聚硅氧烷_聚丙烯酸甲酯ipns的阻尼性能研究

摘要:制備了聚二甲基硅氧烷與聚丙烯酸甲酯序列半互穿聚合物網絡阻尼材料,其中聚硅氧烷為交聯結構,它采用粘度分別為3300 Pa* s和7000 Pa" s2儡種,聚丙烯酸甲酯為線性聚合物采用動態機械熱力學分析法研究了常溫條件下熱力學、動力學因素以及組成比例對阻尼材料性能的影響,用掃描電鏡觀察了微觀結構發現適當 提高交聯度和采用低分子量的聚硅氧烷都能提高互穿網絡聚合物的阻尼性能, tan W酌最大值為0. 269

關鍵詞:聚硅氧烷; 聚丙 烯酸酯;互穿聚合物網絡;損耗因子;交聯度 .

 

    IPN是2種或2種以上的聚合物通過物理或化學交聯生成的網絡,網絡間相互貫穿形成微相分離的多相體系這種獨特的結構可以有效地拓寬聚合物的性能,特別是玻璃化轉變溫度,因此IPN常常用于制備寬溫域阻尼材料"!聚丙烯酸酯主鏈為飽和的碳碳結構,側基是極性基團,因而具有優良的耐候性能,同時具有較理想的力學性能和較高的阻尼值(tanW,常用作阻尼材料1231而聚硅氧烷具有良好的耐熱老化等性能，在很寬的溫域內具有很好的柔軟性和回彈性,機械性能變化小，雖然阻尼值小,但是把聚丙烯酸酯和聚硅氧烷2者通過互穿網絡結構的方式結合起來,可以取得優異的阻尼性能聚合物的阻尼性能一般在低溫下最優異14.5,但是作為一種阻尼材料應用溫域-般在常溫,因此研究這種溫域下,材料的阻尼性能也有很大價值論文采用序列IPN方式,制備聚硅氧烷聚丙烯酸酯互穿網絡聚合物,研究其在0C以上的阻尼性能。

1實驗準備

1.1原料a ,的二羥基二甲基硅氧烷齊聚物(PDMS):粘度3300 Pa" s和7000 Pa”s 2種,工業品，上海科拉曼試劑有限公司;丙烯酸甲酯(MA, AP),上海科拉曼試劑有限公司;偶氮二異丁腈( AIBN, CP),上海科拉曼試劑有限公司司;二丁基二月桂酸錫( CP),上海科拉曼試劑有限公司;正硅酸酯( TEOS, CP),上海科拉曼試劑有限公司;硅油,工業品,上海科拉曼試劑有限公司。

1 2聚硅氧烷聚丙烯酸酯IPN的制備

在由有電動攪拌器、回流冷凝器、溫度計和滴液漏斗組成的四口燒瓶中,加入按化學計量混合的聚硅氧烷丙烯酸甲酯引發劑,交聯劑促進劑的混合物,密封攪拌并抽真空然后加熱并攪拌,保持80~90°C的反應溫度當燒瓶內的反應物反應到一定階段時,停止反應,將反應混合物注入模具中密封,放置于烘箱中,保持- -定溫度讓其繼續反應12 h

1.3測試表征及測試儀器

動態力學分析6!:采用美國Perkin-Elemer 公司的動態機械熱分析儀(DM A 7e)對IPN 材料的動態力學

性能進行分析。以5°C /min的升溫速率從0C到180°C 的溫度區域對試樣進行掃描,頻率為1 Hz掃描電鏡分析(SEM)": Philips( FED)的SIR ION型場發射式掃描電子顯微鏡于液氮中冷凍獲得新斷面，觀察斷面微相結構放大倍數500~4000倍。

13測試表征及測試儀器

動態力學分析6!:采用美國Perkin-Elemer 公司的動態機械熱分析儀(DM A 7e)對IPN 材料的動態力學

性能進行分析。以5C /min的升溫速率從0C到180°C 的溫度區域對試樣進行掃描,頻率為1 Hz掃描電鏡分析(SEM)": Philips( FED)的SIR ION型場發射式掃描電子顯微鏡于液氮中冷凍獲得新斷面,觀察斷面微相結構放大倍數500~ 4 000倍。

