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《四川大学》 2002年
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聚硅氧烷/聚丙烯酸酯阻尼材料的合成及性能研究

黄光速  
【摘要】: 依据创新性的构思,围绕着制备宽温宽频阻尼材料,本文采用五条技术路线,成功地制备出一系列阻尼功能区逐渐拓宽的聚硅氧烷/聚丙烯酸酯新型阻尼材料。对其阻尼性能进行了表征,并对相关结构与性能关系进行了研究讨论。 由乳液聚合合成乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷齐聚物,并与丙烯酸酯单体进行接枝共聚,得到对聚二甲基硅氧烷有增容作用的聚硅氧烷/聚丙烯酸酯共聚弹性体。采用Tg呈梯度变化的聚丙烯酸酯单体共聚合的特殊分子设计,制得阻尼值均等的聚丙烯酸酯弹性体。将上述两种弹性体与聚二甲基硅氧烷或聚甲基苯基硅氧烷共混硫化,则获得两种共混阻尼橡胶。以该共混橡胶作为第Ⅰ网络,再与甲基丙烯酸酯互贯聚合物网络,制得IPNs复合橡胶阻尼材料。 用含不同摩尔比率甲基苯基硅氧烷链节的二羟基聚硅氧烷齐聚物与不同甲基丙烯酸酯为原料制得同步互贯聚合物网络(SIN)。 采用称量法和FTIR在线追踪,对合成聚丙烯酸酯共聚弹性体和SIN的反应动力学进行了研究,并用~1H NMR和~(13)C NMR等对硫化官能团的引入,双马来酰亚胺助硫化机理,和SIN的结构进行了表征。以DMA、DSC、AFM、WAXS等表征测试了上述阻尼材料的最大阻尼值、功能区宽度、TA、LA及阻尼材料的微相结构。对聚二甲基硅氧烷/聚丙烯酸酯复合阻尼材料的结晶与熔融,转变与松弛,以及相容性与阻尼性能关系进行了研究讨论。 DMA测试结果表明,所制得的复合阻尼材料不分峰,具有宽而连续的阻尼功能区。比较起来,聚丙烯酸酯橡胶阻尼功能区最窄(~100℃),共混橡胶有所增宽(~150℃),而由序列互贯聚合物网络制得的复合橡胶样品,其阻尼功能区最宽可达250℃。同时,随着功能区温度范围增宽,上述阻尼材料的最大阻尼值tanδ_max在1.1~0.35范围内呈现相反的变化,而SIN材料具有更好的阻尼性能,其tanδ_max≈1.5~0.45,功能区跨越温度为100—180℃。以上实验结果表明,在复合橡胶阻尼材料中将聚硅氧烷与聚丙烯酸酯通过共混硫化相结合,改进了二者的相容性,拓宽了其阻尼功能区的低温和高温温域;而在SIN中通过改善组 四 川 大 学 博 士 学 位 论 文 分间相容性,调节交联密度控制其微相结构和两种组分相对反应速度的快慢, 进而控制材料阻尼性能的设计是行之有效的。 研究聚丙烯酸酯液一液转变对聚二甲基硅氧烷结晶一熔融影响的结果表 明:碳基碳原子上p电子与出原于中3d轨道相互作用,在聚H甲基硅氧烷熔融 转变温度以上,对其有分子增强作用;在聚二甲基硅氧烷熔融转变温度以下,霎 对其有降低结晶度的作用,但不能消除结晶现象。聚二甲基硅氧烷在低温下的 结晶,使其大部分链段的松弛受到阻碍,是PDMS阻尼性能不高的主要原因。 在聚硅氧烷中引入含不同摩尔比率的聚甲基苯基硅氧烷链节后,消除了聚二甲 基硅氧烷在一120’C以上的结晶,使其链段运动被释放出来,tan 6得到提高,Tg 7 甚至被降低至一门℃以下。三 对SIN中相容性和强迫互容与阻尼性能关系的研究表明,E”转变峰随相 容性增加而加宽,tan 6的宽度似乎主要依赖于强迫互容效应和两组分的Tg间 距。而溶度参数,界面能和 AFM的研究结果表明,热力学相容性能够在次价力 水平上改变两相形貌从而影响tan61曲线的形状。SIN中任一网络交联度变化 对于材料微相结构和阻尼性能有同等影响。
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