三元乙丙橡胶材料的阻尼性能调控及机理研究

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三元乙丙橡胶是由饱和主链和少量非共轭二烯烃共聚获得的一类代表性弹性体,具有优异的耐侯性、耐氧性、耐紫外线、耐热性和高弹性等性能,因而在汽车制造、建筑、精密制造和电缆等领域获得了广泛的应用。当将其用作阻尼材料时,其链段的粘弹性特点可以很好地将机械能或声能部分地转变为热能耗散掉,从而达到减振降噪的目的。但不足之处在于:相比于其它的聚合物阻尼材料,其阻尼性能较低、应用温域较窄;尽管可以通过填充颗粒等方式进行改善,但这通常会降低材料的力学性能。因此本论文主要通过对三元乙丙橡胶硫化交联网络、进而链段运动松弛行为的调控,获得了同时具有宽温域高阻尼和高力学性能的EPDM阻尼材料,扩展了其应用范围。  本论文主要包括四个方面的研究内容:  1.硫化交联密度对EPDM的阻尼的影响通过降低硫化时间,引入更多的悬挂链和自由链组成无规网络结构,我们制备了高阻尼弹性体,而且覆盖温度范围达68℃(75.3℃~138.3℃)。动态力学分析仪(DMA)的结果表明:除了玻璃化转变(Tg)和EPDM中乙烯链段结晶融化这两个转变之外,高温区出现的阻尼峰(简称为tanδgh)主要与硫化交联密度密切相关,该转变峰随着交联密度增加而急剧减小。tanδgh峰归因子连接在三维网络结构中的非弹性网络链引起。  2.相变有机酸调控EPDM的阻尼和力学性能采用共混法制备了具有高阻尼且高强度的EPDM/SA复合材料。发现该复合材料呈现阻尼和力学强度的逾渗阈值,这与流变方法(Winter-Chambon方法)分析的凝胶点一致。但是,这来源于不同的逾渗机制:阻尼逾渗是因为交联密度的减小和SA在熔点以上对EPDM链段运动的促进作用;力学逾渗主要是因为SA晶体在熔点以下温度作为填充体增强引起。  3.无机SiO2颗粒调控EPDM的阻尼和力学性能采用动态力学分析仪(DMA)研究了无机SiO2颗粒对EPDM硫化交联网络和分子链运动能力的影响。当SiO2份数低于8 phr时,参与玻璃化转变(α转变)的链段数目随着二氧化硅增加而减小,这时候,整体交联网络基本不受二氧化硅的影响。当二氧化硅分数增加至20 phr时,此时交联密度大幅下降,在α转变以上,开始出现新的tanδ峰(α转变)。该转变主要由疏松连接到三维网络的非弹性网络分子链引起。但是,当二氧化硅含量超过40phr时,交联密度基本不变。此时二氧化硅主要发挥链段限制作用,从而α转变受到抑制。整个过程中随着含量的增加,二氧化硅发挥了双重作用:一方面作为无机填料限制分子链运动,另一方面影响硫化网络,降低了交联密度。同时,随着EPDM网络的变化和二氧化硅本身的无机增强作用,EPDM复合材料的力学性能显著提高。当二氧化硅含量为20 phr时,断裂伸长率增加113%,断裂能增加510%,拉伸强度增加283%,阻尼性能增加570%。  4.硫化橡胶玻璃化转变以上的链段运动机制采用动态力学分析仪(DMA)研究了EPDM分子链段的松弛行为。结果表明,在低频下EPDM存在三个tanδ峰,分别是玻璃化转变(α转变),sub-Rouse模式(α转变)和Rouse模式(α"转变)。在频率谱中,我们分析了松弛时间,松弛强度和形状参数随温度的变化,发现在TB~386 K,sub-Rouse模式存在动态转折点。而且,转折点的松弛时间τα(TB)大约是0.16s,这与PS,PVAc和PVAc/PEO共混物(10-0.5±0.5s)的松弛时间非常接近,表明转折点是在特定的松弛时间产生的。根据耦合模型,我们认为转折点是由低于TB温度时分子间耦合增强引起。
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