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  谭亮红 , 周志诚 , 贺才春　 ( 株洲时代新材料科技股份有限公司 , 湖南株洲 412007)   　　摘　要 : 研究了阻尼涂料中树脂的共混体系 , 及云母粒径和用量的不同对涂料阻尼性能的影响 , 结果显示 : 两种树脂通过合适的质量比共混可明显拓宽涂料的高阻尼温域 ; 随着云母粒径的提高 , 玻璃化转变温度变化不明显 , 高阻尼温域变宽 , 阻尼峰值有所下降 ; 随着云母用量的提高 , 大粒径的云母阻尼性能有上升趋势 , 而小粒径的云母阻尼性能有下降趋势 ; 随着云母用量的提高 , 阻尼涂料阻尼性能对高温的敏感性下降。 　　关键词 : 水性阻尼涂料 ; 损耗因子 ; 阻尼性能 ; 动态力学性能 　　0 　引　言 　　利用阻尼材料的减振降噪技术已经成为热门研究课题。高分子聚合物阻尼材料是一种以聚合物为基质抑制振动和降低噪声的功能材料 , 这种新型的减振降噪阻尼材料 , 在飞机、汽车、机车车辆和轮船等交通工具以及工程机械 , 精密仪器设备上的使用已经相当广泛。 　　水性阻尼涂料是以树脂为基质 , 以水为分散介质 , 加入大量片层结构的云母粉、碳酸钙等无机物组成。将阻尼涂料喷涂在振动的部件壳体上起到抑制壳体振动和降低噪声的目的。阻尼涂料对抑制振动和降低噪声效果的好坏 , 与阻尼涂料的阻尼性能密切相关 , 所以研究水性阻尼涂料的阻尼性能显得尤为必要。 　　1 　实验部分 　　1. 1 　原　料 　　丙烯酸树脂 : 万利化工 ; 去离子水 : 市售 ; 云母粉 : 安徽滁州格锐 ; 碳酸钙 : 长沙碳酸钙厂 ; 助剂 : 万利化工。 　　1. 2 　试样制备 　　按照表 1 配方称量各种组分 , 在一容器中将各组分充分搅拌至均匀得到阻尼涂料 , 然后按照 GB /T 1727 — 1992 制备阻尼涂层 , 待涂层干燥后用裁刀裁成测试要求的样品尺寸。 表 1   水性阻尼涂料的典型配方 　　1. 3 　性能测试 　　采用美国 Rheometric Scientific TM 公司生产的 DMTA - IV 型动态热机械分析仪进行动态力学性能 (DMTA) 测试 , 升温速率为 3 ℃ /min, 测试频率为 10 Hz, 试样尺寸为 (24 ± 0. 2) mm × (6 ± 0 . 2) mm × (2 ± 0 . 2) mm, 测试温度范围为 - 80 ～ 80 ℃。 　　2 　结果与讨论 　　2. 1 　聚合物阻尼机理 　　聚合物形变的重要特性是粘弹性。高分子聚合物是一种粘弹性材料 , 在周期性外力作用下 , 其应力—应变关系可用复合模量表示 [ 1 ] : 　　式中 E* —复合模量 ; 　　E* = E ′ + iE ″ 　　E ′—实数模量 , 或称储能模量 , 它反应材料变形时能量储存的大小即回弹能力 ; 　　E ″—虚数模量 , 或称损耗模量 , 它反应材料变形时能量损耗的大小 ; 应力又可以写为 :   　　tan δ为损耗因子 , 它反应材料形变过程中损耗能量的能力。当高分子聚合物与振动物体直接接触时 , 必然将一部分的振动能转变为热能耗散掉 , 起到阻尼作用 , 而使振动受到抑制。聚合物耗散能量的多少可以直接通过材料的 tan δ来反应 , 通常用 tan δ来表征阻尼材料的阻尼性能。高分子阻尼材料的这种阻尼性能与其材料本身的结构有着密切相关 , 一方面是高分子材料内部的链段之间的摩擦对材料阻尼性能的贡献 ; 另一方面是填料与高分子链段以及填料与填料对材料阻尼性能的贡献。 　　高分子阻尼能力的大小与其使用温度和频率密切相关。 　　图 1 为高分子聚合物的阻尼性能随温度变化的曲线。 图 1   高聚物的损耗因子与温度的关系曲线 　　由图 1 可见 , 高分子聚合物在玻璃态转变为高弹态这个温度转变区域 , 称之为玻璃化转变区域 , 这个转变温度称为玻璃化转变温度 , 用 T g 表示 , 聚合物处在 T g 区域时 , 其阻尼性能较高。一般衡量高分子材料阻尼性能是否优良 , 可从其阻尼峰的高低 , 所在位置以及有效阻尼功能区温域宽窄三个方面加以考虑 [ 2 ] 。所以为了使阻尼材料具有良好的制振降噪效果 , tan δ必须注意满足两个要求 : 一是在阻尼材料的使用温度和频率范围内 , tan δ要比较高 ; 二是 tan δ的峰值要宽 , 以保证阻尼材料在较大的范围内有较高的阻尼性能 , 降低其对温度和频率的敏感性。 2. 2 　树脂共混体系的相容性对阻尼温域的影响 　　一般均聚物和共聚物的 T g 范围都比较窄 , 能产生有效的阻尼性能都在 T g 周围的 10 ～ 30 ℃范围内 , 为使 T g 有宽温度范围 , 往往通过将几种树脂共混来达到拓宽 T g 的目的。按照理论 , 两种树脂共混后的 T g 不可能超过两组分的 T g 上下限 , 并且两组分共混后还会产生内移效应 , 因此 , 宽温域的阻尼材料要求其不同树脂组分的 T g 相差要远。