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丙烯酸酯橡胶中空纤维阻尼材料制备及其性能分析

程燕  
【摘要】:针对新构想的将阻尼性能较好的高分子材料制备成中空纤维而得到的丙烯酸酯橡胶中空纤维阻尼材料,探索用丙烯酸酯橡胶制备中空纤维阻尼材料的工艺参数设计和性能,研究该阻尼复合材料的结构设计与性能及阻尼机制的内在关系,通过大量实验研究,获得了该新构想的中空纤维阻尼复合材料之结构阻尼调制机理及其规律,此研究对于实现一体化多元阻尼复合作用的新阻尼材料研发和揭示其内耗调制机理具有重要学术意义,同时可为开发抑振降噪用新型高阻尼高层建筑轻质隔墙材料和航空航天阻尼复合材料奠定理论和实验研究基础,以满足日益增长的复合阻尼结构高阻尼、轻量化和功能一体化的发展需求。 丙烯酸酯橡胶具有优良的耐热、耐臭氧、耐油、耐天候、抗龟裂等性能,在航天航空和航海及民用等领域有广阔的应用前景,但是其玻璃化转变温度较低,有效阻尼区域狭窄,因此需要对其进行改性。中空纤维是一类具有管状的化学纤维,其独有的空腔结构对振动有着良好的缓冲性能加上聚氯乙烯(PVC)具有较高的玻璃化转变温度和机械强度,粘性小且溶解度参数和丙烯酸酯橡胶相近,因此将ACM和PVC共混,不但可以提高ACM的玻璃化转变温度,拓宽其阻尼温域还能降低它的粘性从而更易于纺制成中空纤维,所以本研究使用溶液共混法将ACM与PVC共混并采用干湿纺丝技术制备中空纤维阻尼材料。本论文主要进行了以下几方面内容的研究: 首先,对共混体系的相容性进行了研究。从共溶剂法分析了ACM/PVC共混体系在共混比为50:50~70:30范围内的相容性,结合DMA和红外等测试手段进一步说明了ACM与PVC有一定的相互作用。另外通过SEM表征显示丙烯酸酯橡胶中空纤维具有和应用于水处理方面的中空纤维膜相似的断面结构,但内外表面形态由于材料的不同有一些差别。 然后,通过大量实验考察了丙烯酸酯橡胶中空纤维阻尼材料的力学性能及动态力学性能随聚合物固含量、共混比和挤出速度的变化情况,得出了最佳的中空纤维配方,并对比分析了ACM/PVC和NBR/PVC两种中空纤维,结果表明,在实验条件范围内,当ACM/PVC固含量为22%共混比为50:50时可以得到拉伸性能和阻尼性能最好的中空纤维,其阻尼损耗因子可以达到0.9;通过拉伸测试表明,拉伸强度随着铸膜液的挤出速度、聚合物固含量的增加和共混比的减小而增大;DMA测试结果显示,该中空纤维结构的阻尼性能要优于相对应的平板膜结构的,而且内径相同的空腔结构,试件的制作方式对材料的阻尼损耗因子没有影响,但内径的大小对材料的阻尼性能的影响较大。另外,从DMA测试曲线上可以看出ACM/PVC共混体系只有一个阻尼峰,且玻璃化转变温度随着PVC含量的增加向高温方向偏移,而且材料的阻尼损耗因子tanδ>0.3的阻尼温域范围有40~65℃,证明ACM与PVC共混提高了材料的阻尼性能。和NBR/PVC中空纤维相比,ACM/PVC共混中空纤维的拉伸强度、阻尼损耗因子峰值、玻璃化转变温度均相对要高,但在实验过程中观察发现其成膜效果和断裂伸长率没有NBR/PVC中空纤维的好。 最后研究了添加受阻酚AO-60、纳米TiO_2和丁腈橡胶(NBR)对ACM/PVC中空纤维性能的影响。研究表明:TiO_2的加入会降低铸膜液的粘性,使纺丝更容易,而且还会增大材料的拉伸性能,提高材料的玻璃化转变温度并使材料的玻璃化转变温度向高温移动但会降低阻尼损耗因子峰值;材料中加入AO-60后拉伸性能表现出和TiO_2相反的结果,但在阻尼性能方面与TiO_2得出的结论一样,对于现在的中空纤维制备工艺,加入AO-60没有起到提高阻尼值的效果,说明其作用的发挥取决于制备工艺。


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