凹土改性聚氨酯环氧树脂复合材料的制备及其阻尼性能的研究
聚合物互穿网络结构（IPNs）是一类新型的功能复合材料，因其具有粘弹性、宽的玻璃化温度转变区域、优异的力学及热稳定性能等被广泛应用于阻尼材料，是国内外材料的研究热点之一。本论文以聚氨酯（PU）和环氧树脂（EP）构成的IPNs为研究对象，制备并主要研究了其阻尼性能。考察了PU/EP IPN复合材料的结构、阻尼性能及力学性能等以及凹凸棒石对复合材料阻尼性能、力学性能等的影响。关键词聚氨酯/环氧树脂IPN，凹凸棒石，阻尼性能，力学性能
目 录
1前言 1
1.1聚合物阻尼材料原理 1
1.2阻尼材料的种类与研究进展 1
1.3高分子阻尼材料阻尼性能的测试与评价 2
1.4聚氨酯(PU)/环氧树脂(EP) IPN材料的优点 3
1.5凹土的特点及其增强PU/EP IPN的优点 6
1.6选题依据和研究内容 6
2实验 7
2.1实验原料 7
2.2仪器和设备 7
2.3凹土改性PU/EP IPN 复合材料的制备 7
2.4检测与表征 8
3 结果与讨论 8
3.1动态力学分析 8
3.2热重分析 10
3.3拉伸性能分析 11
3.4断面形貌SEM 分析 11
结 论 12
致 谢 14
参 考 文 献 15
1前言
聚合物、金属和无机非金属材料构成了当今世界的三大类材料。聚合物材料因具有密度小、比强度高、比模量高，抗蚀、抗磨、隔热，成型方便等优良的物理、化学和力学性能，在现代工业中的用途日益广泛。振动是机械、仪器及交通工具运行时产生的必然现象，振动产生的噪音影响人类的居住舒适度，严重的会危害人体健康；振动会降低仪表的准确性和稳定性，长期振动会引起材料的疲劳破坏；较大的振动会暴露舰船、潜艇、飞机和卫星等的行踪，从而被敌方发现，危害国家安全。研发能够减小噪声，降低振动的阻尼材料无论对于日常生活生产，还是国防安全都非常有必要，成为国内外材料的研究热点之一。聚合物复合材料特别是聚合物互穿网络结构（IPN）因具有粘弹性、较宽的玻璃化温度转变区域以及优异的力学、 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
热稳定性能等被广泛应用于阻尼材料。自20世纪70年代早期Sperling 等[12]发展了IPN 新型阻尼材料以来，这一领域一直是阻尼材料的研究热点。
1.1聚合物阻尼材料原理
阻尼材料是一种将振动机械能转化为热能并以热能的形式将之耗散掉的一种新型功能材料，它的作用机理是利用阻尼材料在受到外力作用下变形时把机械能转换成为热能的原理，减小材料的振动，从而提高材料的疲劳使用寿命和减小材料使用时的噪音问题。如今阻尼技术由于在控制结构振动及噪音方面取得良好效果，并且其具有重量轻，结构简单，使用方便以及效果显著等优势使得阻尼材料被广泛应用于许多的领域，包括机械电气，交通运输，电子仪器，军事装备以及人们日常生活等，并且随着科学技术的不断发展，对阻尼材料的要求也会越来越高。
1.2阻尼材料的种类与研究进展
阻尼材料概括起来主要可分为以下几种；
(1) 阻尼粘弹材料[3](即高分子阻尼材料)，包括橡胶和塑料类；
(2) 阻尼合金材料，基体包括铁基，铝基等[4]；
(3) 阻尼复合材料，包括层压材料及混合材料[5]；
(4) 陶瓷类阻尼材料；
(5) 智能型阻尼材料，包括阻尼压电材料以及阻尼电流变材料。
目前应用范围最为广泛的阻尼材料就是粘弹性的阻尼材料（即高分子聚合物）。与金属类和无机类阻尼材料相比，聚合物基阻尼材料具有阻尼性能好、强度高、韧性好、易于加工成型和成本低的优点[6]。本文主要介绍粘弹性阻尼材料。
