1、!“#$%8） ， 男 ， 河 南 省 洛 宁 县 人 ， 天 津 市 橡 胶工 业 研 究 所 高 级 工 程 师 ， :）以 上 各 式 中 的 () 和 (*分 别 是 复 数 动 态 剪 切模 量 的 实 数 部 分 和 虚 数 部 分 。 (+ 与 () 之 间 的 夹 角即 为 图 中 的 相 位 差 #， 其 夹 角 的 正 切 为2?4#,(*8() （ ）同 样 ， 2?4#,0* 80)， # 称 为 损 耗 角 ， 2?4# 称 损 耗角 正 切 ， 它 表 示 材 料 的 损 耗 能 量 与 贮 存 能 量 之 比 ，也 称 损 耗 因 子 &， 即 &,2?4#。 如
2、 果 #,“， 作 用 力 完 全有 效 地 用 于 橡 胶 分 子 变 形 ； 如 果 #,$8!， 作 用 力 完全 用 于 克 服 橡 胶 的 粘 性 阻 力 （ 也 称 内 摩 擦 ） ， 损 耗角 及 其 正 切 损 耗 因 子 表 征 橡 胶 材 料 在 动 态 变 形 时耗 能 的 大 小 。 橡 胶 在 动 态 变 形 时 ， 一 方 面 要 使 分 子变 形 ， 一 方 面 又 要 克 服 分 子 间 的 摩 擦 力 ， 所 以 动 态模 量 常 大 于 静 态 模 量 。 橡 胶 的 动 态 粘 度 只 与 分 子链 段 的 往 复 运 动 有 关 ， 而 不 涉 及 整
3、个 分 子 链 的 移动 ， 所 以 动 态 粘 度 比 静 态 粘 度 小 得 多 。 采 用 动 态 粘弹 谱 仪 可 以 测 试 橡 胶 材 料 在 某 温 度 和 频 率 下 的 各动 态 力 学 参 数 ()、 (*和 2?4#。橡 胶 的 动 态 应 力 A应 变 曲 线 如 图 / 所 示 。 由 于粘 滞 作 用 ， 应 变 总 是 落 后 于 应 力 一 定 的 相 位 角 #，即 同 频 率 而 不 同 相 位 ， 如 图 。 因 此 应 力 A应 变 的 关系 就 不 再 是 直 线 ， 而 是 形 成 稳 定 的 滞 后 圈 ， 见 图 /。滞 后 圈 的 面 积 就
4、是 橡 胶 在 每 一 振 动 （ 循 环 变 形 ） 周期 内 以 热 的 形 式 损 耗 的 能 量 B1也 就 是 常 说 的 阻尼 ， 其 值 就 是 曲 线 的 积 分CD。图 “ 橡 胶 的 动 态 应 力 #应 变 关 系 曲 线“?“A“%“BB。 顺 式 结 构 柔 性好 ， 其 ,:2( 在 常 温 下 几 乎 在 所 有 胶 种 中 是 最 低 的 ，而 反 式 柔 顺 性 差 ， 其 ,:2( 在 常 温 则 是 很 高 的 ，可 以 作 为 阻 尼 材 料 使 用 。 同 理 环 氧 化 % 如 C%D#“， 环 氧 化 作 用 和 环 氧 化 程 度 高 ， 也 有
5、 很 高 的 阻尼 。 聚 降 冰 片 烯 橡 胶 、 低 苯 基 硅 橡 胶 ， 由 于 主 链 或侧 链 含 有 大 的 空 间 位 阻 基 团 ， 前 者 的 阻 尼 很 高 ， 后者 的 阻 尼 也 高 于 一 般 的 甲 基 乙 烯 基 硅 橡 胶 ； 处 于玻 璃 态 的 橡 胶 ， 分 子 量 一 般 不 影 响 其 动 态 力 学 性能 。 但 在 高 弹 态 ， 模 量 和 阻 尼 出 现 极 小 值 的 温 度 和平 坦 范 围 均 受 分 子 量 的 影 响 ， 结 晶 使 橡 胶 的 弹 性模 量 增 加 。 炭 黑 的 品 种 和 用 量 对 橡 胶 的 弹 性 模
6、量影 响 很 大 ， 炭 黑 之 所 以 能 提 高 硫 化 胶 的 动 态 弹 性模 量 是 因 为 炭 黑 的 二 次 结 构 在 橡 胶 中 形 成 了 网 状结 构 。 这 种 结 构 是 由 于 范 德 华 力 的 作 用 ， 易 于 分解 ， 也 易 于 生 成 。 当 填 充 量 大 时 ， 这 种 结 构 就 能 抵抗 橡 胶 的 流 动 变 形 ， 提 高 动 态 弹 性 模 量 。 振 幅 增 加时 ， 这 种 结 构 被 破 坏 （ 破 环 的 多 于 生 成 的 ） ， 于 是 模量 下 降 ， 当 振 幅 比 较 大 时 （ 如 “E） ， 这 些 结 构 差 不多
