改性聚氨酯粘弹阻尼材料及其约束阻尼结构的表征及老化研究

论文摘要

改性聚氨酯粘弹阻尼材料（以下简称粘弹阻尼材料）具有优异的粘弹性，因此能够作为阻尼材料与基材组成约束阻尼结构，应用在阻尼减振降噪领域。但是作为高分子，其在使用过程中不可避免的遇到老化问题。本文表征了粘弹阻尼材料的力学性能、硬度、固化时间、固含量、吸水率等常规性能，通过人工加速老化研究粘弹阻尼材料及其约束阻尼结构的耐候老化和耐介质老化规律，主要老化方法有热氧老化、高低温循环、冻融循环、湿热老化等，老化介质有10%硫酸溶液、15%氢氧化钠溶液、海水和机油等。采用傅里叶红外光谱（FTIR）和体式显微镜观察老化前后粘弹阻尼材料表面微观结构和形貌的变化，用DASP振动测试系统研究老化前后约束阻尼结构阻尼性能的变化，主要研究结果如下：第一，粘弹阻尼材料与约束阻尼结构常规性能表征显示：所试粘弹阻尼材料的力学性能呈现早期发展快后期发展慢的状态，喷涂后10d其拉伸强度增长了428.57%，65d材料的拉伸强度增长了99.55%；固化时间研究表明，粘弹阻尼材料具有适宜的固化时间，其凝胶时间为190228s，表干时间为3545min；固含量研究表明，粘弹阻尼材料的固含量高达92.68%，是高固含量、零VOC的绿色环保材料；吸水率研究表明，粘弹阻尼材料7d的吸水率不超过5%，具有较好的耐水性；约束阻尼结构的阻尼分析表明，粘弹阻尼材料具有良好的阻尼效果，其约束阻尼结构在25Hz处的损耗因子为0.98436，对比空白砂浆板的损耗因子为0.4636。第二，粘弹阻尼材料耐候老化研究表明：高温高湿环境对所试粘弹阻尼材料的影响较大。力学性能测试显示，热氧老化56d后材料拉伸强度增加了2.7%，高低温循环56次后材料拉伸强度增加了32.28%，冻融循环56次后材料的拉伸强度增加了16.93%，湿热老化56d后材料的拉伸强度降低了79.23%；FTIR研究表明，老化后材料表面分子结构均遭到破坏，N-H、C=O、C-N、C-H等化学键存在不同程度的断裂；表面形貌观察揭示出，老化后所试粘弹阻尼材料中的气泡减少、材料变得密实，因此阻尼性能有不同程度的下降。阻尼性能测试显示，热氧老化56d后所试粘弹阻尼材料构成的约束阻尼结构一阶损耗因子下降了4.59%，高低温循环循环56次后其约束阻尼结构的一阶损耗因子下降了3.3%，冻融循环56次后其约束阻尼结构的一阶损耗因子下降了13.88%，湿热老化56d后其约束阻尼结构的一阶损耗因子下降了32.02%。因此，湿热老化对所试粘弹阻尼材料的影响最大。粘弹阻尼材料在使用过程中应尽量避免高温高湿环境。第三，粘弹阻尼材料的耐介质老化性能研究显示：10%硫酸腐蚀120d后材料的拉伸强度降低了12.87%，其约束阻尼结构一阶损耗因子比腐蚀前增加了31%；15%氢氧化钠腐蚀120d后材料的拉伸强度增加了16.0%，其约束阻尼结构一阶损耗因子比腐蚀前降低了20.69%；海水腐蚀120d后材料的拉伸强度降低了1.6%，其约束阻尼结构一阶损耗因子比腐蚀前增加了52.48%，机油老化120d后粘弹阻尼材料的拉伸强度降低了62.75%，其约束阻尼结构一阶损耗因子比腐蚀前增加了64.83%。FTIR谱图显示，硫酸、氢氧化钠和海水腐蚀后材料表面分子结构均有一定变化，软段和硬段均存在分子链的断裂，从表面形貌图中可观察到，腐蚀对材料表面的影响大于对其内部的影响。以上研究表明，所试粘弹阻尼材料具有一定的耐酸性、耐碱性和耐海水腐蚀性能，但机油对材料的性能影响较大，在使用过程中应尽量避免接触机油类物质。通过以上实验研究和理论分析，为粘弹阻尼材料在减振降噪领域的推广应用提供了试验数据，为提高其使用安全性和耐久性提供了理论依据，具有重要的工程指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 阻尼减振技术概述