阻尼材料作为一类功能环保材料，欧美发达国家于20 世纪50年代起就开展了军事用途高阻尼材料的研究[7]，当时主要以金属材料为主，而聚合物基阻尼材料因其特殊的结构形式，表现出了很好的阻尼减振性能。但是单一聚合物的玻璃化转变温度范围都很狭窄，能产生有效阻尼的温度范围大致在20~30℃，无法满足宽温域、宽频率阻尼应用的要求。因此，这就要求拓宽其阻尼温域、频率范围和提高tan δ值，具体的方法就是对聚合物进行改性和开发新型聚合物材料。
单一聚合物的玻璃化温度转变范围狭窄，能产生有效阻尼的温度范围大致在20~30℃，而且聚合物本身的刚性低，强度小，无法满足应用要求，因此需要对其进行改性，常用的改性方法主要有共混，共聚，填充，生成互穿网络聚合物等。
共混改性[89]：聚合物共混是制备聚合物阻尼材料的常用方法，其原理是通过共混使聚合物合金具有微观相分离的结构从而扩展阻尼峰的半峰宽，使其两个(或多个)玻璃化转变区的凹谷上升为平坦区。所以要求共混的聚合物组分必须是部分相容的。
共聚改性[1011]：共聚包括接枝共聚和嵌段共聚。接枝共聚是将另一组分作为侧链接到主链上，增加侧链的数目和增大侧链的极性，具有一定长度的侧链段也产生运动和摩擦，从而将机械能转化为热能，提高共聚物的阻尼性能。嵌段共聚是将两种以上的不同链段连结在一起聚合成大分子链，这种共聚方式使体系的内聚能增大，而且带官能团单体的加入也可以强化高分子链间的交联，使共聚物的tan δ增大。
填充改性：在聚合物中加入无机填料可以提高阻尼效果，这是因为填料粒子相互接触时粒子间产生摩擦，同时粒子与聚合物基体界面也存在摩擦，无机填料可以是碳纳米管，飞尘，二氧化硅石墨等[12]。加入小分子的有机改性剂也可以提高材料的阻尼性能。
生成互穿聚合物网络：互穿聚合物网络（IPN）是有两种或多种聚合物相互贯穿而成的一种特殊结构。互穿聚合物网络(IPN)材料具有强迫互容、界面互穿、双相连续和协同作用等独特的结构与性能特征, 具有宏观上不分相和微观上相分离的特点, 从而可以使不相容或半相容的聚合物组分通过IPN 方式结合起来, 形成物理互锁, 得到玻璃化转变区温度范围宽、tanδ值高的阻尼材料[13] 。
目 录
1前言 1
1.1聚合物阻尼材料原理 1
1.2阻尼材料的种类与研究进展 1
1.3高分子阻尼材料阻尼性能的测试与评价 2
1.4聚氨酯(PU)/环氧树脂(EP) IPN材料的优点 3
1.5凹土的特点及其增强PU/EP IPN的优点 6
1.6选题依据和研究内容 6
2实验 7
2.1实验原料 7
2.2仪器和设备 7
2.3凹土改性PU/EP IPN 复合材料的制备 7
2.4检测与表征 8
3 结果与讨论 8
3.1动态力学分析 8
3.2热重分析 10
3.3拉伸性能分析 11
3.4断面形貌SEM 分析 11
结 论 12
致 谢 14
参 考 文 献 15
1前言
聚合物、金属和无机非金属材料构成了当今世界的三大类材料。聚合物材料因具有密度小、比强度高、比模量高，抗蚀、抗磨、隔热，成型方便等优良的物理、化学和力学性能，在现代工业中的用途日益广泛。振动是机械、仪器及交通工具运行时产生的必然现象，振动产生的噪音影响人类的居住舒适度，严重的会危害人体健康；振动会降低仪表的准确性和稳定性，长期振动会引起材料的疲劳破坏；较大的振动会暴露舰船、潜艇、飞机和卫星等的行踪，从而被敌方发现，危害国家安全。研发能够减小噪声，降低振动的阻尼材料无论对于日常生活生产，还是国防安全都非常有必要，成为国内外材料的研究热点之一。聚合物复合材料特别是聚合物互穿网络结构（IPN）因具有粘弹性、较宽的玻璃化温度转变区域以及优异的力学、 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
