合成工艺对聚氨酯/聚甲基丙烯酸酯互穿聚合物网络材料阻尼性能的影响研究

摘要

在轨道交通领域的振动和噪声控制中，互穿聚合物网络（IPN）阻尼材料因具有优异的阻尼性能而受到广泛关注。因此，开展IPN阻尼材料的基础理论研究具有十分重要的意义。本文重点研究了合成工艺对聚氨酯/聚甲基丙烯酸酯（PU/PMA）IPN阻尼材料的静态力学性能、阻尼性能和耐热老化性能的影响。
　　 本文采用两步法合成了PU/PMAIPN阻尼材料。通过改变组分配比、交联剂用量、固化工艺和添加石墨填料等手段制备了一系列样品。
　　 比较分析了合成工艺参数对IPN材料静态力学性能和阻尼性能的影响。结果表明:(1)随聚丙烯酸酯(PMA)含量的增加，IPN材料表现出高拉伸强度、高硬度和低断裂伸长率的特征;而增加交联剂用量和提高固化温度均有助于IPN材料力学强度的提高。(2)改变组分配比、交联剂用量和固化温度都会对IPN材料的阻尼性能产生明显影响，其中组分配比为PU/PMA=40/60、交联剂用量2％并在80℃下固化的IPN材料的损耗因子最大。这与合成工艺对IPN材料相容性的影响有关。
　　 采用石墨填料对IPN基体材料进行改性，比较了石墨用量和粒径对改性效果的影响。结果表明:(1)石墨用量的增加和粒径的减小有助于材料力学强度的提高。(2)石墨的加入改善了IPN体系的相容性，而且石墨粒径的减小有助于复合材料阻尼性能的提高，这与石墨本身的特殊片层状结构有关;随着石墨用量的增加，复合材料的阻尼性能先升高后降低，当用量为10wt％时，复合材料的损耗因子最大值由0.73提高至0.84，有效阻尼温域和频域分别为73℃和2500Hz。这是由自由体积效应和石墨本身的阻尼机制共同作用所致。
　　 此外，IPN基体材料在热环境中由于热氧反应的作用容易出现老化，表现为材料表观的变化和阻尼性能的下降。而且，由于硅烷偶联剂的作用，添加石墨加剧了基体材料的热老化反应，使其阻尼性能的下降更为显著。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 高分子阻尼材料

1．1．1 粘弹阻尼机理

1．1．2 阻尼性能的测试方法

1．1．3 研究现状及发展趋势

1．2 互穿聚合物网络(IPN)阻尼材料

1．2．1 IPN阻尼材料的合成设计原则

1．2．2 相容性的判定

1．2．3 聚氨酯基IPN阻尼材料的研究现状

1．2．4 无机填料增强复合阻尼材料的研究现状

1．3 本论文的研究背景及意义

1．4 本论文的创新点

1．5 本论文的研究内容及技术路线

第2章 IPN阻尼材料的制备及性能测试

2．1 实验原料及仪器

2．2 合成反应设计

2．2．1 组分原料

2．2．2 异氰酸酯基团含量的计算

2．2．3 实验主要原料的含量

2．3 IPN阻尼材料的合成制备

2．3．1 原料的前处理

2．3．2 聚氨酯预聚体的制备

2．3．3 IPN阻尼材料的合成

2．4 性能测试

2．4．1 静态力学性能测试

2．4．2 动态力学性能测试

2．4．3 热老化性能测试

第3章 IPN聚合物基体材料的性能研究

3．1 合成参数对IPN基体材料静态力学性能的影响研究

3．2 合成参数对IPN基体材料阻尼性能的影响研究

3．2．1 组分配比的影响

3．2．2 交联剂用量的影响

3．2．3 固化工艺的影响

3．3 热环境老化对IPN基体材料性能的影响研究

3．3．1 热老化机理

3．3．2 热老化对IPN基体表观和硬度的影响

3．3．3 热老化对IPN基体阻尼性能的影响

本章小结

第4章 石墨对IPN基体材料的改性研究

4．1 石墨添加工艺设计

4．2 石墨改性IPN基体材料的静态力学性能研究

4．3 石墨改性IPN基体材料的阻尼性能研究

4．3．1 石墨粒径对材料阻尼性能的影响

4．3．2 石墨含量对材料阻尼性能的影响

4．4 添加石墨对IPN基体材料热老化性能的影响研究

本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果