环氧基粘弹性阻尼材料的制备与性能研究

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聚合物粘弹性阻尼材料能够通过分子链段的内摩擦将振动能转化成热能,从而实现能量的损耗。通常情况下单一聚合物有效阻尼温域比较窄,力学性能和热稳定性较差,因此将多种聚合物以物理或化学的方式共混,制备互穿网络聚合物(IPN),同时添加增强填料制备复合材料,可在一定程度上改善这些问题。  首先,本文分别用韧性固化剂聚醚胺 D400和多乙烯多胺固化环氧树脂CYD-127,比较了两种固化产物的阻尼性能。D400相比多乙烯多胺,固化产物Tg更接近常温,损耗因子峰值更大,更适合用作粘弹性阻尼材料的固化剂。且当质量比D400:EP=3:10时,固化产物阻尼性能最好。然后以D400为固化剂制备了PU-EP IPNs,研究了不同PU-EP IPNs的阻尼性能、拉伸性能、热稳定性和断面形貌。拉伸性能测试表明,10%PU-EP IPNs力学性能最好,拉伸强度最大,断裂伸长率最小。随PU含量进一步增加,材料变柔软,拉伸强度降低,断裂伸长率增加,力学性能向PU方向靠拢。DMA测试结果表明,10%PU-EP IPNs相容性好,与0%PU-EP IPNs相比,有效阻尼温域变化不大,损耗因子峰值增加很多。30%PU-EP IPNs和50%PU-EP IPNs出现微相分离。30%PU-EP IPNs有效阻尼温域最大为113.3℃,相比0%PU-EP IPNs的46.4℃提高了144%,但是其损耗因子峰值不可避免地下降很多。热重分析表明,在0%PU-EP IPNs、10%PU-EP IPNs和30%PU-EP IPNs这三者中,10%PU-EP IPNs的热稳定性最好,30%PU-EP IPNs的热稳定性最差。  为进一步提高材料阻尼性能,以30%PU-EP IPNs为基体材料,加入增强填料四针状氧化锌晶须(T-ZnOw)制备 T-ZnOw/IPN复合材料,研究了硅烷偶联剂KH550对复合材料阻尼性能的影响,以及T-ZnOw添加量对复合材料阻尼性能、拉伸性能、热稳定性和断面形貌的影响。研究表明T-ZnOw一定程度上能够提高PU-EP IPNs的阻尼性能、拉伸性能和热稳定性。T-ZnOw含量为1%时(质量比T-ZnOw:EP=1:100),复合材料阻尼性能最好;T-ZnOw含量为2%时,复合材料拉伸强度最大,达到7.56MPa,相比于纯PU-EP IPNs的4.28MPa,提升了76.6%;T-ZnOw含量越多,复合材料的热稳定性越好。不论是否经过KH550改性,T-ZnOw的加入在大部分温度范围内都有助于材料阻尼性能的提高,未改性T-ZnOw(1wt%EP)提高了材料的相对低温段(-52.9℃~33.8℃)阻尼性能, 改性后T-ZnOw(1wt% EP)提高了材料的相对高温段(-35.5℃~70.0℃)阻尼性能,且改性后T-ZnOw对复合材料阻尼性能提升幅度更大。
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