而阻尼材料的树脂共混体系的玻璃化转变特性决定于树脂之间的相容性。两组分的相容性不仅决定共混体系是否均一 , 同时还决定共混体系的阻尼峰值的大小。从阻尼材料的 DMTA 试验曲线能直观地对上述情况进行表征 ( 见图 2) 。 图 2   几种树脂共混体系的 DMTA 曲线 　　从图 2 可见 , 树脂 R1 的 T g 为 16 ℃ , 树脂 R4 的 T g 为 70 ℃ , 当将两种树脂 R1 和 R4 以 50 ∶ 50 质量比共混后 ( 图中曲线 R3) , R3 共混体系的 T g 出现两个峰 , 并且 T g 转变峰介于 R1 和 R4 两组分的 T g 之间 , 说明两者相容性不理想 , 当两树脂 R1 和 R4 以 70 ∶ 30 质量比共混后 ( 图中曲线 R2) , R2 共混体系的 T g 出现一个峰 , 并且转变区域出现一个大的转变平台 , 说明这两种树脂以 70 ∶ 30 质量配比共混的相容性很好。达到了树脂共混的目的。 　　2. 3 　云母对涂料阻尼性能的影响 　　根据文献报道和研究表明 , 大部分填料对阻尼涂料涂层的阻尼性能有不同程度的降低 , 而片状的云母粉对阻尼涂料涂层的阻尼性能有提高 , 这可能因为云母的片层结构增加了片层聚合物的剪切形变 , 而提高了阻尼性能。 　　本文研究了不同粒径、不同用量的片状云母对阻尼涂料涂层阻尼性能的影响 , 见图 3 、图 4 。 图 3   不同粒径的云母粉对阻尼性能影响的 DMTA 曲线   图 4   不同粒径的云母不同用量对阻尼性能影响的 DMTA 曲线   由图 4 (A) 、 (B) 和 (C) 不同云母用量对阻尼性能的影响可见 , 不同粒径、不同用量的云母粉对阻尼涂料阻尼性能的影响不同。图 4 (A) 显示 , 随 420 μ m 的云母用量的提高 , 其玻璃化转变温度先减低 , 后提高 , 阻尼因子先提高 , 后降低。高温段的阻尼因子随云母用量的提高受温度影响不敏感 ; 图 4 (B) 显示 , 随 74 μ m 的云母用量的提高玻璃化转变温度几乎无变化 , 阻尼因子几乎无变化 , 高温段的阻尼因子随云母用量的提高受温度影响不敏感 ; 图 4 (C) 显示 , 随 15 μ m 的云母用量的提高 , 玻璃化转变有上升的趋势 , 阻尼因子不断下降 , 但高温段的阻尼因子随云母用量的提高受温度影响不敏感。造成上述现象的原因可能是 : 在阻尼涂料中 , 主要的摩擦耗能是通过高分子聚合物内部链段摩擦、高分子链段和填料之间的摩擦以及填料与填料之间的摩擦来贡献的 , 而这几种摩擦贡献的大小是不一样的。当涂料中使用一定量的云母粉 , 由于它特殊的片层结构 , 增加填料与高分子链段之间的摩擦 , 填料与填料的摩擦、当然也会因为云母的加入降低了高分子聚合物在阻尼涂料中的比例 , 使高分子链段的摩擦降低 , 所以最后阻尼涂料损耗的大小就决定于前两者引起损耗的增加和后者引起损耗的降低的贡献大小了。玻璃化转变温度的变化决定于云母的粒径和用量是否有利于分子链段的运动。在涂料中随着云母用量的提高 , 填料在阻尼涂料中的比例提高 , 高分子树脂比例降低 , 由于无机填料的阻尼性能受温度的影响不如高分子树脂的阻尼性能受温度影响敏感 , 所以随着涂料中云母填料的提高 , 在高温段涂料的阻尼因子对温度的影响不敏感。 　　3 　结　语 　　(1) 两种树脂如果选择合适的比例共混 , 树脂会具有较好的相容性 , 玻璃化转变温域会得到拓宽 ; 　　(2) 随着云母粒径的提高 , 玻璃化转变温度变化不明显 , 高阻尼温域变宽 , 阻尼峰值有所下降 ; 随着云母用量的提高 , 大粒径的云母阻尼性能有上升趋势 , 而小粒径的云母阻尼性能有下降趋势 ; 　　(3) 随着云母用量的提高 , 阻尼涂料对高温的敏感性下降。   　　由图 3 可见 , 在阻尼涂料中使用相同用量、不同粒径的云母粉 , 随着云母粒径的减小 , 玻璃化转变峰温变化不明显 , 但转变峰的损耗因子不断提高 , 玻璃化转变温域变窄 , 特别是在玻璃化转变的低温段 , 其损耗因子的数值下降很明显 , 其高温段变化不明显。这种原因可能是由于粒径大的云母粉在阻尼涂料中分散较松散 , 片层滑移更容易 , 所以在较低的温度条件下就开始滑动 , 低温段表现的阻尼因子要高些 , 而粒径小的云母粉相对在涂料中的分散更紧密 , 片层滑动更加困难 , 所以在较高的温度开始滑动 , 在低温段表现的阻尼因子要小 , 然而这种较小粒径的云母粉片层相对较大粒径云母粉片层滑动起来的作用力要大 , 所以在转变峰的损耗因子要高些。　　M1 —加入 420 μ m 云母粉 ;M2 —加入 150 μ m 云母粉 ,M3 —加 30 μ m 云母粉 ; 和 M4 —加 15 μ m 云母粉  　　式中 , δ为应力和应变之间的相位角 ; 中国艺术涂料网“转载文章，请注明：文章来源中国艺术涂料网”