功能粒子改性聚氨酯阻尼复合材料的制备与性能研究

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随着人类社会的发展,人们对现代生产生活环境要求不断提高,舒适健康的生产生活环境成为人们新的追求,具有隔音减振功能的阻尼材料被广泛的运用到人们的生产生活中。由于应用领域多样性及对材料性能要求的不断提高,需要我们研究出高阻尼、宽温域应用领域更广泛的高性能阻尼材料。功能化石墨烯不仅具备极大比表面积与聚合物间存在强界面摩擦,且功能化石墨烯表面官能团与聚合物反应产生的共价键接使其与聚合物间产生强烈相互作用,限制聚合物分子链运动,增加复合材料应变过程中能量损耗,从而增强复合材料阻尼性能。本文选择石墨烯片及携带不同官能团的功能化石墨烯作为功能粒子,采用预聚体法成功制备出功能粒子改性聚氨酯/甲基丙烯酸乙酯互穿网络聚合物。探究不同功能化石墨烯对聚氨酯基复合材料形貌、相结构、阻尼性能、热性能等的影响,重点研究各类功能化石墨烯对复合材料内相结构改变导致复合材料阻尼性能上不同变化。研究结果如下:添加不同量石墨烯片(GNP)成功制备出石墨烯改性聚氨酯/甲基丙烯酸乙酯互穿网络聚合物(GNP-PU/PEMA IPN)。研究表明,未经表面改性的石墨烯片在复合材料中分散并不均匀,导致与纯PU/PEMA相比,GNP-PU/PEMA复合材料的tanδ反而有所下降,虽然随着GNP含量的增加复合材料tanδ不断升高,但仍未超过纯PU/PEMA的tanδ(0.48)。GNP的加入未改变复合材料热降解机理,但提升了复合材料的热稳定性,0.7%GNP-PU/PEMA复合材料与纯PU/PEMA相比20%重量损失温度从337℃升高到341.7℃。使用不同量氧化石墨烯(GO)制得氧化石墨烯改性聚氨酯/甲基丙烯酸乙酯互穿网络聚合物(GO-PU/PEMA IPN)。研究表明,GO-PU/PEMA损耗因子随着GO含量增加先升高后降低,在加入0.3%GO时tanδ达到最大值0.53,比纯PU/PEMA提高了10.4%。由于聚氨酯中部分软硬段通过GO发生共价键接,限制了复合材料内分子链运动,且随着GO含量增加限制作用不断增强,复合材料阻尼温域不断向高温方向移动。GO加入破坏了复合材料体系规整性,GO-PU/PEMA热稳定性能降低。对制得的羧基化石墨烯改性聚氨酯/甲基丙烯酸乙酯互穿网络聚合物(CFGNPPU/PEMA IPN)研究发现:与GO不同,CFGNP表面羧基反应过程中只与聚氨酯软段发生共价键接,随着CFGNP含量增加复合材料内相分离程度不断加剧,损耗因子-温度曲线在较高的温度(5-50℃)出现新的阻尼峰。CFGNP-PU/PEMA损耗因子随着CFGNP含量增加先升高后降低,CFGNP与聚合物基体形成的共价键接对增强界面摩擦作用效果明显。在加入0.5%CFGNP后复合材料的tanδ值比纯PU/PEMA提高了12.5%,tanδ值从0.48升高到0.54,与GO作用效果相当。对制得的氨基化石墨烯改性聚氨酯/甲基丙烯酸乙酯互穿网络聚合物(NGNPPU/PEMA IPN)研究发现:NGNP表面氨基与聚氨酯硬段共价键接及该共价键与聚氨酯硬段间产生新的氢键,在两者共同作用下,使NGNP-PU/PEMA相较于与前几章复合材料的tanδ值最大。在添加0.7%NGNP后复合材料的tanδ值比纯PU/PEMA提高了22.7%,tanδ值从0.48升高到0.58。且其相较于GO/CFGNP-PU/PEMA的tanδ最大值分别提高了9.4%和7.4%。NGNP-PU/PEMA的阻尼温域表现出与GOPU/PEMA相似的规律,随着NGNP的增加不断向高温方向移动。
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