（纺织工程专业论文）宽温域高阻尼减振复合材料的制备和研究[纺织工程专业优秀论文].pdf

东华大学博士学位论文 摘要 阻尼材料已经广泛应用于交通工具、产业机械、建筑、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，是利用其玻璃化转变 区内的粘性阻尼部分，将吸收的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。通常，高聚物的玻璃化转变温域窄，而高聚物的阻尼性能依赖 于玻璃化温度，从而大大限制了高聚物阻尼材料的应用范围。为了获得既具有较高 损耗峰，又具有较宽有效阻尼温域的阻尼材料，减少阻尼材料对玻璃化温度的依赖 性，本论文主要包括以下四个方面的研究内容： 1 高性能有机杂化阻尼材料 为了深入了解高分子材料与有机小分子功能添加剂之间形成的杂化材料的阻尼 机理，本文以氯化聚乙烯( c p e ) 为基体材料，并选择了两种化学结构相似的功能 小分子添加剂2 ，2 一甲撑双一( 4 一乙基一6 一叔丁基苯酚) ( e b p ) 和2 ，2 一甲撑双一( 4 一甲基 一6 一环己基苯酚) ( z k f ) ，通过热压淬火成型分别制得了c p e e b p 和c p e z k f 杂化 材料。 对c p e e b p 杂化材料d s c 研究结果发现，c p e 和e b p 之间是不相容的，在 d s c 曲线上的2 0 - - - 4 0 温域内出现了一个新的玻璃化转变区域，但是e b p 除了在 一1 0 - - 0 温域内有玻璃化转变外，e b p 在其他温域并没有出现玻璃化转变。因此， c p e 和e b p 之间内部作用机理并不同于传统意义上不同组分共混时产生的相分离机 理。f t i r 研究结果发现，e b p 分子上的一o h 与c p e 分子链上的a 之间形成的分子 间氢键作用而大量聚集，富集成相，并且在淬火处理时被固定下来，产生了相分离， 在t a n 万一t 曲线上表现为两个分离的损耗峰，拓宽了材料的有效阻尼温域。 而通过d s c 和d m a 研究发现，c p e 和z k f 之间是相容的，在t a n 8 一t 曲线上 只有一个损耗峰，并随着z k f 含量的增加，c p e z k f 杂化材料的损耗峰大幅度提高， 并且损耗峰的位置移向高温方向；f t i r 研究发现，一个z k f 分子上的两个一o h 与 不同c p e 大分子链之间同时形成了两个氢键，称为“桥式”氢键作用。在玻璃化转 东华大学博士学位论文 变区域，这种“桥式 氢键的断裂和重建所耗散能量地能量远远大于分子间摩擦引 起的能量耗散。因此，在玻璃化转变区域c p e z k f 杂化材料具有优异的阻尼减振 能力。 2 有机杂化阻尼材料老化现象的研究及性能优化 当杂化材料c p e e b p 和c p e z k f 在环境温度下自然放置1 2 个月后，杂化材料 表面会出现白色析出现象。文中对c p e z k f 杂化材料的析出机理及析出对杂化材 料阻尼性能影响作了研究。通过d s c 研究发现，材料表面的白色粉末为无定形态功 能添加剂结晶所引起的；对c p e z k f 杂化材料f t i r 和d m a 研究进一步发现，在 环境温度下放置1 2 个月后，c p e z k f 杂化材料在3 0 0 0 - 3 5 0 0 c m 1 波段内形成的分 子间氢键发生了明显的变化，在3 2 0 8 c m 一处产生的“桥式”氢键消失，这导致了 c p e z k f 杂化材料失去了高阻尼性能。这表明c p e z k f 杂化材料的阻尼性能是不稳 定的。 因此，为了进一步研究杂化材料阻尼性能的稳定性，本文研究了三元杂化材料 c p e z k f e b p ，发现z k f 和e b p 对c p e z k f e b p 杂化材料的阻尼性能存在协同效 应。少量e b p 的加入不仅可以进一步提高c p e z k f 杂化材料的阻尼性能，而且可 以通过z k f e b p 组分来调节杂化材料的损耗峰位置使其处于设计温度。进一步研究 发现，柔性大侧基的引入以及氢键网络的形成是z k f 和e b p 对c p e z k f e b p 杂化材 料阻尼性能产生协同作用的根源；另一方面，少量e b p 的加入可以减缓c p e z k f 杂 化材料损耗峰高度随退火处理时间延长而下降的趋势，即少量e b p 的加入提高了 c p e z k f 杂化材料阻尼性能的稳定性。 3 压电导电型宽温域高阻尼减振复合材料 由于以无机压电陶瓷为填料形成的压电导电减振复合材料存在玻璃化转变温度 附近损耗峰低、机电转换效率低及压电阻尼效果不佳等不足之处，本文中采用具有 强介电效果的有机小分子材料z k f 来代替无机压电陶瓷，通过强俞电有机小分子材 料所具有的分了级别上的压电效应来进一步研究压电导电型阻尼材料。 由于在玻璃化转变区域基体材料的粘弹阻尼性能比较明显，压电导电阻尼效果 不明显；在橡胶态( 6 0 - - 8 0 。c 温域内) 发现，当v g c f 含量较低时，复合材料内部 没有形成导电网络，压电导电阻尼效果不明显；当v g c f 含量超过临界值后，复合 h 东华大学博士学位论文 材料内部形成了一定三维导电网络，复合材料在橡胶态的阻尼减振能力大大提高， 在v g c f 含量达到1 6 v 0 1 时t a n 万达到了最值，并随着v g c f 含量的进一步增加 t a n 艿值下降。由此可见，c p e z k f v g c f 复合材料存在明显的压电导电阻尼效应， 拓宽了材料的有效阻尼温域，减少了材料阻尼性能对玻璃化温度的依赖性。 与c p e p z t g c f 复合材料相比，c p e z k f v g c f 复合材料不仅在玻璃化转变 温域内具有高的损耗峰，而且在橡胶态的压电导电阻尼效果也更明显；另一方面， 由于z k f 与v g c f 的存在，使复合材料的力学性能得到了进一步优化。 