热稳定性能等被广泛应用于阻尼材料。自20世纪70年代早期Sperling 等[12]发展了IPN 新型阻尼材料以来，这一领域一直是阻尼材料的研究热点。
1.1聚合物阻尼材料原理
阻尼材料是一种将振动机械能转化为热能并以热能的形式将之耗散掉的一种新型功能材料，它的作用机理是利用阻尼材料在受到外力作用下变形时把机械能转换成为热能的原理，减小材料的振动，从而提高材料的疲劳使用寿命和减小材料使用时的噪音问题。如今阻尼技术由于在控制结构振动及噪音方面取得良好效果，并且其具有重量轻，结构简单，使用方便以及效果显著等优势使得阻尼材料被广泛应用于许多的领域，包括机械电气，交通运输，电子仪器，军事装备以及人们日常生活等，并且随着科学技术的不断发展，对阻尼材料的要求也会越来越高。
1.2阻尼材料的种类与研究进展
阻尼材料概括起来主要可分为以下几种；
(1) 阻尼粘弹材料[3](即高分子阻尼材料)，包括橡胶和塑料类；
(2) 阻尼合金材料，基体包括铁基，铝基等[4]；
(3) 阻尼复合材料，包括层压材料及混合材料[5]；
(4) 陶瓷类阻尼材料；
(5) 智能型阻尼材料，包括阻尼压电材料以及阻尼电流变材料。
目前应用范围最为广泛的阻尼材料就是粘弹性的阻尼材料（即高分子聚合物）。与金属类和无机类阻尼材料相比，聚合物基阻尼材料具有阻尼性能好、强度高、韧性好、易于加工成型和成本低的优点[6]。本文主要介绍粘弹性阻尼材料。
阻尼材料作为一类功能环保材料，欧美发达国家于20 世纪50年代起就开展了军事用途高阻尼材料的研究[7]，当时主要以金属材料为主，而聚合物基阻尼材料因其特殊的结构形式，表现出了很好的阻尼减振性能。但是单一聚合物的玻璃化转变温度范围都很狭窄，能产生有效阻尼的温度范围大致在20~30℃，无法满足宽温域、宽频率阻尼应用的要求。因此，这就要求拓宽其阻尼温域、频率范围和提高tan δ值，具体的方法就是对聚合物进行改性和开发新型聚合物材料。
单一聚合物的玻璃化温度转变范围狭窄，能产生有效阻尼的温度范围大致在20~30℃，而且聚合物本身的刚性低，强度小，无法满足应用要求，因此需要对其进行改性，常用的改性方法主要有共混，共聚，填充，生成互穿网络聚合物等。
共混改性[89]：聚合物共混是制备聚合物阻尼材料的常用方法，其原理是通过共混使聚合物合金具有微观相分离的结构从而扩展阻尼峰的半峰宽，使其两个(或多个)玻璃化转变区的凹谷上升为平坦区。所以要求共混的聚合物组分必须是部分相容的。
共聚改性[1011]：共聚包括接枝共聚和嵌段共聚。接枝共聚是将另一组分作为侧链接到主链上，增加侧链的数目和增大侧链的极性，具有一定长度的侧链段也产生运动和摩擦，从而将机械能转化为热能，提高共聚物的阻尼性能。嵌段共聚是将两种以上的不同链段连结在一起聚合成大分子链，这种共聚方式使体系的内聚能增大，而且带官能团单体的加入也可以强化高分子链间的交联，使共聚物的tan δ增大。
填充改性：在聚合物中加入无机填料可以提高阻尼效果，这是因为填料粒子相互接触时粒子间产生摩擦，同时粒子与聚合物基体界面也存在摩擦，无机填料可以是碳纳米管，飞尘，二氧化硅石墨等[12]。加入小分子的有机改性剂也可以提高材料的阻尼性能。
生成互穿聚合物网络：互穿聚合物网络（IPN）是有两种或多种聚合物相互贯穿而成的一种特殊结构。互穿聚合物网络(IPN)材料具有强迫互容、界面互穿、双相连续和协同作用等独特的结构与性能特征, 具有宏观上不分相和微观上相分离的特点, 从而可以使不相容或半相容的聚合物组分通过IPN 方式结合起来, 形成物理互锁, 得到玻璃化转变区温度范围宽、tanδ值高的阻尼材料[13] 。
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