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聚硅氧烷_聚丙烯酸甲酯ipns的阻尼性能研究
2022-1-6

聚硅氧烷_聚丙烯酸甲酯ipns的阻尼性能研究

摘要:制备了聚二甲基硅氧烷与聚丙烯酸甲酯序列半互穿聚合物网络阻尼材料,其中聚硅氧烷为交联结构,它采用粘度分别为3300 Pa* s和7000 Pa" s2儡种,聚丙烯酸甲酯为线性聚合物采用动态机械热力学分析法研究了常温条件下热力学、动力学因素以及组成比例对阻尼材料性能的影响,用扫描电镜观察了微观结构发现适当 提高交联度和采用低分子量的聚硅氧烷都能提高互穿网絡聚合物的阻尼性能, tan W酌最大值为0. 269

关键词:聚硅氧烷; 聚丙 烯酸酯;互穿聚合物网络;损耗因子;交联度 .

 

    IPN是2种或2种以上的聚合物通过物理或化学交联生成的网络,网络间相互贯穿形成微相分离的多相体系这种独特的结构可以有效地拓宽聚合物的性能,特别是玻璃化转变温度,因此IPN常常用于制备宽温域阻尼材料"!聚丙烯酸酯主链为饱和的碳碳结构,侧基是极性基团,因而具有优良的耐候性能,同时具有较理想的力学性能和较高的阻尼值(tanW,常用作阻尼材料1231而聚硅氧烷具有良好的耐热老化等性能,在很宽的温域内具有很好的柔软性和回弹性,机械性能变化小,虽然阻尼值小,但是把聚丙烯酸酯和聚硅氧烷2者通过互穿网络结构的方式结合起来,可以取得优异的阻尼性能聚合物的阻尼性能一般在低温下最优异14.5,但是作为一种阻尼材料应用温域-般在常温,因此研究这种温域下,材料的阻尼性能也有很大价值论文采用序列IPN方式,制备聚硅氧烷聚丙烯酸酯互穿网络聚合物,研究其在0C以上的阻尼性能。

1实验准备

1.1原料a ,的二羟基二甲基硅氧烷齐聚物(PDMS):粘度3300 Pa" s和7000 Pa”s 2种,工业品,上海科拉曼试剂有限公司;丙烯酸甲酯(MA, AP),上海科拉曼试剂有限公司;偶氮二异丁腈( AIBN, CP),上海科拉曼试剂有限公司司;二丁基二月桂酸锡( CP),上海科拉曼试剂有限公司;正硅酸酯( TEOS, CP),上海科拉曼试剂有限公司;硅油,工业品,上海科拉曼试剂有限公司。

1 2聚硅氧烷聚丙烯酸酯IPN的制备

在由有电动搅拌器、回流冷凝器、温度计和滴液漏斗组成的四口烧瓶中,加入按化学计量混合的聚硅氧烷丙烯酸甲酯引发剂,交联剂促进剂的混合物,密封搅拌并抽真空然后加热并搅拌,保持80~90°C的反应温度当烧瓶内的反应物反应到一定阶段时,停止反应,将反应混合物注入模具中密封,放置于烘箱中,保持- -定温度让其继续反应12 h

1.3测试表征及测试仪器

动态力学分析6!:采用美国Perkin-Elemer 公司的动态机械热分析仪(DM A 7e)对IPN 材料的动态力学

性能进行分析。以5°C /min的升温速率从0C到180°C 的温度区域对试样进行扫描,频率为1 Hz扫描电镜分析(SEM)": Philips( FED)的SIR ION型场发射式扫描电子显微镜于液氮中冷冻获得新断面,观察断面微相结构放大倍数500~4000倍。

13测试表征及测试仪器

动态力学分析6!:采用美国Perkin-Elemer 公司的动态机械热分析仪(DM A 7e)对IPN 材料的动态力学

性能进行分析。以5C /min的升温速率从0C到180°C 的温度区域对试样进行扫描,频率为1 Hz扫描电镜分析(SEM)": Philips( FED)的SIR ION型场发射式扫描电子显微镜于液氮中冷冻获得新断面,观察断面微相结构放大倍数500~ 4 000倍。