4 多层杂化体约束宽温域高阻尼型减振复合材料 在对c p e z k f 杂化材料的研究中发现，随着z k f 含量的增加，c p e z k f 杂化 材料既能大幅度提高阻尼峰高度，又可以调控阻尼峰位置；但是，损耗峰的半峰宽 变窄，限制了材料的使用。因此，本文中提出把多层杂化材料叠加通过熔融热挤压 技术来制备宽温域、高阻尼多层减振复合材料的设想，从而达到对环境温度的变化 引起振动响应的变化。 本文从理论上对理想状态下的多层复合材料来拓宽有效阻尼温域进行了分析论 证，并进一步对多层复合材料的t a n 莎进行了预测。理论结果与实验结果都表明， 可以利用二层杂化材料叠加来有效的拓宽材料的有效阻尼温域，并可以进一步增加 复合材料的层数来使“凹谷”区域的t a n 8 值上升，获得一个较大的最小值区域，即 利用多层杂化材料叠加来拓宽材料的有效阻尼温域，无论在理论上和实验上都是切 实可行的，为研究和开发“宽温域、高阻尼 减振复合材料提供了新的思路和理论 依据。 作者：丁新波( 纺织工程) 导师：晏雄( 教授) 关键词：减振复合材料；阻尼性能；压电阻尼效应；有机杂化；多层复合材料； i i i 东华大学博士学位论文 a b s t r a c t d a m p i n gm a t e r i a l sa r ee x t e n s i v e l yu s e di nv a r i o u sf i e l d ss u c ha sv e h i c l e s ，i n d u s t r i a l m a c h i n e ，c o n s t r u c ta n db u i l d i n g ，h o m ea p p l i a n c e s ，p r e c i s ei n s t r u m e n t s ，m i l i t a r y e q u i p m e n t sa n ds o0 1 1 t y p i c a lc a n d i d a t ed a m p i n gm a t e r i a l sf o r t h ea p p l i c a t i o no fp a s s i v e d a m p i n ga r ev i s c o e l a s t i cp o l y m e r s s i n c et h em e c h a n i c a lo ra c o u s t i cv i b r a t i n ge n e r g yi s p a r t l yc o n v e n e di n t oj o u l e sh e a tt h r o u g ht h ev i s c o e l a s t i cd a m p i n ge f f e c ti nt h ev i c i n i t y o fi t sg l a s st r a n s i t i o nt e m p e r a t u r e ( 殆) ，a n di nt u r nr e d u c et h ev i b r a t i o na n dn o i s e t h e d a m p i n gp r o p e r t i e s o fp o l y m e r sd e p e n do ni t sr g ，b u th o m o p o l y m e r su s u a l l yh a v e n a r r o wg l a s st r a n s i t i o nr e g i o n t h e i ra p p l i c a t i o n sa r el i m i t e dt os o m ee x t e n t i no r d e rt o o b m i ng o o dd a m p i n gm a t e r i a l sw i t hb o t hah i g hd a m p i n gp e a ka n dab r o a dt e m p e r a t u r e r a n g e ，a n dr e d u c et h ed e p e n d e n c eo fi t sr g ，f o u rs e c t i o n sa r em a i n l yi n c l u d e di n t h i s d i s s e r t a t i o n 髂f o l l o w s ： 1 h i g h p e r f o r m a n c eo r g a n i ch y b r i dd a m p i n gm a t e r i a l s i no r d e rt of u r t h e ru n d e r s t a n dt h ed a m p i n gm e c h a n i s mo fa no r g a n i ch y b r i do f p o l y m e ra n das m a l lm o l e c u l e ，t h ec h l o r i n a t e dp o l y e t h y l e n e ( c p e ) i su s e da st h em a t r i x ， a n dt w ok i n d so fo r g a n i cs m a l lm o l e c u l e sw i t hs i m i l a rc h e m i c a ls t r u c t u r e 2 ， 2 - m e t h y l e n e b i s - ( 6 - t e r t b u t y l - 4 一e t h y l - p h e n 0 1 ) ( e b p ) ，2 - m e t h y l e n e - b i s 一( 4 m e t h y l - 6 一c y c l o h e