1、毕业论文文献综述 高分子材料与工程 无机填料填充的热塑性弹性体聚氨酯阻尼材料研究 1、引言 众所周知，机械构件如果受到外界激发将会产生振动和噪声，所产生的振动和噪声不但会恶化工作环境，危害人们的身心健康，而且会影响仪器设备的稳定性、精确性，还会降低灵敏度甚至失效、失灵。随着日益加快的工业化进程，有关振动和噪声的问题越来越严重，人们对所处的工作和生活环境提出了更高的要求，简单而且传统的措施已满足不了人们的需要，人们希望找到一个解决问题的方法，即寻找新型高阻尼材料，能在发生源处将振动和噪声阻隔掉。阻尼材料是一种 能吸收振动机械能并有效的将其转化为热能而耗散掉的功能材料，阻尼减振防噪技术是利用阻尼材
2、料在变形时把机械能转变成为热能的原理，降低材料结构共振振幅，增加其疲劳寿命和降低其结构噪声。目前各类阻尼材料已广泛应用于汽车、舰船、飞机、导弹、卫星等许多高科技领域 1。 高分子阻尼材料在 20 世纪 50 年代发展起来，其最主要性能之一就是阻尼温域宽和阻尼因子高。高分子阻尼材料有着非常多的种类和用途。其中对聚氨酯阻尼材料研究最早、最深入。聚氨酯材料之所以非常适合用作宽温域阻尼材料，是因为聚氨酯的玻璃化温度 Tg 较低，如果与 Tg 较 高的聚合物混合，形成后的阻尼材料最高使用温度能达到100甚至以上。聚氨酯阻尼材料能以多种形式应用，如涂料、胶粘剂、弹性体和泡沫材料等，这些阻尼材料已广泛用于环
3、保、民用、军用、精密仪器制造业及航空工业等领域。且国内外对聚氨酯阻尼材料都已进行了较为深入的研究，研究发现可以通过设计和控制其交联密度、分子结构中软硬段的种类和比例、填料的种类和含量以及采用互穿聚合物网络技术等手段获得符合应用要求的聚氨酯阻尼材料。随着日益发展的科学技术，各国已经将精密制导技术应用于船舶行业，特别是海军装备水平的不断提高。在现代战争中 ，具有更高隐身化水平的军队将掌握战争的主动权。目前英、美等国制造出的吸声涂料吸声率可达 70% 90%，他们用的是 30 40 mm 的聚氨酯发泡材料加多孔材料而制作出的高性能聚氨酯阻尼材料。我国海洋化工研究院研制生产出的约束性阻尼结构材料，其阻
4、尼层由助剂、无溶剂聚氨酯和片状填料等组成，约束层则由助剂、无溶剂环氧树脂和颜填料等组成，具有阻温域宽、复合损耗因子高等显著特点，这种阻尼材料已被1 广泛用于船舶行业，已在累计超过 180 余艘舰船上成功应用，并取得了显著的减振降噪效果。 2、含无机填料聚氨酯类阻尼材料研究进展 高 分子阻尼机理：高分子材料具有黏弹性，在受到交变外力作用时，应变落后于应力，存在滞后现象。在每一循环过程中，要发生力学耗散而消耗能量即产生内耗，从而起到阻尼的作用。要达到制备宽温域高阻尼强度的聚氨酯阻尼材料，就要增大分子间滑移时的摩擦，使其在受到外力的影响下，能量以更多的热能的形式耗散掉，同时混合各种不同 Tg 阻尼材
5、料的共混，提高其温域，从而制备高性能聚氨酯阻尼材料。 聚氨酯类作为阻尼材料的优势在于可以通过调节软硬段的比例而获得宽温域、高性能。常用的提高阻尼性能的方法主要有两类：一是改变高聚物的大分子结构。通过 接枝、嵌段等方法来改变分子链的刚性结构，调节主链与侧链上刚性链与柔性链的不同配比 ;二是采用高分子共混技术、互穿聚合物网络 (IPN)技术可以通过网络互穿和链缠绕效应有效地控制高分子共混物组分间的相容性，拓宽阻尼温域。 秦东奇等人 2以宽温域、高阻尼为目的对四种聚氨酯进行筛选，研究性能优良的 ll0P聚氨酯与聚酯按不同比例共混的体系，以及在此体系中分别加人石墨、二氧化硅、玻璃纤维 3种不同形态、不
6、同含量无机填料的阻尼性能。研究发现由于片状石墨在剪切外力作用下有取向排列的倾向，从而使聚合物链和片状石墨之间内摩擦增大 ，提高阻尼值。因此，综合考虑阻尼性能和刚性，以石墨效果最佳。 赵培仲等人 3制备了填料含量不同的聚氨酯阻尼材料，在较宽的频域 (01000 Hz)范围内 ,通过对粘弹性阻尼结构的分析 ,研究了材料的阻尼性能 ,结果表明 ,在一定范围内 ,填料云母含量较高的材料的阻尼性能较好，阻尼材料的阻尼减振能力随温度升高而下降。研究还表明设计制备具有较高的弹性模量和损耗因子的阻尼材料 ,有利于提高材料的实际阻尼减振性能。另外陈庆民等人 4合成了蓖麻油共丙烯酸羚乙醋聚氨醋预聚体，以无机填料填
