苯基硅橡胶泡沫材料的制备及阻尼性能研究

发布时间：2020-03-28 19:58

【摘要】：硅橡胶是具有高柔顺链的聚硅氧烷聚合物,泡沫材料是具备多孔结构的材料。硅橡胶泡沫材料是将硅橡胶材料与泡沫的泡孔结构相结合,既具备硅橡胶本身良好的耐高低温、耐酸碱腐蚀、耐老化性能及生物相容性,同时还具备泡沫材料质轻、抗压缩及吸收机械振动性能等特点。国内阻尼硅橡胶主要有ZN系列硅橡胶和SE20系列硅橡胶,其作为阻尼材料被应用与航空航天材料中。其阻尼性能在宽频宽温域内表现较好,在125Hz频率下,有效阻尼温域为130℃(-50~80℃)。而国外阻尼硅橡胶主要有牌号为KE55系列和RBB2070系列硅橡胶,且多通过共混扩宽其有效阻尼温域。通过阻尼硅橡胶与丙烯酸共混得到的阻尼材料,其有效阻尼温域最多为250℃(-50~200℃)。本文首先研究了苯基硅橡胶中填料补强结构与化学交联结构对材料力学和阻尼性能的影响规律。通过对不同白炭黑填料在硅橡胶中的补强网络的研究,发现白炭黑的聚集体结构与分散性对硅橡胶材料拉伸及阻尼性能有显著影响。分散粒径越小,比表面积越大(形成的界面层越多)其补强力学性能越好;形成的聚集态结构化程度越深,对阻尼贡献越大。通过实验验证了结合R812S和H2000的结构特点所设计的HT29在保持较高拉伸强度的前提下,具有突出的阻尼增效作用,在同配方条件下,其有效阻尼温域比R812S和H2000提高30℃以上。基于不同硫化剂、硫化剂用量、不同乙烯基含量构造了不同交联程度的化学交联网络,对应的硅橡胶均表现出在较低交联程度下阻尼性能更优。上述研究结果为后面硅橡胶泡沫阻尼研究提供了设计基础。采用化学发泡法,以二亚硝基五亚甲基四胺(发泡剂H)为发泡剂,高苯基硅橡胶为基体制备硅橡胶泡沫材料。详细研究了DCP/H/苯基硅橡胶及BPO/H/苯基硅橡胶两个体系的硫化发泡动力学过程,基于自催化模型获得了相关的动力学参数,获得了硫化剂、发泡剂用量及温度对硫化发泡过程的影响规律。成功制备出孔径为40μm~250μm的孔径可控、密度为(0.6~1.0)g/cm~3的密度可控的泡沫材料。对泡孔结构与阻尼性能的关系研究表明,总体上泡孔引入对阻尼性能有显著提高,硅橡胶泡沫的有效阻尼温域随泡孔的减小及泡沫密度的降低而扩宽。在上述研究的基础上,本论文最终制备出有效阻尼温域为174℃(-63~113℃)、最大阻尼因子为0.74,拉伸强度大于3MPa的宽温域硅橡胶泡沫阻尼材料。
【图文】：

西南科技大学硕士学位论文 粘弹性阻尼材料1.2.1 粘弹性阻尼机理及评价由于聚合物粘弹性材料是由许多大分子聚合而成，其分子链段中包含了不可性分子链段和可以自由移动的柔性分子链段。聚合物粘弹性材料作为结构材料到动态应力作用时，柔性分子链段发生扭转、滑移等现象，而后应力解除时子链段的作用下回复。但是其形变的变化往往落后于应力的变化，产生滞后现 1-1（a）所示。图 1-1（b）所示为整个拉伸-回缩过程中，外力对聚合物做的物对外力做的功分别对应拉伸曲线和回缩曲线下所包围的面积，同时也表示过程所损耗的功，而每个循环过程中恢复材料原样都需要消耗功。此过程消即将外加的机械能转化为分子内能，再通过热交换的形式将内能耗散掉[14]。

粘弹性材料随着温度的升高，材料内部分子链段结构与分上表现出粘弹性材料的粘流态、橡胶态和高弹态（又称之如图 1-2 所示，在高弹态里，因为低温使得粘弹性材料小，储能模量达到最大，损耗模量较小，其阻尼因子小，，材料由高弹态向橡胶态转变，材料开始表现出一定的粘一定的链运动，由于其阶段过程中链运动受到的阻力较大较大，而此时材料外力作用时，需要较多的机械能转变成此过程中储能模量和损耗模量都急剧下降，阻尼因子出现程即玻璃化转变区为粘弹性材料阻尼特征工作区。温度再橡胶态，分子链运动自由度进一步提高，材料粘弹性表现性段与柔性段到达平衡，储能模量与损耗模量变化平稳，稳定。再随之升温材料进入粘流态，分子链出滑动现象，材料中刚性段几乎消失，材料强度进一步降低，，此阶段内。而粘弹性材料阻尼性能与频率也有一定关系，且在温度称之为时温等效原理，通常通过 WLF 公式[14,18]关联其频
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ333.93;TB383.4

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本文编号：2604843