x y l 一 - p h e n 0 1 ) ( z k f ) a r ec h o s e na st h eo r g a n i ca d d i t i v e s t h e n ，t w ok i n d so fh y b r i dm a t e r i a l s c p e e b pa n dc p e z k fa r em a d eb yh o t - p r e s s i n ga n dq u e n c h i n g f o rc p e e b ph y b r i d s ，d i f f e r e n t i a ls c a n n i n gc a l o r i m e t r y ( d s c ) s h o w st h a t ，t h ee b p i si n c o m p a t i b l ew i t ht h ec p em a t r i x ，a n dan o v e lg l a s s t r a n s i t i o nr a n g ea r i s e sw i t h i nt h e t e m p e r a t u r er a n g ef r o m2 0t o4 0 o nd s cs c a n n i n gc u r v e s h o w e v e r n o n eo f g l a s s - t r a n s i t i o nr a n g eo fe b p i sf o u n do nt h ed s cc u r v e se x c e p tw i t h i nt h a tf r o m - 10t o 0 * c t h e r e f o r e ，t h ei n t e r a c t i o n a lm e c h a n i s mb e t w e e nc p ea n de b pa r ed i f f e r e n tf r o mt h e c o n v e n t i o n a lp o l y m e rb l e n ds y s t e m sw i t ht w oo rm u t l i c o m p o n e n t t h ef t i rr e s u l t s s h o wt h a t ，d u et ot h ei n t e r m o l e c u l a rh y d r o g e nb o n d i n gi n t e r a c t i o nb e t w e e nc o fc p e a n dt h eh y d r o x y lg r o u p so fe b p ，m o s to fe b pf o r me b p - r i c hd o m a i n sf r o z e nb y q u e n c h i n gp r o c e s s ，a n dc a u s et h ep h a s es e p a r a t i o n t h ec p e e b ph y b r i d ss h o wt w ol o s s p e a k so nt a n 万一tc u r v e ，w h i c hb r o a d e nt h ee f f i c i e n td a m p i n gt e m p e r a t u r er a n g e i v 东华大学博士学位论文 f o rc p e z k fh y b r i d s ，t h ed s ca n dd m as h o wt h a t ，t h ez k fi sc o m p a t i b l ew i t ht h e c p em a t r i x ，a n dt h e r ei so n l yo n el o s sp e a l ( o nt h et a n # 一tc u r v ef o ra l lt h es a m p l e s w i t hi n c r e a s i n gt h ez k fw e i g h tc o n t e n t ，t h el o s sp e a l ( o ft h ec p e z k fh y b r i d si n c r e a s e s d r a m a t i c a l l ya n dt h el o s sp e a kp o s i t i o ns h i f t st oh i g h e rt e m p e r a t u r e t h ef t i rr e s u l t s s h o wt h a t ，as m a l lm o l e c u l ez k ff o r m e dt w oh y d r o g e nb o n d sw i t ht w oc p ec h a i n sa tt h e s a m et i m e ，a c t e da sab r i d g e t h ee n e r g y d i s s i p a t i o n d u et od i s s o c i a t i o no ft h e i n t e r m o l e c u l a rh y d r o g e n b o n dn e t w o r ki sl a r g e rt h a nt h a to fd u et og e n e r a lf r i c t i o n b e t w e e np o l y m e rc h a i n s t h e r e f o r e ，c p e z k fh y b r i d si sag o o dd a m p i n gm a t e r i a lw i t ha h i g hl o s sp e a kn e a ri t st g 2 t