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聚合物由于具有特殊的粘弹性能,是减振降噪材料中应用最为广泛的一类。本论文针对聚合物基阻尼材料“高性能化、功能化、智能化及环境友好化”的发展趋势,通过聚合物基体材料的选取和三维网络结构设计,包括动态可逆交联网络,杂化双网络及梯度组成结构,实现聚合物的宽温域高阻尼特性以及其它功能化。主要研究内容包括以下四个方面: 1.基于离子型氢键交联聚合物的制备及性能研究 通过在聚合物中构筑非共价交联网络而引入动态能量耗散机制是提高阻尼性能的有效方法。利用thiol-ene反应对低分子量PB分别进行了氨基和羧基接枝改性,侧链上的氨基与羧基通过酸碱反应形成离子型氢键,自组装制备得到新型的热可逆交联聚合物。通过改变离子型氢键的密度可以实现聚合物力学性能的调控。由于离子型氢键在外力作用下的断裂和重生耗散大量能量,使聚合物表现出优异的宽温域高阻尼特性。流变热循环扫描和变温红外测试证明了离子型氢键的热可逆性。与传统共价交联橡胶相比,该聚合物表现出良好的热可回收及再加工性能,且多次循环回收之后力学性能基本保持不变。 2.共价/可逆交联双网络聚合物及其功能 在以上工作基础上,通过动态交联和共价交联相结合制备了杂化双网络PB橡胶,共价交联的引入提高了材料的力学性能,同时基于离子型氢键的动态可逆性,得到的聚合物还表现出可调控的自修复性能和形状记忆功能。研究结果表明,随着共价交联密度增大,样品力学强度提高但断裂伸长率下降。在低共价交联密度下(2%wt),制备的橡胶表现出优异的室温自修复性能,在室温下1h的修复效率达到72%;随着交联密度提高,修复需要在加热条件下引发。此外,在高共价交联密度下(6%wt)可实现热诱导的形状记忆功能,形变回复率高达99%。这种设计方法为制备可调控的多功能聚合物提供了一条有效途径。 3.功能分子动态交联聚合物及其性能研究 提出了一种制备具有优异力学性能和可回收性能PB弹性体的简单方法,以三胺小分子物理交联含羧基侧链的PB,利用形成的离子型氢键来构建动态交联网络。基于离子型氢键在拉伸下的能量耗散机制,制备的PB弹性体表现出优异的韧性、高拉伸性(~1800%)、良好的自回复性和增强的阻尼性能。此外,利用变温应力松弛实验研究了交联网络的热可逆性,在热压条件下这种PB弹性体可回收再利用,拉伸测试结果表明,回收后的样品能够保留大部分的力学强度。这种简单有效的方法为制备高性能可回收聚合物提供了一条新思路。 4.组成梯度聚合物的结构设计及阻尼性能研究 通过密度梯度聚合法在毫米尺度上构建了具有组成渐变的TEPs(Thiol-enepolymers)梯度聚合物。首先利用不同组分三元thiol-ene-ene前驱体混合物的密度差异形成稳定的梯度层,通过紫外光交联固定梯度结构,得到基于TEPs的梯度聚合物。利用DSC、压缩模量测试、AFM压痕和溶胀测试,分别对其梯度结构进行了表征。DMA测试结果表明,梯度TEPs具有明显拓宽的阻尼温域,tanδ>0.3温域范围由均一样品的20℃左右增加到45℃,表现出优异的阻尼性能。其原理在于利用梯度渐变组分的不同玻璃化转变区域间的相互叠加,实现玻璃化转变温域的最大化。这种构建梯度网络的方法有望用于宽温域高阻尼材料的制备。