随着工业和交通系统的飞速发展,噪声污染已经逐渐成为全球范围内影响人们身体健康和生态环境的严重问题。如何有效地控制噪声污染也已经成为全世界研究者面临的重要课题。作为控制噪声和振动的主要方法之一,粘弹性阻尼减振技术比较适合于宽频多峰共振响应的控制,而宽频多峰共振的噪声多为现代飞机、船舶、汽车等行业中突出的问题,因此这种减振降噪技术引起了广泛的重视和应用。作为粘弹性阻尼减振技术核心,高分子聚合物阻尼材料的研究得到了长足的发展。目前,开发和设计高阻尼性能、价格低廉且环保的阻尼材料的研究工作备受关注。橡胶是仅次于塑料的一大类应用最为广泛的高分子材料,目前,中国已经成为橡胶生产和消费的大国,自然也将成为废橡胶的产生大国。橡胶在生产过程必须进行硫化工艺,使橡胶内的链状分子交联成三维网状结构,以提高和改善其拉力、硬度、老化、弹性等性能,以满足工程应用的需要。绝大部分经交联成网状结构的橡胶制品难以进行生物降解处理,焚烧将产生大量的废气和废烟;随意丢弃将滋生蚊虫,这些将造成严重的环境污染。在使用的早期,使用量较少,其废弃物主要通过焚烧和填埋的方法加以处理,对环境的影响较小。但现在橡胶制品广泛用于工程领域,由于环境问题,这类废料无法再通过焚烧和填埋方法来加以处理。如何有效、合理地利用已成为各国共同面临的一个的难题,再生利用和功能开发将成为合理利用的有效方法。纺织厂每年都有大量的胶辊、胶圈报废,绝大部分原料的主要成分为丁腈橡胶和氯化聚乙烯,回收处理后的胶粒目前的应用主要有:少量掺入丁腈橡胶和氯化聚乙烯中再次做成胶辊,但即使少量掺入也会造成胶辊的质量下降;以一定的量掺入混凝土中,可以有效提高混凝土的抗压、抗折强度,并且还可获得一定的隔声效果,但其抗拉强度有一定的下降,然而这只是将其作为填充料,还未能有效利用橡胶的粘弹性能。为了有效使用这类回收胶,充分利用其特性,必须为其找到一种新的出路,开发新型材料。在实现变废为宝的同时又赋予材料功能性,将是纺织回收胶充分利用的新的增长亮点。从资源的充分利用角度看,以其直接粉碎处理的胶粉为基体开发功能复合材料将是一种潜在的创新利用。鉴于废橡胶良好的减振缓冲特性,越来越多的科研人员开始体用废旧橡胶来制造阻尼材料,不仅拓展了阻尼材料的来源途径,还能有效地解决由废橡胶引发的污染环境等问题。废橡胶具有弹性模量低,抗蠕变能力差的缺点,不能作为阻尼材料直接应用,只有与其他材料复合形成阻尼结构后才能发挥作用。因此,开辟新的研究思路,利用废橡胶为基体制备高性能阻尼复合材料在此背景下应运而生。基于这一背景,以纺织厂报废的胶辊、胶圈回收胶经处理后的再生胶粉(简称r-rubber)为基体的一系列杂化、纤维增强、三元复合、层合梯度等不同结构复合材料的制备,阻尼、吸声性能以及相关机理的探讨,是本课题的研究重点也是创新点。论文从以下几个方面进行分析和研究:(1)废橡胶基高阻尼性能杂化复合材料本章通过理论分析,结合实验反复筛选,最终选择极性有机小分子4,4’-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)(ao-300)作为阻尼填充剂。将ao-300加入r-rubber中在混炼机中进行充分均匀的混合,通过热压淬火成型制备得r-rubber/ao-300杂化复合材料,探讨了ao-300含量变化对材料的粘弹性、红外光谱特性以及微观形态结构的影响。结果表明,r-rubber/ao-300复合材料是一种具有较宽温域的高阻尼性能复合材料。dma结果显示材料只有一个损耗峰,随着纤维含量增加,材料的损耗因子(tanδ)峰值可提高近2倍,最高可达1.0,阻尼峰值所对应的温度从6.19℃提高到34.42℃,使材料在室温范围内具有良好的阻尼性能,并且可通过调节ao-300含量使tanδ峰处于不同的温度范围。