h ea g i n gp h e n o m e n aa n dt h ed a m p i n g s t a b i l i t yo fo r g a n i c h y b r i d s w h e nt h ec p e e b pa n dc p e z k fo r g a n i c h y b r i d sa r ea g e du n d e rt h er o o m t e m p e r a t u r ef o rt w e l v em o n t h s ，t h e r ei ss o m ew h i t ep o w d e r o nt h es u r f a c eo ft h eh y b r i d s t h ea g i n gm e c h a n i s ma n dt h ee f f e c to fa g i n gp h e n o m e n ao nt h ed a m p i n gp r o p e r t i e so f c p e z k fh y b r i d sh a v eb e e ni n v e s t i g a t e di nt h i ss e c t i o n t h ed s cr e s u l t ss h o wt h a t ，t h e w h i t ep o w d e ri sc a u s e dd u et ot h ec r y s t a lo fe b ef o rt h ea g e dc p e z k fh y b r i d s ，t h e f t i rs p e c t r as h o w st h a t ，t h e r ei sae v i d e n tc h a n g eo ft h eh y d r o g e nb o n d i n gi nt h er e g i o n r a n g i n gf r o m3 0 0 0t o3 5 0 0c m ，a n dt h eb r i d g e l i k eh y d r o g e nb o n dd i s a p p e a r e dt h a ti s c e n t e r e da t3 2 0 8c 所一，w h i c hr e s u l t si nt h el o s so ft h eh i g h e rd a m p i n gp e a ko ft h e c p e z k fh y b r i d s t h er e s u l t ss h o wt h a tt h es t a b i l i t yo ft h ed a m p i n gp r o p e r t i e so ft h e c p e z k fh y b r i d si sn o tw e l l f o rf u r t h e rs t u d y i n gt h es t a b i l i t yo ft h ed a m p i n gp r o p e r t i e so fc p e z k fh y b r i d s ， c o n s e q u e n t l y , t h ec p e z k f e b pt h r e e - c o m p o n e n th y b r i d sa r ei n v e s t i g a t e d ，a n d i ti s f o u n dt h a tt h e r ei sas y n e r g i s t i ce f f e c tb e t w e e nz k fa n de b po nt h ed a m p i n gp r o p e r t i e s o ft h et h r e e c o m p o n e n th y b r i d s w h e na d d i n gas m a l lq u a n t i t yo fe b pi n t oc p e z k f s y s t e m s ，n o to n l yt h el o s sp e a ki n t e n s i t yo ft h ec p e z k f e b ph y b r i d sc a r lb ef u r t h e r i m p r o v e d ，b u ta l s oi t sl o s sp e a kp o s i t i o nc a n b el o w e r e dt oar e q u i r e dt e m p e r a t u r e r e g i o n i ti sf u r t h e rf o u n dt h a t ，b o t ht h ep h y s i c a lb u l ks i d eg r o u pa n dh y d r o g e n - b o n dn e t w o r k s h o u l dc a u s et h es y n e r g i s t i ci n t e r a c t i o nb e t w e e ne b pa n dz k f o nt h eo t h e rh a n d ，t h e d a m p i n gs t a b i l i t yo f t h ec p e z k fh y b d d sc a nb ei m p r o v e de x c e l l e n t l yb ya d d i n gas m a l l a m o u n to fe bp 3 p i e z o e l e c t r i cc o m p o s i t e sw i t hab r o a de f f i c i e n td a m p i n gt e m p e r a t u r er a n g e