丁腈橡胶杂化阻尼材料的性能与表征

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杂化阻尼材料具有大的阻尼值(远远大于橡胶基体)和使用温度范围可调等优点,受到众多研究学者的重视。但其在使用过程中存在阻尼性能稳定性欠佳(阻尼性能随使用时间延长而变差)等缺点,导致杂化阻尼材料进一步推广受限。本论文针对上述问题,采取不同材料制备工艺,对以丁腈橡胶为基体的杂化阻尼材料的阻尼机理、阻尼稳定性、提高阻尼稳定性的方法以及填料参数对其动态力学性能的影响等几个方面进行研究.使用了动态力学性能分析仪(DMA)、振动梁法、扫描电镜(SEM)、快速傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)以及差示扫描量热分析仪(DSC)等表征手段,得到如下主要研究内容与结论:丁腈橡胶杂化阻尼材料动态力学性能。1.对二元共混物丁腈橡胶(NBR)/受阻酚2,2.一亚甲基双一(4一甲基一6-叔丁基苯酚)(AO-2246)以及三元共混物NBR/AO-2246/线性酚醛树脂(PF)的动态力学性能进行了研究。其结果表明:(a)在二元共混物NBR/AO-2246中,聚合物基体内耗大小决定了共混物基本阻尼性能。随着小分子AO-2246含量逐渐增大但低于生成氢键数量的临界值,氢键效应(氢键的断裂)产生的能耗对阻尼贡献逐渐增大。当AO-2246含量继续增大到氢键数量超到临界值时,非晶态小分子的高阻尼对阻尼的贡献逐渐占主导。(b)在三元共混物NBR/AO-2246/PF中,PF抑制了NBR与AO-2246之间氢键的生成。同时,在材料内部形成了大量界面,新生成的界面拓宽了阻尼峰。2.对于NBR/AO-2246共混物而言,在影响阻尼性能稳定性的不利因素当中,氢键的消失相比晶体是主要原因。结晶体的生成是由小分子AO-2246通过均相成核引起的,逐渐消失的氢键更进一步促进结晶体数量增多以及尺度的增大。再者,晶体优先于材料微观界面区域产生,并且晶体形貌存在多晶体特性。对于三元共混物NBR/AO-2246/PF,损耗角正切值相比NBR/AO-2246尽管有所下降,但阻尼性能的稳定性有所提高,这主要归因于PF抑制了NBR与AO-2246分子间氢键和结晶体的生成。3.针对结晶体会对阻尼性能产生不利影响这个情况,提出了两种提高阻尼性能稳定性的方法并且制备出层状杂化阻尼复合材料。研究结果表明:(a)一次硫化以及二次硫化两种制备工艺对提高阻尼性能稳定性有利,主要原因是交联层抑制了材料的晶体生成。同时两种硫化工艺使阻尼值下降,这是中间杂化阻尼层比例减少的结果。(b)经一次硫化以及二次硫化样品与杂化阻尼材料相比,玻璃化温度往低温方向移动,这是交联层与杂化阻尼层相互渗透扩散发生分子间内迁的结果。同时,二次硫化有效拓宽了阻尼峰宽度,这是交联层与杂化阻尼层形成界面引起的。4.开展了碳黑、短纤维以及片状云母粉3种不同形态的填料对NBR/AO-2246共混物动态力学性能的工作。结果表明:填充碳黑相比填充短玻璃纤维,对NBR/AO-2246共混物损耗角正切最大值的贡献较大,这是由两种填料不同形态以及属性决定的。填充碳黑的NBR/AO-2246共混物,因材料内部形成的碳黑网络产生断裂以及碳黑沿着高分子链滑动,两者产生的能量耗散对阻尼性能有利。对于不同长径比的短纤维,纤维长径比越大,阻尼峰越大(这与短纤维长径比对树脂基阻尼材料阻尼性能的影响不同);碳黑粒径尺度越大,阻尼峰宽也相应增大;绢云母粉加入到NBR/AO-2246共混物中,不仅有效提高了阻尼性能,而且改善了储能模量以及损耗模量。5.在橡塑共混物乙丙橡胶(EPDM)/聚氯乙烯(PVC)和氯丁橡胶(CR)/PVC两者间分别加入有机小分子AO-2246,探讨对其损耗角正切值的影响。结果表明:氢键的生成只存在于PVC极性聚合物中,而在非极性橡胶以及极性结晶性橡胶中数量很少。AO-2246加入到两种橡塑共混物中,尽管降低了两个阻尼峰值,但却有效提高了中间平台区域值的大小。这均表明,只有选择极性非结晶性聚合物或者对非极性聚合物进行极性处理,才能有效提高材料阻尼性能。
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