共交联型EVM/PVAc阻尼材料的制备及性能研究

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随着社会和现代工业化的发展,振动和噪声对人们生活的影响越来越突出,因此减振降噪成为机械设备的关键指标,也成为人们日常生活的关键需求。聚合物因特有的粘弹性,在玻璃化转变温度(Tg)范围内能通过链段的摩擦损耗能量,成为应用最广泛的阻尼材料之一。在工程上要求阻尼材料的有效阻尼温域(tanδ大于0.3的温度范围)在6080℃,且有效阻尼温域须与使用温度相一致。橡胶的Tg一般处于室温以下,而阻尼材料的使用温度通常在室温甚至高温,因此如何将橡胶的有效阻尼温域拓宽到室温及以上成为研究的目标。橡塑共混是拓宽橡胶有效阻尼温域的一种有效的方法,但是两者或因相容性不佳,或因Tg相差太大,导致制备的材料存在阻尼“波谷”。如何提高“波谷”处的阻尼值,成为阻尼材料研究领域关心的课题之一。乙烯-醋酸乙烯酯橡胶(EVM)是具有高含量醋酸乙烯酯链段(VA)的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物,聚醋酸乙烯酯是醋酸乙烯酯的均聚物。两者虽然含有相同的VA链段,但是由于分子结构的差异,两者的相容性并不理想。本文首先以两种不同VA含量的EVM和PVAc进行共混,采用适当的硫化剂实现两者的共硫化,分别制备了两种不同VA含量的EVM/PVAc共混物,研究共混比例、硫化剂的用量对复合材料性能的影响。结果表明:双叔丁基过氧化二异丙基苯(BIPB)可实现EVM和PVAc的共交联,随着BIPB用量的增加,EVM800/PVAc的交联密度有所提高。虽然两种二元共混物的tanδ-T曲线都呈现两个阻尼峰,但在相同的共混比例下,EVM800/PVAc共混物的阻尼性能和力学性能都优于EVM500/PVAc共混物。当EVM800/PVAc以70/30进行共混,材料的有效阻尼温域近80℃。为进一步提高EVM/PVAc复合材料的阻尼性能,本文研究了增塑剂对两种二元共混物阻尼性能的影响。研究发现,聚乙二醇(PEG400)能大幅改善EVM500/PVAc的阻尼性能。对此,利用差示扫描量热分析(DSC)、红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、核磁共振波谱分析等对PEG400提高EVM500/PVAc共混材料阻尼性能的影响因素进行了研究,研究发现:PEG400与两聚合物间的相容性差异较大,主要分散在PVAc相中,降低PVAc的Tg,从而减小两聚合物Tg间的差值,提高了阻尼“波谷”的阻尼值,从而改善体系的阻尼性能,并利用模型试验(PEG400对丁苯橡胶(SBR)/PVAc共混物阻尼性能的影响)验证了上述观点。另外PEG400能与聚合物形成氢键,在交变应力作用下,能通过氢键的断裂和重组,来提高共混材料的阻尼性能。当EVM500/PVAc的比例为80/20,PEG400的用量为10 phr时,材料的有效阻尼温域为94.2℃(-35.1℃59.1℃),tanδmin=0.32。增塑剂对EVM800/PVAc共混物的性能影响不大。根据EVM的极性和Tg随分子中VA含量的增大而增大这一特性,本文设计了EVMs/PVAc多元共混材料,研究了共混比例、炭黑的用量对其性能的影响,并研究了体系的阻尼稳定性。结果表明:在含10 phr柠檬酸三乙酯的EVM500/PVAc(80/20)共混物中加入EVM800能改善体系的阻尼性能,当EVM500/PVAc/EVM800的共混比例为80/20/40时,材料的有效阻尼温域为98.5℃(-37.2℃61.3℃),tanδmin=0.36,此体系的阻尼稳定性较好,放置半年后,材料的阻尼性能变化不明显。四元共混物EVM500/PVAc/EVM800/EVM900的比例为80/20/20/15时,材料的有效阻尼温域为98.2℃(-37.0℃61.2℃),且具有优异的耐热稳定性,经100℃×72 h热空气老化后材料的有效阻尼温域增加至105.9℃(从-34.4℃到71.5℃)。炭黑能在保持阻尼性能的同时,显著提高上述两种材料的力学性能。
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