v 东华大学博士学位论文 d u et ot h a t p i e z o e l e c t r i cc e r a m i cd a m p i n gm a t e r i a l sa r eb r i t t l e ，f r a g i l e ，a n dh a r d ， w i t ht h er e s u l tt h a tn o to n l yh a v es o m ed i f f i c u l t yi np r o c e e d i n gt e c h n o l o g y ，b u ta l s ot h e e l e c t r o m e c h a n i c a lc o u p l i n gf a c t o ri sn o tv e r yg o o d a saw a yo fi m p r o v i n gt h e s ei n f e r i o r p r o p e r t i e s ，t h ep i e z o e l e c t r i cc e r a m i cp o w d e ri ss u b s t i t u t e db yt h eo r g a n i cs m a l lm o l e c u l e z k fw i t hs t r o n gd i e l e c t r i cb e h a v i o r , f o rf u r t h e rs t u d y i n gt h ep i e z o - d a m p i n gp r o p e r t i e so f c p e z k f v g c fc o m p o s i t e sb yd m a a tt h ev i t r i f i c a t i o np o i n t ，t h ep i e z o d a m p i n ge f f e c ti sn o to b v i o u s ，a st h em e c h a n i c a l v i b r a t i o ne n e r g yc o n v e r t si n t ot h e r m a le n e r g yi sh i g h e rd u et ot h ef r i c t i o nb e t w e e n m o l e c u l e so fc p em a t r i x w i t h i nt h et e m p e r a t u r er a n g eo f6 0 - - 8 0 。c ，a tal o wc o n t e n to f v g c f ，t h e r ea r en oc o n d u c t i v ep a t h st h r o u g h o u tt h ec o m p o s i t e sa n dt h ep i e z o d a m p i n g e f f e c ti sn o to b v i o u s a st h ev g c fc o n t e n te x c e e d st h ep e r c o l a t i o nt h r e s h o l d ，a c o n t i n u o u sc o n d u c t i v en e t w o r kb e g i nt ob ef o r m e d ，t h el o s s f a c t o ri si n c r e a s e d d r a m a t i c a l l y ，p r e s e n tap e a ka t16 v 0 1 v g c fc o n t e n t ，a n df i n a l l yd e c r e a s e sa g a i n t h i s i n d i c a t e st h a tt h ep i e z o d a m p i n ge f f e c tr e a l l yf u n c t i o n si nt h es y s t e m sa n dt h a tt h e e f f i c i e n td a m p i n g t e m p e r a t u r er e g i o n ，w h i c hr e d u c et h ed e p e n d e n c eo fi t sr g i nc o m p a r i s o nw i t hc p e z p 呵| ng c f s y s t e m s 、t h ec p e z k f v g c fc o m p o s i t e sn o t o n l yh a v eah i g hl o s sp e a k ，b u ta l s oh a v ea no b v i o u sp i e z o d a m p i n ge f f e c t o nt h eo t h e r h a n d ，t h es t o r a g em o d u l u sa l s oi sg r e a ti m p r o v e dd u et ot h ep r e s e n to ft h ev g c fa n d z k f 4 m u l t i - l a y e r e dh y b r i dc o m p o s i t e sw i t hab r o a da n dh i g hd a m p i n gr a n g e f o rc p e z k fh y b r i d s ，w i t hi n c r e a s i n gt h ez k fc o n t e n t ，n o to n l yt h el o s sp e a k h e i g h to ft h eh y b r i d si n c r e a s ed