当ao-300在材料中的组份从40phr(partsperhundredsofrubber,每百份橡胶的含量)增加到80phr,有效阻尼区域tanδ≥0.3对应的温度跨越范围为由55.32℃提高到63.14℃,温域较常见的有机杂化材料宽。红外光谱进一步证实了杂化效应是由于r-rubber和ao-300间形成了强烈的分子间氢键。从扫描电镜观测结果可以得出,r-rubber是一种交链作用形成的三维网络结构,当少量的ao-300引入基体时,复合材料中出现了三维网络结构、杂化态和微晶共存的微观形态;当纤维ao-300增加到临界值以上时,过多的ao-300产生结晶。(2)r-rubber/shpf吸声复合材料本章结合橡胶阻尼吸声机理,以r-rubber为基体,七孔中空涤纶短纤维(简称shpf)为增强体制备系列复合材料,研究纤维含量对其阻尼、吸声性能的影响,以及材料的厚度对吸声性能的影响。结果表明,r-rubber/shpf是阻尼温域较宽的高性能阻尼材料,随着shpf的加入,纤维充当了填充料的作用,体积分数逐渐增加,从而降低了基体的粘弹性阻尼贡献,同时,界面相的存在对阻尼产生正面作用,两种机制相互影响,导致复合材料的阻尼因子随shpf含量的增加先升高再降低;当纤维在材料中的组份达到25phr时,材料的有效阻尼区从16.8℃可一直延续到85.7℃,跨越近69℃,是一种具有较宽有效功能区的阻尼材料。纤维含量、材料厚度以及内部空腔均对复合材料的吸声性能产生影响。当纤维组份为25 phr时,1 mm厚复合材料在2500Hz的吸声系数达到0.407。当纤维组份为20 phr时,复合材料厚度的增加(0.5㎜→2㎜),其吸声性能在中低频均呈现较好的吸声性能。七孔涤纶短纤维的加入,有效改善了复合材料的强韧性,从而为其进入工程应用提供了力学上的保证。七孔涤纶短纤维的加入使得基体的吸声性能得到明显提高。(3)R-Rubber/AO-300/SHPF三元阻尼吸声复合材料对上述两种两元复合材料的研究发现,AO-300的加入使得R-Rubber的阻尼性能提高、阻尼温域加宽;然而,七孔中空涤纶短纤的加入使得基体的阻尼性能下降,却发现可赋予复合材料优良的吸声性能。为了解决有机杂化方法高性能阻尼减振材料阻尼性能的衰减性和弥补吸声材料的力学性能较差的缺陷,必须解决有机小分子结晶析出的问题。探讨阻尼材料和吸声材料的工作机理,找到其共通点,研制一种高性能吸声兼具阻尼减振功能的复合材料。基于此,本章以R-Rubber/AO-300(100/40)杂化材料为基体,以七孔涤纶短纤作为填料,制备出R-Rubber/AO-300/SHPF三元系列阻尼吸声复合材料。结果表明,七孔涤纶短纤引入杂化系统中,一方面借助纤维的中空将空气引入材料中,同时通过纤维结晶诱导形成结晶-纤维网络结构,解决了一般吸声材料力学性能较差的问题,并借助于结晶纤维网络,改善材料的吸声性能。综合来看,当R-Rubber/AO-300/SHPF组分配比为100/40/15时,三元体系的吸声性能得到了最大的提升。R-Rubber/AO-300/SHPF废橡胶基三元体系复合材料既具有减振功能,又具有吸声功能,为废橡胶再生利用和功能开发提供了新的方法和途径。(4)废橡胶基宽温域层合梯度杂化复合材料本章主要将不同AO-300含量的R-Rubber/AO-300杂化材料通过熔融热压法制备层合梯度杂化体阻尼减振复合材料,并从样品在三点弯曲模式下受力角度出发,建立了层合梯度样品在三点弯曲模式下的结构损耗因子理论模型,并进行对比分析,实验测试和理论验证均表明通过此种方法制备层合梯度结构杂化材料比其单层材料具有更宽的阻尼温域,两层复合材料有一个阻尼峰,三层、四层复合材料有两个阻尼峰,并且随着层数的增加,材料的两个峰值均有所增加,双峰间的“凹”谷区域也有所提升。此种方法为废橡胶基层合梯度结构阻尼材料的开发提供了新的理论依据和设计思路。