• 1.2.1 粘弹材料阻尼机理
• 1.2.2 阻尼结构
• 1.2.3 阻尼性能的评价与测试
• 1.2.4 粘弹阻尼材料的制备方法
• 1.2.5 阻尼材料性能的主要影响因素
• 1.3 阻尼材料的老化性能研究进展
• 1.4 本研究的目的、学术思想和研究内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 实验方案
• 2.1 改性聚氨酯粘弹阻尼材料力学性能及阻尼性能测试
• 2.1.1 力学性能测试
• 2.1.2 硬度测试
• 2.1.3 凝胶时间测试
• 2.1.4 表干时间测试
• 2.1.5 固含量测试
• 2.1.6 吸水率测试
• 2.1.7 约束阻尼结构阻尼性能测试
• 2.2 环境因素对粘弹阻尼材料的影响
• 2.3 环境因素对约束阻尼结构的影响
• 2.4 微观性能研究
• 2.4.1 表面形貌分析
• 2.4.2 傅里叶红外光谱（FTIR）分析
• 第3章 改性聚氨酯粘弹阻尼材料及其约束阻尼结构表征
• 3.1 概述
• 3.2 粘弹阻尼材料
• 3.2.1 拉伸性能
• 3.2.2 硬度
• 3.2.3 固化时间
• 3.2.4 固含量
• 3.2.5 吸水率
• 3.3 约束阻尼结构
• 3.3.1 时域分析
• 3.3.2 阻尼分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 改性聚氨酯粘弹阻尼材料耐候老化性能研究
• 4.1 概述
• 4.2 热氧老化
• 4.2.1 力学性能分析
• 4.2.2 FTIR 分析
• 4.2.3 表面形貌分析
• 4.2.4 阻尼性能分析
• 4.3 高低温循环
• 4.3.1 力学性能分析
• 4.3.2 FTIR 分析
• 4.3.3 表面形貌分析
• 4.3.4 阻尼性能分析
• 4.4 冻融循环
• 4.4.1 力学性能分析
• 4.4.2 FTIR 分析
• 4.4.3 表面形貌分析
• 4.4.4 阻尼性能分析
• 4.5 湿热老化
• 4.5.1 力学性能分析
• 4.5.2 FTIR 分析
• 4.5.3 表面形貌分析
• 4.5.4 阻尼性能分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 改性聚氨酯粘弹阻尼材料耐介质老化性能研究
• 5.1 概述
• 5.2 硫酸腐蚀
• 5.2.1 力学性能分析
• 5.2.2 FTIR 分析
• 5.2.3 表面形貌分析
• 5.2.4 阻尼性能分析
• 5.3 氢氧化钠腐蚀
• 5.3.1 力学性能分析
• 5.3.2 FTIR 分析
• 5.3.3 表面形貌分析
• 5.3.4 阻尼性能分析
• 5.4 海水腐蚀
• 5.4.1 力学性能分析
• 5.4.2 FTIR 分析
• 5.4.3 表面形貌分析
• 5.4.4 阻尼性能分析
• 5.5 机油腐蚀
• 5.5.1 力学性能分析
• 5.5.2 FTIR 分析
• 5.5.3 表面形貌分析
• 5.5.4 阻尼性能分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论及有待于进一步研究的问题
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