r a m a t i c a l l y , b u ta l s ot h el o s sp e a kp o s i t i o nc a nb ea d j u s t e d h o w e v e r ，t h ew i d t ho fl o s sp e a ki sn a r r o wf o rp r a c t i c a la p p l i c a t i o n s t h e r e f o r e ，t oo b t a i n g o o d d a m p i n gm a t e r i a l sw i t hab r o a da n dh i g hd a m p i n gr a n g e ，w ed e s i g nan o v e l m u l t i l a y e r e do r g a n i ch y b r i dm a t e r i a l ，w h i c ho v e r l a ps e v e r a lo r g a n i ch y b r i dl a y e r sw i t h d i f f e r e n tz k fc o n t e n ta n dc o r r e s p o n d i n gl o s sp e a kp o s i t i o nb yh o t p r e s s i n gp r o c e s s i nt h i ss e c t i o n ，w ea n a l y z ea n dd i s c u s st h ep o s s i b i l i t yo fu s i n gt h em u l t i l a y e r e d h y b r i dm a t e r i a l st ob r o a d e nt h ee f f i c i e n td a m p i n gr a n g e ，a n dp r e d i c t i o no ft h ed a m p i n g p r o p e r t i e s o f m u l t i l a y e r e dh y b r i d m a t e r i a l si sa l s os t u d i e d t h e p r e d i c t e da n d e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a t ，i ti sp o s s i b l et oo b t a i nd a m p i n gm a t e r i a lw i t hb r o a d e f f i c i e n td a m p i n gr a n g eb yt w o - l a y e r e dh y b r i dm a t e r i a l s ，t h ev a l u ei nt h em i d d l eo ft w o v i 东华大学博士学位论文 p e a k sc a l lb ei m p r o v e db yi n c r e a s i n gt h en u m b e ro fl a y e r so ft h em u l t i l a y e r e dh y b r i d s a n dt h e r ei sah i g h e rm i n i m u mv a l u e t h u s ，i ti sf e a s i b l ei nt h e o r ya n de x p e r i m e n tt 0 b r o a d e nt h ee f f i c i e n td a m p i n gr a n g eb ym u l t i - l a y e r e dh y b r i dm a t e r i a l s ，w h i c hp r o v i d e sa n e wa p p r o a c ha n ds o l i db a s i sf o rd e v e l o p i n gh i g hp e r f o r m a n c ed a m p i n gm a t e r i a l sw i t ha b r o a da n dh i g hd a m p i n gr a n g e d i n gx i n b o ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db y p r o f y a nx i o n g k e y w o r d s ：d a m p i n gc o m p o s i t e s ；d a m p i n gp r o p e r t i e s ；p i e z o e l e c t r i cd a m p i n ge f f e c t ； o r g a n i ch y b r i d s ；m u l t i - l a y e r e dc o m p o s i t e s 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的 学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的 成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本 人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律 结果由本人承担。 学位论文作者签名：丁委7 i次 日期：0 7 年胆月研e l 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于， 不保密皆。 