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本文主要研究了聚氨酯/环氧树脂构成的约束阻尼结构的阻尼性能。其中阻尼层为一系列摩尔比-NCO/-OH≤1的聚醚型聚氨酯材料,约束层为增强型高模量的环氧树脂涂料。采用预聚法制备聚醚型聚氨酯材料。借助动态黏弹谱仪的测试结果讨论了异氰酸酯种类、交联密度、硬段质量分数、软段相对分子质量、扩链剂类型和结构、填料种类及含量、频率等因素对其动态黏弹性能的影响。
DMA测试结果表明通过两步法制备聚氨酯可以有效地控制其分子结构,通过减小交联密度、增加硬段质量分数、增加软段相对分子质量和在主链上引入一定数量的侧基等方法可以提高材料自身的损耗因数tanδ,并使玻璃化转变温度Tg产生迁移。此外,填料尤其是片状填料的加入可以有效地改善聚氨酯材料的动态黏弹性能,并Tg向高温区迁移。并通过WLF方程研究了频率对内耗的影响。
由于聚氨酯材料杨氏模量较低,而且Tg基本处于-20~-10℃之间,因此不宜单独用做常温阻尼材料,必须与一种高模量的约束层相结合,构成典型的约束阻尼结构。以上述聚醚型聚氨酯作为阻尼层,增强型高模量环氧树脂作为约束层,按国标GB16406-1997进一步测试了该约束阻尼结构的复合损耗因数η。
影响阻尼层动态黏弹性能的参数同样对约束阻尼结构的阻尼性能有一定的影响。研究了交联密度、硬段质量分数、扩链剂类型和结构等因素对阻尼性能的影响。结果表明复合损耗因数η~T曲线与DMA曲线结果吻合很好,影响规律是基本一致的。
约束层的杨氏模量对阻尼性能影响很大,钢板或铝板作为约束层阻尼性能很好,但施工困难。使用新型的液体环氧树脂并采用纤维增强使约束层模量增加,对阻尼性能有利。研究还发现四针状氧化锌晶须是一种新型的增强材料,不但可以提高约束层的模量,而且可以提高约束层本身的能量损耗,从而大幅度地提高材料的阻尼性能。研究还表明阻尼性能随涂层厚度增加而提高,但当涂层总厚度/底材厚度>2时阻尼性能增加缓慢。在工程应用中,厚度比为2是性价比最好的选择。
使用高承载、低密度的硬质泡沫塑料作为隔离层,在国内首次研究了隔离约束阻尼的阻尼性能。结果表明在相同厚度下隔离约束阻尼的性能略低于约束阻尼结构,但重量轻,是一种很有前途的阻尼结构。
对材料的应力应变性能、拉伸强度、扯断伸长率、硬度、阻燃性、附着力、耐油性、耐海水、耐盐雾等进行了测试,并对施工工艺性进行研究。本研究的阻尼涂料可在舰船、航空、航天、汽车、火车、机械等领域广泛应用,是一类实用新型阻尼材料。