7、充，经紫外光固化得到一系列样品。用动态粘弹 谱仪研究了它们的阻尼性质，用动态粘弹谱仪研究了它们的阻尼性质，加人合适的填料，能使损耗模量厂和 tan占的峰授盖比较宽的温度范围 .同时还发现，加入少量的填料，共聚网络可能会发生明显的相分离，填料逐步增加，相分离减小甚至消失。这可能与无机填料和共聚网络的相互作用有关，还与填料的形状及表面积有关 ,最后得到以下结论： 1、填充无机填料使聚氨醋共聚网络的 tan降低， E增高，但不同的填料影响程度不同。 2、加人无机填料改变了原组分的相容性。 3、具有疏松的微孔结构的无机填料对改善聚氨醋共聚网络的阻尼性最为有利。 2 3、结论 高分子阻尼材料是一种应用十
8、分广泛的功能材料，在汽车制造，房屋建设，航空航天，船舶等领域起着十分重要的作用，尤其是国防、军工等特殊领域对阻尼材料提出了更高的要求。聚合物粘弹阻尼材料虽说阻尼损耗因子大，但存在弹性模量过低，强度刚度差，容易老化，不能独立用做结构材料。未来的高分子阻尼材料将向着高阻尼性能、工作温度宽、高强度、耐老化和低污染的方向以及结构智能一体化的方向发展，在提高阻尼材料阻尼值的同时，要求宽温宽频阻尼性能、高的力学强度、耐磨损、耐腐蚀、耐辐射、耐溶剂及耐气候等性能；要求尺寸稳定性好、粘接强度高 、阻燃、透明。阻尼材料是集机械力学和材料力学，声学，材料加工等多学科，跨领域的材料，需要进一步的定量的研究，共同促进
9、我国高分子阻尼材料的发展和应用 5。 参考文献 1 黄志立 , 张聪莉 . 聚氨酯阻尼材料研究进展 J. 热固性树脂 , 2010, 25(4): 49-52. 2 秦东奇 , 王静暖 . 氨酯聚酯共混体系阻尼性能研究 J. 吉林大学自然科学学报 , 1998, 4(2): 81-84. 3 赵培仲 , 花兴艳 . 聚氨酯弹性材料阻尼性能的研究 J. 聚氨酯工业 , 2004, 19(5): 23-24. 4 陈庆民 , 余学海 . 无机填料对聚氨酯共聚网络阻尼性的影响 J. 材料科学进展 , 1992, 6(5): 440-444. 5 黄志立 , 张聪莉 . 聚氨酯阻尼材料研究进展 J.
10、热固性树脂 , 2010, 25(4): 49-52. 6 蒋松霖 , 李姜 . 交替多层 TPU/SEBS 复合材料阻尼隔声性能的研究 J. 广州化工 , 2009, 37(5): 69-71. 7 肖大玲 . 受阻酚 AO-80/聚酯型热塑性聚氨酯复合材料的制备与性能研究 J. 橡胶工业 , 2008, 55(11): 660-664. 8 李凡 . 聚酯型热塑性聚氨酯弹性体的制备及阻尼性能 J. 高分子材料科学与工程 , 2007, 23(2): 198-202. 9 邓建国 , 王建华 . 聚氨酯阻尼材料研究进展 J. 聚氨酯工业 , 2001, 16(2): 1-4. 10 Xiao
11、 DL, Zhao XY, Feng YP. The Structure and Dynamic Properties of Thermoplastic Polyurethane Elastomer/Hindered Phenol HybridsJ. Journal of Applied Polymer Science,10,1(4): 2143-2150. 11 Zhao XY, Lu YL. Thermoplastic Ternary Hybrids of Polyurethane, Hindered Phenol and 3 Hindered Amine with Selective T
12、wo-Phase DispersionJ. Macromolecular Materials and Engineering, 2009, 294(5): 345-351. 12 Jyh-Horng Wua, Chia-Hao Lia, Yao-Tsu Wua. Thermal resistance and dynamic damping properties of poly (styrene-butadiene-styrene)/thermoplastic polyurethane composites elastomer materialJ. Composites Science and Technology, 2010, 70: 1258-1264.
