聚合物基阻尼材料研究进展

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1、聚合物阻尼材料的发展纺织与材料学院高分子材料与工程专业曹萌婕40901020130聚合物基阻尼材料研究进展摘要：阻尼材料广泛应用于交通工具、产业机械、建筑土木、家用电器、精密仪器和军事装备等领域的减振降噪。聚合物是一类传统的阻尼材料，当其受到外部交变应力时，通过高分子链内部或链之间的内摩擦将机械能转化为热能而消耗，从而达到减振降噪的目的。本文阐述了聚合物材料的阻尼机理与阻尼结构，介绍了几种常用的阻尼改性方法，综述了国内外互穿网络(IPN)结构、导电压电型阻尼、有机杂化等新型聚合物基阻尼材料的研究现状，并展望了聚合物基阻尼材料研究的发展趋势和前景。关键词：聚合物

2、；阻尼材料；研究进展0前言随着社会的发展，机械设备趋于高速和自动化，随之引起的振动、噪声和疲劳断裂问题亦越来越突出。振动和噪声限制机械设备性能的提高，严重破坏机械设备运行的稳定性和可靠性，并污染环境，危害人们的身心健康，因此减振降噪，改善人机工作环境是一个亟待解决的问题阻尼材料作为一类环保产品，广泛应用于交通工具、产业机械、建筑土木、家用电器、精密仪器和军事装备等领域的减振降噪，其研究开发不仅能产生重大的社会效益和经济效益，而且具有广阔的应用前景，所以深受国内外研究者的关注。欧美等发达国家十分重视阻尼材料的研究和应用开发，于20世纪50年代起开展了以军事为目的

3、的高阻尼材料的研究，当时主要以金属材料为主，但金属基阻尼材料的阻尼效果符合质量定律，即通过增加重量来更有效地降低振动与噪音[1]。而聚合物基阻尼材料由于比重轻、易于加工，并且能够产生较大的内耗，所以具有更广泛的应用前景。本文将主要介绍聚合物基阻尼材料的研究状况。1聚合物的阻尼机理与阻尼结构粘弹性是高分子材料的一个重要特性，高分子材料在受到交变力作用下发生的滞后现象和力学损耗是其产生阻尼作用的根本原因。人们将应变落后于应力的相角差δ称为力学损耗角，通常用力学损耗角正切tanδ表示内耗的大小。力学损耗与阻尼性能关系非常密切，聚合物的内耗愈大则阻尼效果愈好。tanδ

4、和模量的关系如下：E=E′+iE″tanδ=E″/E′式中E′—实数模量，称贮能模量，表示应力作用下能量在试样中的贮存；E″—虚数模量，称为损耗模量，表示能量的损耗。当振动或噪音传递到高分子材料时，机械能被转化为分子链或链段的运动，通过分子间的内摩擦转化为热能而耗散。在玻璃化转变温度(Tg)附近，高分子链段能运动，但又不充分，所以滞后现象严重，出现一个内耗的极大值，阻尼效果最好。材料的内耗峰愈高、玻璃化转变温域愈大、温域值与外部环境愈符合，阻尼效果愈好。一般要求tanδ≥0.7，温域范围≥50℃。在选择设计阻尼聚合物时，通常根据阻尼材料使用时的环境温度来选择合

5、适的聚合物或共混物，使其玻璃化转变温度与环境温度一致，这样阻尼材料才具有最大的阻尼效果。例如聚醋酸乙烯酯的玻璃化温度为27℃，以此为原料的阻尼涂料很适合常温下使用，国外早期用其作为汽车的内壁涂料[2]。聚合物阻尼材料常以自由阻尼层或约束阻尼层的形式与部件结合进行吸振，统称为阻尼结构（图1）。图中tk、tc和ts分别代表金属片、高聚物阻尼材料和被减振部件的厚度。金属或刚性复合材料聚合物阻尼层tktctc聚合物阻尼层被减振部件被减振部件tsts(a)自由阻尼型结构(b)约束阻尼型结构图1采用聚合物作为阻尼材料的阻尼结构自由阻尼型的结构阻尼系数η为：η∝（E″c/E

6、s）*(tc/ts)2式中E″c和Es分别表示高聚物阻尼材料的损耗模量和被减振部件的杨氏模量。采用自由阻尼型结构时，要求高聚物阻尼材料具有高的损耗模量值。约束阻尼型的结构阻尼系数η为：η∝tanδ(tc/ts)式中tanδ表示力学损耗角正切。当采用约束阻尼型结构，要求高聚物阻尼材料具有高的力学损耗角正切tanδ值，高聚物阻尼材料承受剪切形变，可获得较好的阻尼效果。2聚合物阻尼材料的改性方法2.1共混改性单一高分子材料的玻璃化转化区较狭窄，作为阻尼材料使用经常无法满足宽温域、宽频率阻尼的要求。为拓宽阻尼材料的玻璃化转化区，将两种或多种聚合物共混改性是最常用的方法

7、。其原理是通过共混使聚合物合金具有微观相分离的结构从而扩展阻尼峰的半峰宽，使其两个(或多个)玻璃化转变区的凹谷上升为平坦区。所以要求共混的聚合物组分必须是部分相容的，这时两组分(或多组分)的玻璃化温度产生相对位移和靠近。苗传威等[3]的研究发现，聚甲基丙烯酸甲酯/聚丙烯酸乙酯/聚丙烯酸正丁酯以共混比为33/33/33混合后，共混物的阻尼性能较好，共混体系在0℃以上形成了一个tanδ值大于0.7、温域达100℃的阻尼平台。Kaneko等[4]在研究聚乙基丙烯酸酯(AR)/氯化聚乙烯(CPE)体系时发现，共混使材料的阻尼性能得到了很大的改善。在加入功能小分子后，A

8、R和CPE玻璃化转变区的凹谷上升为平坦