2实验与讨论

21组分比例不同对阻尼性能的影响

图I为PDMS/PM A组分质量比分别为6* 6 6: 4和6: 3的动态力学谱,从图1可以看出,在20C以上的常温区域,损耗因子曲线有如下特点:在20°C附近和100 °C以上有2个损耗峰,损耗峰I和损耗峰1 ;两峰之间为峰谷,它在60°C 附近。在20*C以上温度区域随聚硅氧烷含量的增加,损耗因子tan W变小。当PDM S/PMA分别为6: 66: 4和6: 3时,峰II与峰谷的温度差明显地向低温方向以10C以上的速率移动,分别为65.4C.48.3°C和38.6°C,损耗因子tanW也相应随之减小这是因为聚硅氧烷的玻璃转变温度 T低于聚丙烯酸甲酯的T,当聚硅氧烷含量增加时,它的阻尼损耗在IPN结构中占主导地位,也就是说聚丙烯酸甲酯的影响减弱,使损耗峰拉向低温。同时也可以看到,峰II与峰谷之间的温度差不断减少,说明当两

者比例为6* 6时, IPN结构的相容性是最好的, tan W达到0. 233

 

22交联剂用量对阻尼性能的影响

增加交联剂用量可提高网络间相互缠结和锁合能力,从动力学上阻止聚合过程中由于相对分子量增加而导致的相分离对于互穿网络聚合物而言,它既不同于混合物又有别于嵌段共聚物,当改变其中任--组

分的交联密度互穿网络的结构形态发生改变,对其阻尼性能产生很大影响在图2中曲线a和b为交联密

度分别为1.5%和20%的聚硅氧烷与聚丙烯酸甲酯IPNs的动态力学谱图,从图2可以看出随着交联密度

的增加,阻尼曲线明显往上移动,而且峰[和峰II 间的凹口变小了,这是因为当T EOS的用量增加时,从热力学来看两网络具有热不相容性,彼此间趋向相分离,电于聚硅氧烷交联速度加快,交联密度增大把聚丙烯酸甲酯长链分子锁在聚硅氧烷形成的网格内,网络间解缠的速度受到限制,即曲线b的互锁能力明显增强产生协同作用,导致阻尼曲线整体往上移,损耗峰分离趋向也减少了。

23不同分子量的聚硅氧烷对阻尼性能的影响

图3是粘度为3300Pa's和7000Pas的聚硅氧烷分别与丙烯酸甲酯以质量比4* 5合成IPNs的动态力学谱图随着聚硅氧烷粘度的增加,在动态力学谱图中,损耗峰I从0. 269减小到Q200,减少了大约30%。粘度的增加等价于聚硅氧烷分子量的增大。因为聚硅氧烷是一种柔性长分子链,与聚丙烯酸甲酯形成互穿

网络结构粘度小的聚硅氧烷在2个交联点之间的柔性链比粘度大的要小得多,因此链段受外力运动时,分子间的摩擦力随粘度增加即分子链增长反而减少,这样导致阻尼值下降单位体积内,聚硅氧烷粘度变大时,对于每1个聚丙烯酸甲酯分子链,与它互缠的聚硅氧烷分子数目减少,因此互穿和缠结的密度减少,导致阻尼值降低,这与22节得出的结论是一致的。

 

​3网络组成对体系形态的影响

图4为PM A与交联剂用量为19%的PDM s以不同质量比合成的IPNs扫描电镜图。 从图4可见,网络

为单相连续结构, PDMS组分为连续相,PMA网络为分散相,它以颗粒的形式分

散在PDM s网络中,形成细胞状结构图4(a)中,在聚丙烯酸酯含量大的情况下,

其分散相粒子大量聚合在一起,分离的颗粒分散在聚硅氧烷的连续相中,而从图4

(b)看到分散相的聚丙烯酸甲酯粒子相区尺寸减小,而且在连续相中分布稀少,两相相容性提高从图1也可知道,随着PDMs含量的增加,阻尼性能提高。

4结语

对PDMS/PMAIPN阻尼材料进行了不同组分比、交联度和不同分子量的聚硅氧烷的研究,探讨了,上

述因素对材料在0°C 以上时的阻尼性能的影响,发现组分比为6: 6时tanW达到0 233,并且相容性也最好。交联密度和采用较低分子量的聚硅氧烷都可以提高阻尼性能,tanW可达到0.269虽然这种材料阻尼性能还不很理想,但探讨其在0C以上的性能对其进一步研究和应用具有一定的参考价值。

 

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