2實驗與討論

21組分比例不同對阻尼性能的影響

圖I為PDMS/PM A組分質量比分別為6* 6 6: 4和6: 3的動態力學譜,從圖1可以看出,在20C以上的常溫區域,損耗因子曲線有如下特點:在20°C附近和100 °C以上有2個損耗峰,損耗峰I和損耗峰1 ;兩峰之間為峰谷,它在60°C 附近。在20*C以上溫度區域隨聚硅氧烷含量的增加,損耗因子tan W變小。當PDM S/PMA分別為6: 66: 4和6: 3時,峰II與峰谷的溫度差明顯地向低溫方向以10C以上的速率移動，分別為65.4C.48.3°C和38.6°C,損耗因子tanW也相應隨之減小這是因為聚硅氧烷的玻璃轉變溫度 T低于聚丙烯酸甲酯的T,當聚硅氧烷含量增加時,它的阻尼損耗在IPN結構中占主導地位,也就是說聚丙烯酸甲酯的影響減弱,使損耗峰拉向低溫。同時也可以看到，峰II與峰谷之間的溫度差不斷減少,說明當兩

者比例為6* 6時, IPN結構的相容性是最好的, tan W達到0. 233

 

?

22交聯劑用量對阻尼性能的影響

增加交聯劑用量可提高網絡間相互纏結和鎖合能力,從動力學上阻止聚合過程中由于相對分子量增加而導致的相分離對于互穿網絡聚合物而言,它既不同于混合物又有別于嵌段共聚物,當改變其中任--組

分的交聯密度互穿網絡的結構形態發生改變,對其阻尼性能產生很大影響在圖2中曲線a和b為交聯密

度分別為1.5%和20%的聚硅氧烷與聚丙烯酸甲酯IPNs的動態力學譜圖,從圖2可以看出隨著交聯密度

的增加,阻尼曲線明顯往上移動，而且峰[和峰II 間的凹口變小了,這是因為當T EOS的用量增加時，從熱力學來看兩網絡具有熱不相容性,彼此間趨向相分離,電于聚硅氧烷交聯速度加快,交聯密度增大把聚丙烯酸甲酯長鏈分子鎖在聚硅氧烷形成的網格內,網絡間解纏的速度受到限制,即曲線b的互鎖能力明顯增強產生協同作用,導致阻尼曲線整體往上移,損耗峰分離趨向也減少了。

23不同分子量的聚硅氧烷對阻尼性能的影響

圖3是粘度為3300Pa's和7000Pas的聚硅氧烷分別與丙烯酸甲酯以質量比4* 5合成IPNs的動態力學譜圖隨著聚硅氧烷粘度的增加,在動態力學譜圖中,損耗峰I從0. 269減小到Q200,減少了大約30%。粘度的增加等價于聚硅氧烷分子量的增大。因為聚硅氧烷是一種柔性長分子鏈,與聚丙烯酸甲酯形成互穿

網絡結構粘度小的聚硅氧烷在2個交聯點之間的柔性鏈比粘度大的要小得多,因此鏈段受外力運動時,分子間的摩擦力隨粘度增加即分子鏈增長反而減少，這樣導致阻尼值下降單位體積內,聚硅氧烷粘度變大時,對于每1個聚丙烯酸甲酯分子鏈，與它互纏的聚硅氧烷分子數目減少,因此互穿和纏結的密度減少,導致阻尼值降低,這與22節得出的結論是一致的。

 

?3網絡組成對體系形態的影響

圖4為PM A與交聯劑用量為19%的PDM s以不同質量比合成的IPNs掃描電鏡圖。 從圖4可見,網絡

為單相連續結構, PDMS組分為連續相，PMA網絡為分散相,它以顆粒的形式分

散在PDM s網絡中,形成細胞狀結構圖4(a)中,在聚丙烯酸酯含量大的情況下，

其分散相粒子大量聚合在一起，分離的顆粒分散在聚硅氧烷的連續相中，而從圖4

(b)看到分散相的聚丙烯酸甲酯粒子相區尺寸減小,而且在連續相中分布稀少,兩相相容性提高從圖1也可知道,隨著PDMs含量的增加,阻尼性能提高。

4結語

對PDMS/PMAIPN阻尼材料進行了不同組分比、交聯度和不同分子量的聚硅氧烷的研究,探討了，上

述因素對材料在0°C 以上時的阻尼性能的影響,發現組分比為6: 6時tanW達到0 233,并且相容性也最好。交聯密度和采用較低分子量的聚硅氧烷都可以提高阻尼性能,tanW可達到0.269雖然這種材料阻尼性能還不很理想,但探討其在0C以上的性能對其進一步研究和應用具有一定的參考價值。

 

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