丙烯酸酯橡胶阻尼材料研究进展

新型的聚合物阻尼材料的研究与进展——丙烯酸酯橡胶阻尼材料研究进展

专业及班级：高材09级（1）班

姓名：董飞

学号： 40901020107

目录

摘要： (2)

关键词： (2)

概述 (2)

１高聚物材料的阻尼机理 (2)

２丙烯酸酯橡胶阻尼的改性方法 (3)

２．１共混改性 (3)

２．２共聚 (4)

２．３ＩＰＮ (4)

２．４添加有机小分子 (5)

２．５填充改性 (5)

３结论 (6)

４展望 (6)

丙烯酸酯橡胶阻尼材料研究进展

摘要：

分析了高聚物材料的阻尼机理，简要介绍了阻尼性能的评价方法，重点阐述了丙烯酸酯橡胶的共混、共聚、ＩＰＮ、添加小分子及填充改性制备高性能阻尼材料的研究进展，指出对丙烯酸酯橡胶阻尼材料应用于耐高温环境的阻尼性能缺乏研究，还有待深入，研制集绿色和多功能为一体的新型阻尼材料将是未来高聚物阻尼材料又一个重要的发展方向。

关键词：

丙烯酸酯；阻尼材料；共混；橡胶；共聚

概述

在现代科技高速发展的时代，各种机械设备正向高速、高效、自动化方向发展，但其在工作时所产生的振动和噪声严重破坏了机械本身的精确度、可靠性和稳定性，而且还会缩短机械零部件的使用寿命，同时也会对人们的身心健康产生严重的影响，如损伤听力、影响睡眠、诱发疾病等。因此，通过增大机械系统的能量损耗来达到减振、降噪目的的阻尼研究一直是国内外关注的焦点。在阻尼材料的研究过程中，高阻尼、宽温域的阻尼材料是研究的重点。在应用于阻尼材料的高分子材料历史中，橡胶因具有高弹性而优先得到使用。丙烯酸酯橡胶（ＡＣＭ）是橡胶类的一种，是以丙烯酸烷基酯为主要成分的耐高温、耐油性、耐臭氧、抗紫外线等综合性能优异的合成橡胶，耐高温仅次于氟橡胶和硅橡胶，且价格仅为氟橡胶的１／１０。丙烯酸酯橡胶阻尼材料在室温附近的阻尼性能优越，同时具有良好的粘结性能和力学性能，以及耐热、耐老化等优点，在减振和吸声等领域逐渐受到关注［１－５］，并广泛应用于汽车、机械、电子、化工、仪表、轻工等行业中。本文简要介绍了高聚物材料的阻尼机理，重点阐述了丙烯酸酯

橡胶阻尼材料的改性方法。

１高聚物材料的阻尼机理

高聚物阻尼材料是目前应用最广泛的黏弹性阻尼材料，因其结构的特殊性而

广泛地应用于阻尼材料之中，它兼有黏性液体损耗能量的特性和弹性固体储存能量的特性，已成为当前阻尼材料研究的热点。高聚物之所以具有优异的阻尼性能，是由其特殊的分子结构决定的。高聚物材料的阻尼性能与高分子材料自身的分子结构有关，其黏弹性是高分子材料形变性质的重要特征，高聚物在交变应力的作用下，形变滞后于应力变化，发生滞后现象。因此，高聚物阻尼作用机理直接与高聚物的动态力学松弛性质相关。当高聚物与振动物体相接触时，必然吸收一定量的振动能量而变成热能，结果使振动受到阻尼作用。聚合物受力形变时产生的滞后现象的大小决定了其阻尼作用的大小。由于滞后现象，使得材料的拉伸－回缩循环变化均需要克服其本身的大分子链段之间的内摩擦阻力而产生内耗［６］，正是形变－恢复循环变化过程中的这种内耗将机械能以热能的形式耗散掉而起到了阻尼作用。测定高聚物阻尼常用的实验方法有［７］：自由振动、强迫共振、强迫非共振、声波传播，其中强迫非共振法是最为常用的方法，因为它能直接给出阻尼损耗因子ｔａｎδ与温度Ｔ、储能模量Ｅ与Ｔ的关系曲线，这些曲线能表明高聚物材料玻璃化转变行为的某些重要特性，通过分析这些曲线的变化情况可以得到一些与阻尼性能相关的信息。高聚物的ｔａｎδ值越高、阻尼温域越宽，阻尼性能就越好。衡量高聚物阻尼性能的方法目前主要有２种：ＴＡ定性评价法和ＬＡ定量评价法［８－９］。

