高分子阻尼材料

高分子阻尼材料，具有吸声、隔热、防振等功能的高分子材料的总称。多用在使用温度、使用频率下有较大内耗峰的材料如聚丙烯酸酯、聚氨酯、环氧树脂、丁基橡胶及丁腈橡胶等。按使用方法可分喷涂型、自粘型和胶片型,喷涂型可直接通过喷涂或辊涂、刮涂的方式附着在结构基材表面上，如水性阻尼涂料；自粘型阻尼材料可直接粘在结构件表面；胶片型则用作垫片或用热压、涂施胶黏剂等方法粘接。已在许多领域内得到应用。如降低地铁车轮的噪声，减少洲际导弹引爆装置的机械振动等。

简介

高分子阻尼材料也称高分子吸振材料。能将机械振动能或声能转变成热能而耗散，并能防止或减轻机械振动对部件的破坏作用的高分子材料。由于高分子材料存在一个由玻璃态向高弹态转变区，其特征为高聚物剪切模量约下降三个数量级，同时内耗上升，出现峰值。因此高分子的阻尼特性．仅在玻璃化转变区有最大值。这意味着该区是高聚物用作阻尼材料的最佳温度区。但高聚物的玻璃化温度还与外力作用频率有关。因此要根据振动频率和使用温度的要求，选择适宜的聚物作吸振阻尼材料。

均聚物的玻璃化转变区都比较窄，一般仅有10～20℃，所以可以利用高聚物共混、接枝共聚、发展互穿网络、加入合适填料等改性方法，改变或增宽玻璃化转变区域，从而拓宽阻尼值，扩大使用温度和频率的范围。

高分子阻尼材料应用

随着现代工业的发展，振动工具和产生强烈振动的大功率机械不断增多，各种机械设备在运转及工作过程中带来的振动危害也日益严重，在日常生活中，这类振动和噪声会给人们的生活和工作、甚至身体健康带来不良的影响，比如损伤听力、影响睡眠、诱发疾病等；在工程领域，振动和噪声带来的宽频带随机激振会引起结构的多共振峰响应，直接影响电子器件、仪器和仪表的正常工作，严重时造成灾难性后果；在军事领域，由于武器装备和飞行器的发展日趋高速化和大功率化，各种飞行器在飞行过程中受到发动机和高速气流的激励，所产生的振动和谐动响应而产生的结构疲劳是十分严重的。潜艇和气垫船受到发动机的激励，产生的高分贝噪声将严重影响战斗力，为此人们研究并开发出了多种减小振动和降低噪声的有效方法和技术措施，其中阻尼技术是控制结构共振和噪声的最有效的方法，是解决减振、降噪问题的最重要的手段。目前，功能性阻尼材料已经在尖端武器装备、航天飞行器、航海、民用建筑、环境保护等方面得到了广泛应用。

阻尼的基本原理是损耗能量，材料在经受振动变形时把机械振动能量转变为热能耗散掉的能力称为阻尼。阻尼越大，输入系统的能量便能在较短时间内损耗完毕，因而系统从受激振动到重新静止所经历的时间就缩短，所以阻尼也可理解为系统受激后迅速恢复到受激前状态的一种能力。

阻尼材料的种类很多，概括起来可以分为以下几种：黏弹性阻尼材料（即高聚物阻尼材料）、复合阻尼材料、陶瓷类耐高温阻尼材料、智能型阻尼材料（压电阻尼和电流变流体。不同阻尼材料的阻尼性能相差极大，可达几个数量级。大多数结构材料如金属材料的损耗因子较小，而高聚物黏弹材料的损耗因子较大。高聚物阻尼材料作为一类新的功能材料，将会向着高性能、智能化、精细化的方向发展。

高分子材料阻尼结构

高分子材料的阻尼结构，主要分为自由阻尼层和约束阻尼层两种形式。自由阻尼层是将吸振材料直接粘贴或喷涂在被减振部件上。这种吸振方式，要求吸振材料的阻尼值较高而宽，模量值也要大。约束阻尼层是将吸振材料夹在具有一定刚度的金属片或复合材料与被减振部件之间，从而提高其吸振性能。

一般可选择丁腈橡胶、聚硫橡胶、丁基橡胶、聚氨脂弹性体、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯酸甲酯、增塑的聚氯乙烯、互穿网络型的聚异丁基醚、半互穿网络的二元和三元乙丙橡胶，以及各种发泡塑料作为吸振减噪材料。这些阻尼材料广泛应用于火箭、导弹、人造卫星、精密仪器、桥梁支座、高层建筑防震结构等方面。

宽温域高性能阻尼材料

均聚物的玻璃化转变区一般都较窄，有效的阻尼温域只有20一30℃（玻璃化转变区）。均聚物不适合直接用于宽温宽频阻尼减振材料。可以通过对聚合物改性提高聚合物的阻尼性能。常采用的改性方法包括加入增塑剂、填料或纤维、通过共混、共聚、采用互穿聚合物网络（IPN）等。

(1)共混

将两种聚合物进行共混是制备高聚物阻尼材料最常用的方法。共混组分必须是部分互溶的，两组分的丁，相差大一些，一般在50℃范围内。相差50℃的范围，可基本保证阻尼温度区域约为100℃左右。如将聚丙烯酸酯和硅橡胶进行共混，制备使用温度和频率范围均较宽的复合橡胶阻尼材料，阻尼温域可扩大到140～150℃。

(2)共聚

通过接枝和嵌段共聚制备的共聚物可以在宽广的范围内呈现良好的阻尼性能。增加侧链的数目和增大侧链的极性，均可提高接枝共聚物的阻尼性能。例如，将长链的甲基丙烯酸酯接枝到聚硅氧烷上，可获得性能优良的阻尼材料。丁苯橡胶有庞大的侧苯基，丁腈橡胶有极性强的侧氰基，丁基橡胶有大量的侧甲基，它们的链段运动时摩擦阻力较大，内耗也较大，因而都具有优良的阻尼性能。如丁基橡胶的损耗峰可以从 -70℃一直持续到20℃，是一个有效功能区相当宽的阻尼材料。

通常嵌段共聚物中一种分子链段柔顺，玻璃化温度较低，另一种链段较硬，玻璃化温度较高、有时还要加入带有特定官能团的单体，以加强各组分分子之间的交联。典型的嵌段共聚物阻尼材料有聚醋酸乙烯酯/丙烯酸酯类橡胶系阻尼材料。

(3)互穿聚合物网络

互穿网络聚合物（IPN）是两种或两种以上的聚合物网络相互穿透或缠结所构成的化学网络共混体系，其中一种网络是在另一网络的直接存在下聚合或交联而形成的。聚合物中各网络之间只存在物理贯穿而无化学结合，IPN在两方面表现出与机械掺混体及化学共聚物不同的性质，它在溶剂中只能溶胀，不能溶解。其流动和蠕变受到阻抑。

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