受阻酚/丙烯酸酯聚合物杂化体系的阻尼稳定性研究

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近年来,氢键等非共价键诱导的大分子-小分子杂化体系的自组装凝聚态结构及其功能化应用受到广泛瞩目。本论文重点研究受阻酚/聚丙烯酸酯杂化体系的氢键强度和数量对阻尼特性及其在使用环境中的阻尼稳定性影响,为开发和制备高性能阻尼材料及快速预测阻尼稳定性提供实验基础。  FTIR和DSC分析表明,1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基)丙烷(CA)的自聚氢键强度远小于同聚丙烯酸酯的氢键强度,但是分子间氢键作用与丙烯酸酯聚合物种类密切相关,PBA、PEA和POEA与CA之间具有相同和较弱的氢键强度,而PBMA和PMOEA与CA之间具有相同且较强的氢键强度。对于POEA/CA和PMOEA/CA来说,除了酚羟基与羰基的氢键作用,还存在甲氧基与酚羟基之间的氢键作用,因此氢键数量较多。DMA测试表明,杂化体系的阻尼性能随CA含量的增加而提高,但是这种阻尼增效作用与丙烯酸酯聚合物有关。对于没有甲基的丙烯酸酯而言,CA的阻尼增效较弱,其中PBA/CA体系最弱,而POEA/CA体系在小分子高含量下具有较优异的阻尼性能。对于有甲基的PBMA和PMOEA体系,阻尼增效作用均强于没有甲基体系,其中PMOEA体系尽管氢键强度与PBMA一样,但是由于杂化体系内实际形成的有效氢键数量提高,因此阻尼性能优于PBMA体系,是我们研究以来最好的阻尼体系。这些结果说明对于同一种小分子而言,小分子与聚合物之间的氢键强度越大,氢键数量越多,小分子对聚合物的阻尼增效越强。  接着研究了老化温度和老化时间对不同种类杂化材料阻尼稳定性的影响。结果表明,老化时间越长,阻尼性能衰减越严重,老化温度和小分子含量越高,阻尼性能衰减越快。FTIR分析发现,阻尼衰减伴随着小分子与聚合物之间氢键数量的减少,说明阻尼衰减与小分子凝聚密切相关。POEA/CA的稳定性好于PBA/CA,PMOEA/CA的稳定性好于PBMA/CA,因此通过在基体聚合物上增加氢键受体位点的方法可以提高阻尼稳定性。阻尼性能衰减活化能与小分子种类和含量没有必然的关系,但是与聚合物种类有关。宽频介电谱测试表明,阻尼衰减动力学与杂化体系快β松弛密切相关。随着小分子含量上升,杂化体系的快β松弛虽受抑制,但其活化能取决于聚合物基体,与小分子种类和含量无关。我们发现杂化体系阻尼性能衰减活化能与快β松弛活化能十分接近,杂化体系的阻尼稳定性很可能受控于快β松弛,这个结果为快速检测杂化阻尼材料的使用寿命提供了一种新的方法。
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