聚氨酯微胶囊的制备及其阻尼性能的研究

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当今社会,随着交通运输、宇航事业和工业生产等方面的不断发展,解决噪声问题变得紧迫起来。这种情况下,阻尼材料应运而生。阻尼材料是将机械能转化为热能并将其耗散的一类功能材料,它可利用其在变形时将动能转变为热能的原理来降低体系的共振振幅并增加疲劳寿命。阻尼材料具有多种分类并被广泛应用于各种机械的减震降噪领域,尤其是在汽车、飞机等运输领域以及军事领域,具有很好的发展前景。本论文设想将微胶囊技术应用到阻尼材料中。目前微胶囊技术已经十分成熟,应用所涉及的领域广泛,但仍未涉及阻尼材料领域,若将微胶囊技术应用于阻尼材料,利用微胶囊的结构形貌多样化的特点,将其作为填料掺入到各种材料中,能否改善材料的阻尼性能,这值得深入探讨。我们设想应用微胶囊技术制备内部包覆全部或一部分硅油(高沸点)的微胶囊,当微胶囊受到外界振荡而振荡时,由于硅油的粘滞性以及其与内壳壁的摩擦,囊芯的振荡频率与外界的振荡频率相抵消,从而达到降震减噪的效果。在第二章中,我们利用聚氨酯和聚脲作为微胶囊囊壁构成材料,采用甲基硅油作为囊芯,利用界面聚合法制备具有完好形貌,均一分布的微胶囊,并对微胶囊的制备条件进行优化,得粒径大小8μm的微胶囊,此时微胶囊球形最为完整,粒径分布均一。利用红外光谱(FT-IR),热重分析(TGA),扫描电镜(SEM)等方法对微胶囊的形貌、结构,热稳定性以及囊芯渗透性进行了一系列的表征,证明我们已成功制备内部中空、包覆部分硅油、具有双层微胶囊壁的聚脲-聚氨酯微胶囊。随后利用动态热机械分析测试(DMA),发现聚脲-聚氨酯微胶囊的掺入,可以提高材料环氧树脂的阻尼性能,tanδ最大值由0.3653上升到0.5213。微胶囊的阻尼性能与微胶囊囊芯包覆率和微胶囊的掺入量有关,实验证明,当囊心包覆率为37%、微胶囊掺入量为2%时,掺入微胶囊的环氧树脂阻尼性能最好。在第三章中,为了提高微胶囊的强度,改善微胶囊的阻尼性能,利用SiO2的化学改性方法,将亲水性二氧化硅添加入水相中,与油相乳化。亲水性二氧化硅表面有残余的羟基,使其在与油相的界面聚合反应过程中与异氰酸酯基团(-NCO)发生反应,产生交联结构。条件优化后,粒径分布均一,粒径大小在10-15μm的微胶囊。对掺杂微胶囊的材料进行DMA表征,结果表明微胶囊的掺入可以有效地提升环氧树脂自身的阻尼性能,在频率为1Hz的条件下,tanδ的最大值达到0.7225,掺入杂化微胶囊的样品条高阻尼区域为107-131℃。比聚脲-聚氨酯微胶囊具有更好的阻尼效应,以及更宽的高阻尼温区范围。经过后续测试发现杂化微胶囊的囊芯包覆率为20%时,微胶囊的阻尼性能最优,tanδ最大值可以达到达到1.19。
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