7、全 被 破 坏 ， 模 量 趋 于 一 定 值 ， 但 仍 比 纯 胶 的 模 量大F!G。 在 橡 胶 的 玻 璃 化 转 变 区 ， 只 有 大 分 子 链 段 的运 动 ， 且 链 段 运 动 能 跟 得 上 激 振 振 动 （ 循 环 运 动 ）的 频 率 ， 因 而 阻 尼 出 现 峰 值 ， 这 也 正 是 阻 尼 材 料 的最 佳 使 用 温 度 区 域 。由 于 橡 胶 分 子 具 有 多 重 大 小 不 同 的 运 动 单 元及 其 分 子 运 动 的 多 重 性 ， 随 着 温 度 的 变 化 ， 分 子 各运 动 单 元 呈 现 不 同 的 运 动 状 态 ， 宏 现 上
8、 就 表 现 出不 同 的 动 态 力 学 性 能 区 域 ， 即 橡 胶 的 动 态 力 学 性能 在 保 持 恒 频 率 条 件 下 是 温 度 的 函 数 ， 非 晶 态 的橡 胶 材 料 玻 璃 化 转 变 前 后 的 动 态 力 学 性 能 随 温 度的 变 化 曲 线 （ 频 率 恒 定 ） 如 图 8 所 示 。 非 晶 态 交 联橡 胶 材 料 的 动 态 力 学 性 能 随 温 度 的 变 化 曲 线 如 图# 所 示 。同 样 由 于 橡 胶 分 子 运 动 单 元 的 多 重 性 ， 分 别对 应 于 各 重 运 动 单 元 的 本 征 频 率 ， 因 此 橡 胶 材 料
9、的 动 态 力 学 性 能 在 恒 定 温 度 下 又 是 频 率 的 函 数 。其 随 频 率 的 变 化 分 别 对 应 于 各 转 变 区 的 主 转 变 和次 级 转 变 的 特 征 频 率 #)、 #*、 #%、 #(等 H 如 图 ?*其 定 义 式 为4。二 阻 尼 材 料 研 制基 于 上 述 阻 尼 机 理 ， 本 文 选 择 两 组 分 并 用 来研 制 在 一 定 温 域 具 有 高 损 耗 的 阻 尼 材 料 ， 主 体 材料 选 择 酯 类 聚 合 物 和 卤 化 聚 合 物 并 用 材 料 ， 它 们分 子 结 构 中 分 别 具 有 较 大 空 间 位 阻 的 侧
10、 基 和 较 多空 间 位 阻 的 侧 基 ， 各 自 在 不 同 的 温 度 具 有 很 高 的力 学 损 耗 。 前 者 的 56 在 )# ?左 右 ， 后 者 的 56在 )“ ?左 右 ， 通 过 添 加 云 母 粉 和 炭 黑 可 以 使 它们 的 阻 尼 峰 值 向 较 高 温 度 移 动 ， 且 提 高 其 弹 性 模量 。 将 上 述 配 料 在 开 放 式 炼 胶 机 上 混 炼 出 片 ， 于 平板 硫 化 机 上 在 A“ ?B!“ .CD 条 件 下 硫 化 制 备 样品 。 其 粘 弹 谱 仪 测 试 的 阻 尼 性 能 如 表 。 制 作 的 约束 层 阻 尼 结
11、 构 样 品 用 悬 臂 梁 法 的 测 试 结 果 见 表 !。厚 度 比 ： 冷 拉 钢 板 - 阻 尼 材 料 - 环 氧 玻 璃 钢 E!-*-!。从 表 、 表 ! 可 以 看 出 该 阻 尼 材 料 具 有 高 的 阻 尼 性能 ， 可 以 用 于 约 束 层 阻 尼 结 构 的 减 振 降 噪 。参 考 文 献24 过 梅 丽 $高 聚 物 与 复 合 材 料 的 动 态 力 学 热 分 析 $北 京 F化学 工 业 出 版 社 ， !“!$!3$2!4 朱 敏 $橡 胶 化 学 与 物 理 $北 京 F化 学 工 业 出 版 社 ， G3$!)!G$24 万 里 鹰 ， 肖 凌
12、 $高 分 子 材 料 科 学 与 工 程 ， GGG， #（ !） ： )!$234 高 南 ， 华 家 栋 ， 俞 善 庆 ， 夏 继 余 $特 种 涂 料 $上 海 ： 上 海 科 学技 术 出 版 社 ， G3$“G$表 ! 悬 臂 梁 法 测 试 的 约 束 层 结 构 阻 尼 性 能温 度 -?)“!“!#“3“损 耗 因 子“$“$*!“$#“$#“$A“$“$A共 振 频 率 -HI!A!GG3“#损 耗 因 子“$“$3A“$!“$A“$“一 阶 二 阶共 振 频 率 -HIG3#3A#“厚 度 比 ： 冷 拉 钢 板 - 阻 尼 材 料 - 玻 璃 钢 E!-*-!“!“! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! “!“!“#$%&()*+,!