２丙烯酸酯橡胶阻尼的改性方法

丙烯酸酯橡胶作为综合性能优良的阻尼材料，在航空航天和航海以及民用等领域具有广阔的应用前景，但是，其玻璃转变温度区只在２０～３０℃，有效阻尼区域狭窄，不能完全满足工程应用的需要而受到限制，因此必须对其进行改性［１０］。为了研制能满足特定使用要求的高聚物阻尼材料，采用共混、共聚、互穿网络聚合物等改性方法，可有效拓宽高聚物的玻璃转变温度Ｔｇ的温域，满足材料高阻尼性能的要求。

２．１共混改性

单一高分子材料的有效阻尼区域较狭窄，用作阻尼材料时经常无法满足宽温域高阻尼的使用要求。为拓宽玻璃化转变温域，将两种或多种聚合物进行共混改性是最常用的改性方法，其原理是通过共混使聚合物材料具有微观相分离的结构从而拓宽阻尼峰的半峰宽，使其２个（或多个）玻璃转化区的凹谷上升为平坦区。这就要求共混的聚合物的Ｔｇ值相差比较大，共混组分必须是部分相容的，这时组分（或多组分）的玻璃化温度才能产生相对位移和靠近。Ｈｕａｎｇ等［１１］

将丙烯酸酯橡胶与硅橡胶共混，制备了有机硅／丙烯酸酯复合橡胶阻尼材料，其使用温度和频率范围均较宽，阻尼温域可以拓宽到１４０～１５０℃，在１Ｈｚ的测试振动频率下，ｔａｎδ可以控制在０．７～１．１，且可根据需要调整该共混复合物的阻尼温域和ｔａｎδ值。郑诗建等［１２］在丙烯酸酯橡胶和聚氯乙烯共混体系阻尼特性的研究中发现，通过共混技术，向丙烯酸酯橡胶中加入聚氯乙烯（ＰＶＣ），其共混物在－１０℃和８０℃呈现出２个阻尼峰，并且两峰间的阻尼值有所提高。当ＰＶＣ含量大于４０份时，共混物在－１０～１１０℃温度区域ｔａｎδ达到０．２５～０．６０，使材料的使用范围得到了扩展。ＬｉＹｏｎｇｊｉｎ［１３］等在探讨聚偏二氟乙烯（ＰＶＤＦ）与丙烯酸酯橡胶（ＡＣＭ）共混物双层晶体结构及其双轴向行为时发现，二者共混后玻璃转变温度向高温区移动，ＰＶＤＦ含量小于６０％时，二者完全共混，损耗因子随着ＰＶＤＦ含量的减少而增加，当ＰＶＤＦ含量与ＡＣＭ含量比为２０∶８０时，损耗因子可达到２．５。也有一些学者［１４－１５］将酚醛树脂（ＰＦ）作为“阻尼赋予剂”与ＡＣＭ共混，发现ＰＦ的羟基和ＡＣＭ羰基之间具有分子间的氢键作用，会提高共混物的阻尼性能，随着ＰＦ的含量和分子量的增加，共混物的阻尼峰会向高温移动并且变宽，而且共混物作为阻尼材料使用，其成本也会降低。

２．２共聚

通过分子设计调整共聚物的结构，由共聚制得的阻尼材料在较宽的温度范围内可呈现良好的阻尼性能。李素青等［１６］在研究丙烯酸酯共聚物的分子设计及阻尼性能时发现，将含有乙烯基聚硅氧烷（ＰＶＭＳ）大分子硅单体与丙烯酸酯进行乳液自由基共聚，制得了较好的阻尼性能的丙烯酸酯类宽温域阻尼材料，其ｔａｎδ值最高可达２．０１，阻尼峰峰宽可达１００℃。Ｃｈｕ等［１７］报道了乙烯基乙酸酯与丁基丙烯酸酯共聚物的ｔａｎδ可以控制在１．７６～１．８０，阻尼温域也比较宽，且体系的ｔａｎδ值随着乙烯基乙酸酯含量的增加而提高。

２．３ＩＰＮ

通过化学或物理方法将两种或两种以上聚合物网络互相贯穿并缠结而形成

互穿聚合物网络（ＩＰＮ）也是聚合物共混的一种独特方法。互穿聚合物网络的相容性直接影响材料的阻尼性能。互穿聚合物网络材料具有强迫互容、界面互穿、双相连续和协同作用等独特的结构与性能特征，具有宏观上不分相和微观上相分离的特点，从而可以使不相容或半相容的聚合物组分通过ＩＰＮ方式结合起来而