学位论文作者签名：丁翻 日期：捌年2 月咖 指导教师签名 日期：岬轳序孑日 东华大学博士学位论文 第一章绪论 1 1 引言 随着科学技术和现代工业的发展，机械设备趋于高速化和自动化，大功率机械 不断增多，随之引起的振动、噪声和疲劳失效问题也日益严重【l 2 1 。振动不仅影响了 机械设备性能的提高，严重破坏了机械设备运行的稳定性和可靠性，并引起了设备 的疲劳和使用寿命的下降，这不可避免地增加了企业保养、维修以及替代的成本； 而且振动产生的大量噪音污染了环境，同时也干扰了人们的生活，危害了人们的身 体健康，使人疲倦、耳鸣，严重者甚至丧失工作能力，如果长期在8 5 d b 以上的环境 中，就会导致噪声性耳聋。而噪音污染、大气污染和水污染并称为当今世界的三大 污染。因此，减振降噪，改善人机工作环境，不仅是一个严峻的工程挑战，同时也 是一个曛待解决的环保问题【3 ，4 1 。 为了解决工程中振动和噪声问题，人们研究并开发了多种方法和技术措施，其 中阻尼技术是控制结构共振和噪声的最有效方法，是解决减振、降噪问题的最重要 手段1 5 , 6 1 。通常把系统损耗振动能或声能的能力称为阻尼。阻尼越大，系统从受激振 动到回复到受激前的状态所经历的时间就越短，所以阻尼也可以理解为系统受激后 恢复到受激前状态的一种能力。 阻尼的基本原理是损耗能量，各种阻尼技术都是围绕如何把受激振动机械能转 化为其他形式的能量( 如热能、变形能等) ，从而达到减振降噪的功能和目的。阻尼 的方法主要有系统阻尼、结构阻尼和材料阻尼三种【3 。系统阻尼是在系统中设置专 用的阻尼减振器，如冲击阻尼器等；结构阻尼是在系统的某一振动结构上附加材料 或形成附加结构，增加系统的阻尼能力，如结合面阻尼、库仑摩擦阻尼等；材料阻 尼是依靠材料本身所具有的高阻尼特性达到减振降噪的目的，目前，高分了阻尼材 料的设计与研究是国内外关注的热点之一，并已有许多高分子阻尼材料应用于减振 降噪系统中f 8 - i o 】。研究材料的阻尼行为，开发具有优异阻尼性能的结构材料对于解 决振动、噪音问题具有非常重要的现实意义，也是材料科学工作者所面临的重要课 东华大学博士学位论文 题。 阻尼材料作为一类环保产品，已广泛应用于交通工具、高层建筑、电器设备、 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，而且还具有广泛的应用前景，深受国内外研究者的关注 i i - 1 3 1 1 2 阻尼材料国内外研究现状及动向 随着材料科学和工艺技术的迅速发展，研究出了一系列适用于不同环境要求的 阻尼材料【1 4 15 1 。于2 0 世纪5 0 年代起欧美等发达国家就开展了以军事为目的的高阻尼 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减振降噪效果与重量 成正比【m 】。而聚合物基阻尼材料是利用其玻璃化转变区内的粘弹性中的粘性阻尼， 将吸收的机械能或声能部分地转变为热能耗散掉，即能够产生较大的内耗，并且比 重轻、易于加工，所以具有广泛的应用前景。本论文将主要介绍聚合物基阻尼材料 的研究现状及动向。 1 2 i 互穿网络结构阻尼材料 互穿网络( i p n ) 是指2 种或2 种以上相互贯穿而成的一种交织网络结构，是近 年发展起来的一类综合性能良好的高分子阻尼材料，按制备方法可以分为：分步 i p n 、同步i p n 和乳胶i p n 1 7 1 。由于各聚合物网络之间相互交叉渗透、机械缠结，从 而起着强迫互容和协同作用等独特的结构与性能，可以使不相容或半相容的聚合物 组分通过i p n 技术结合起来，形成物理瓦锁，从而得到玻璃化转变区温度范围宽、 阻尼峰高的阻尼材料 1 8 - 2 0 】。从二十世纪6 0 年代m i l l a r 首次合成出p s p s 互穿聚合 物网络( i n t e r p e n e t r a t i n gp o l y m e rn e t w o r k s ，i p n ) 并提出i p n 这一概念【2 l ，2 2 】；而后 在7 0 年代，s p e r l i n g 认为半相容的i p n 在降噪、振动阻尼上存在着潜在的用途【2 3 】。 j a 曼森认为，当受到外力作用时，聚合物互穿网络阻尼材料中聚合物网络紧密或 疏松程度的涨落，即聚合物网络的形变和恢复是产生阻尼的主要原因【2 4 1 。由于网络 间的瓦穿限制了分离，造成了强迫互容，提高了组分间的相容性，可以得到高性能 宽温域的阻尼材料【2 5 ，2 6 1 。自i p n 结构引入阻尼材料研究领域以来，一直是阻尼材料 研究的热点之一。 为满足军工的需求，国内许多研究单位在十几年前就开始了对互穿聚合物阻尼 材料的研究。李强【2 7 】等研究了聚苯基硅氧烷聚甲基丙烯酸酯同步互穿聚合物网络 2 东华大学博士学位论文 ( s i n ) 。结果表明，若聚合物组分相容性好，则s i n 材料阻尼值高，t a n 万极大值 可达1 4 ，但只有一个损耗峰，其微观结构为两相连续；若聚合物组分介于相容与不 相容之间，则s i n 阻尼材料的t a n 8 0 3 的温度范围可达1 7 0 ，微观结构单相连续； 若组分完全不相容，则s i n 阻尼材料有两个独立的损耗峰，阻尼效果不理想。f r i s h 和k l e m p n e r 等研究了p u 与e p 的同步i p n ( s i p n ) 体系，利用d m a 、d s c 、s e m 电镜等对i p n 体系的阻尼性能进行分析，发现交联密度、e p 的种类、p u 的软段结 构、软硬段比例以及填料等因素对体系阻尼性能均有影响，由此可设计得到宽温域、 高性能的聚氨酯阻尼材料 2 8 , 2 9 】。 乳胶i p n ( l a t e xi p n ，l i p n ) 体系近年来引起人们极大兴趣，用乳胶聚合方法合 成的聚合物网络，可获得特有的芯一皮结构，具有宽温域的阻尼性z 日匕l - 【3 0 ，3 。部分相 容的聚甲基丙烯酸甲酯( p m m a ) 聚丙烯酸丁酯( p n b