聚氨酯/聚丙烯酸酯IPN材料阻尼性能研究

摘要

交通领域的振动和噪声控制对改善运行安全和环境具有十分积极的意义，因此开展IPN阻尼材料的基础研究是轨道交通领域十分重要和迫切的任务。高聚物阻尼材料由于其粘弹性而具有很高的阻尼性能，受到国内外的广泛重视。
　　本文采用连续法合成了聚氨酯/聚(甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸β羟乙酯)互穿聚合物网络阻尼材料。通过改变成分配比、后处理工艺、交联剂用量、无机填料石墨含量等手段制备出一系列样品。
　　在室温下对高分子阻尼材料进行硬度试验分析，得到不同制备工艺下材料在室温下的硬度，同时对组分配比，交联剂的用量和无机填料的影响进行了分析。利用差示扫描量热法(DSC)研究了材料的玻璃化转变温度以及热稳定性。结果表明随着聚甲基丙烯酸酯(PA)的含量的增加，IPN材料的玻璃化转变温域由89℃增加到94℃。
　　采用动态热力学分析(DMA)和强迫共振法测试了材料在-40℃～120℃下的损耗因子，分析了制备工艺，环境温度和振动频率对阻尼性能的影响。实验结果表明，(1)材料的阻尼性能受组份配比，交联度，热处理以及无机填料的影响。其中组分配比为40/60，交联剂含量为1.5％，石墨添加量为20％并进行热处理的材料的损耗因子最大。(2)在DMA温度谱上，损耗因子(tanδ)大于0.3的材料的温域最宽为63℃，损耗因子最大值为0.55。温度的变化影响了材料分子链的运动及材料内部自由体积，从而对材料动态力学性能产生影响。由材料的热老化试验数据看出，保持温度在120℃时，随着老化时间的延长，材料的损耗因子先增加后降低；加热时间为96小时的条件下，随着老化温度的增加，材料的损耗因子急剧下降。(3)振动频率对阻尼性能的影响与其分子结构有关。由强迫共振法结果可知，当频率在10～1300Hz时，材料的损耗因子均大于0.3。随着甲基丙烯酸酯含量的增加，损耗因子值大于0.3的频率范围增加，最大频域为1019Hz。其原因在于，钉扎在交联点间的侧甲基-COOCH3和-COOCH2CH3链段较长，极性较强，所以较低的频率不能使其运动，必须提高振动频率，才能激发其参与运动并增加内摩擦，提高阻尼性能。