用于减振降噪的高分子阻尼材料简介

阻尼材料是一种具有减振降噪和一定密封性的特种材料，而高分子阻尼材料是阻尼材料中最有效的一类，由于结构的特殊性而广泛地应用。阻尼材料已广泛应用于飞机、火箭、各种飞行器和装甲车、坦克、汽车等各种交通工具的减震降噪，潜水艇的吸波隐身、环境保护等。

什么是高分子阻尼材料？

高分子材料一般在玻璃化转变温度(Tg)附近具有较大的阻尼。聚合物在玻璃态时模量很高，分子几乎不能运动,因此不能吸收机械能；在高弹态时分子运动很容易,不能吸收足够的机械能；但是在Tg附近，聚合物的模量大幅度下降，并伴随着明显的力学阻尼特性，机械振动被转化为大分子链或链段的运动，通过分子间的内摩擦把机械能转化为热能，起到阻尼效果。

应变落后于应力的相角差δ称为力学损耗角, 常用力学损耗角正切tanδ(也称阻尼因子)来表示内耗的大小。力学损耗与阻尼性能关系非常密切, 聚合物的内耗愈大则阻尼效果愈好，tanδ和储能模量E′和损耗模量E"的关系如下:

tanδ=E"/E'

阻尼因子tanδ越大，阻尼温域越宽，则材料的阻尼性能越好。

影响阻尼性能的影响因素

阻尼材料的形态结构 (相容性) 、各组分聚合物的Tg 、各组分聚合物阻尼能力的大小、交联度、填料、环境温度都对材料的阻尼性能有影响。

（1）相容性

完全相容的聚合物网络（IPN）类似于单组分高聚物，玻璃化温度区域有所加宽，但E″、tanδ值变化呈现单一尖峰；完全不相容的IPN类似于共混，网络的互穿相容程度差，呈现两个孤立尖峰，中间区域出现较低的tanδ；半相容的IPN的Tg向内迁移互相靠近，同时, 由于互穿协同效应显著而使中间过渡区域的阻尼值E″、tanδ有明显上升。说明恰当的相容可使阻尼性能得以提高。

（2）温度

根据阻尼材料使用时的环境温度来选择合适的聚合物或共混物，使其Tg与环境温度一致，这样的阻尼材料才能在指定的环境下 具有最大的阻尼效果。

（3）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。

（4）各组分聚合物的Tg

对宽温域阻尼材料设计, 要求阻尼材料组分的Tg相隔要远。从理论上讲, 阻尼复合材料的阻尼温域不可能超过两组分Tg上、下限的温度区域。再考虑到形成复合体系后, Tg的内移效应, 因此两组分的Tg相隔要足够远。若每个组分都有较高的阻尼性能, 毫无疑问, 阻尼复合材料将具有优异的阻尼性能。

（5）交联度

随着交联度的提高, 增加了两组分的相容性。因此通过选择合适的交联度,可以在较宽的温域内获得较高的阻尼性能。

（6）填料

填料可使聚合物阻尼性能增加，因为填料粒子相互接触时产生粒子间摩擦，界面处发生粒子与高分子间的摩擦，使界面附近高分子的内耗增加，进而使阻尼性能提高。

封面来源：图虫创意