。为了拓宽聚合物材料的玻璃化转变温度，获得更佳的阻尼效果，研究者们尝试了多种方法。最常用的方法是将几种不同玻璃化转变温度的材料共混或共聚，使各自的Tg产生相对位移和靠近，抬高两个玻璃化转变区的低谷；互穿聚合物网络技术也是一类有效扩宽玻璃化转变的方法，在此体系中相分离区被限制在非常小的范围内，形成强迫相容结构从而产生高阻尼特性；通过添加填料，利用填料与分子链段的磨擦来产生高阻尼也是一类增加阻尼性能的方法。最近研究发现，将一些带有官能基团的有机低分子加入到极性聚合物中，通过调控低分子在基体中的分散和结晶状态，可以产生极高的阻尼效果。基于这种理念，本文选用氯化丁基橡胶(CIIR)作为基体，通过添加有机低分子AO-80，环氧天然橡胶(ENR)，石油树脂，制备了高性能阻尼材料。
首先研究了有机低分子AO-80对CIIR阻尼性能的影响。DMA测试结果表明体系呈现两个转变峰，低温区对应CIIR的转变，高温区对应AO-80的转变。大量AO-80富集相分散在CIIR基体中，在这些富集相内，部分CIIR链段间较弱的相互作用被CIIR与AO-80间由氢键所形成的较强相互作用所替代。相比CIIR，AO-80对ENR阻尼性能的改善更加显著。ENR的转变峰随AO-80量的增加不断增强，且向高温方向移动。红外测试表明ENR与AO-80间有氢键作用，AO-80含量较少时，AO-80可以在ENR中较好地分散；随AO-80含量的增多，ENR链段部分被AO-80包裹，阻碍了与其它AO-80的相互作用，Gorden-Taylor的k值反映的是被包裹了AO-80的ENR链段与游离的AO-80间的相互作用。CIIR/ENR/AO-80体系中，ENR起到了相容剂的作用，抬高了CIIR与AO-80转变峰间的低谷，改善了体系的阻尼性能。
为了进一步提高CIIR的阻尼性能，选用石油树脂来增加材料的损耗因子。随石油树脂软化点的增高或含量的增大，损耗因子的峰值向高温移动。石油树脂P70对CIIR具有优异的阻尼赋予功能，当P70含量为100份时，阻尼峰值达2.25，损耗因子大于1的温度范围接近50度。损耗因子峰值及其相应出现的温度与P70的含量呈现良好的线性关系。因此，通过调节P70含量，可以获得不同温度下使用的高性能阻尼材料。
CIIR与石油树脂共混产生很高的阻尼特性，将这种特性应用于橡胶产品研制中，可以制备出满足不同需要的阻尼橡胶制品。在轨道橡胶垫板中加入适量的CIIR与石油树脂，可以显著提高垫板的阻尼性能。在满足铁道部TB/T2626-1995的标准下，损耗因子tanδ>0.3的温度范围可从-30℃～60℃。溴化丁基再生橡胶与石油树脂共混，加入合适的阻燃剂，可以制备价格低廉、阻尼性能良好的消音阻燃材料。
在阻尼材料的实际应用中，聚合物总是贴付在刚性层如钢或铝的表面。有两种最常用的阻尼处理方式。一种是自由阻尼处理形式，直接将粘弹性材料粘贴在需要减振的结构元件表面，通过材料的拉伸变形来消耗能量。另一种是约束阻尼处理形式，将粘弹材料作为中间层，两面贴附刚性层作为约束层，形成三明治结构。通过粘弹材料的剪切变形来耗散能量。
动态力学分析仪(Dynamic Mechanical Analysis)是测试材料阻尼性能有力的工具。通过DMA，可以对约束阻尼梁的动态力学行为进行很好的表征。DMA测试结果表明，约束阻尼结构损耗因子将随频率、温度、阻尼层材料的改变而发生显著变化。基于CIIR/P70的高阻尼性，阻尼层材料选用了CIIR与P70的共混物。通过DMA分别考察了夹有不同CIIP/P70组分的约束阻尼结构损耗因子在一系列温度、频率下的变化情况。结果显示相同的测试条件下，阻尼层材料不同会导致三明治梁的动态力学行为呈现完全不同的表现。
为了解释约束阻尼梁在不同温度、频率、组成下的动态力学行为，建立了有效的理论模型。理论模型表明阻尼层材料出现损耗因子最大值所需的条件与相应的三明治约束阻尼结构损耗因子出现最大值的条件不一致。在频率相同的情况下，结构损耗因子出现最大值的温度要低于相应阻尼层材料损耗因子最大值出现的温度。结构损耗因子是受阻尼层材料损耗因子和剪切模量共同影响的，这种影响的结果可以通过模型定量表示出来，从而有效预见三明治梁出现结构损耗因子最大值的条件。模型的建立对实际中的阻尼应用可以作出理论上的指导，DMA的使用可以作为评测约束阻尼结构梁阻尼行为的有效方法。