环氧树脂/聚丙烯酸酯胶乳阻尼材料的制备及性能

作     者：李昊 

作者单位：苏州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄鹤

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：水性阻尼材料 聚丙烯酸酯胶乳 阻尼因子 环氧树脂 有效阻尼温域 

摘      要：为最大限度地降低噪声和共振带来的危害,人们不断开发各种减振、降噪技术。其中,聚合物基阻尼材料由于使用方便,以及降噪、减振效果好等优点,被广泛应用于各个领域,如汽车、轨道客车、飞机、工程机械、建筑,等等。本文的研究目标是开发环境友好、阻尼性能优异、有效阻尼温域宽的水性聚合物阻尼涂料。为了实现这一目标,我们以聚丙烯酸酯胶乳为基础,将其与环氧树脂以及小分子受阻酚进行原位聚合,制备聚丙烯酸酯复合胶乳。然后与无机填料及其它助剂混合,制备水性聚合物复合阻尼涂料。主要研究内容和结论如下:(1)在第二章中,我们详细探讨了聚丙烯酸酯胶乳制备中的各种因素,包括核壳软硬比例、核壳含量、功能单体以及长支链丙烯酸酯单体,对胶乳阻尼性能的影响。保持核、壳中各自单体总量及软、硬单体总量不变的情况下,改变核、壳中软硬单体比例,得到了最大阻尼峰从低温到高温逐渐变化的一系列胶乳。其中,硬核软壳的胶乳具有较宽的有效阻尼温域,而且其最大阻尼峰所处的温度较低。而软核硬壳胶乳除了最大阻尼峰所处的温度较高外,没有其它任何优势。当核、壳中软硬单体比例接近时,胶乳的阻尼因子最高。相较于单独分布于核或壳中,当核、壳中分别有总量50 wt%的功能单体丙烯酸或长侧链单体,胶乳的阻尼因子最高,TA值(tanδ的积分面积)最大,而有效温域则最低。长侧链单体的侧链越长,阻尼因子越高,TA值越大,有效温域则越低。(2)在第三章中,我们制备了环氧树脂(受阻酚1010)/聚丙烯酸酯胶乳复合胶乳,考察了环氧树脂(受阻酚1010)用量及其在胶乳核、壳层的分布,对复合胶乳阻尼性能的影响。随着环氧树脂(E16,E44)含量的增加,阻尼因子稍有提升,TA值显著增加,最大阻尼因子峰所处的温度逐渐向低温移动,有效阻尼温域逐步扩大,即实现了阻尼性能的全面提升。而受阻酚1010对聚丙烯酸酯胶乳阻尼因子的提升效果在较低用量时并不显著,比同等用量的环氧树脂差。但环氧树脂对聚丙烯酸酯胶乳有效阻尼温域的提升效果明显不如受阻酚1010。在核、壳均含有环氧树脂(E16,E44)的情况下,胶乳样品的阻尼因子最高,TA值也最高。不同分子量的环氧树脂E16与E44改性的聚丙烯酸酯胶乳的最大损耗因子值及其所处的温度基本一致。但分子量较大的E16改性的聚丙烯酸酯胶乳具有较宽的阻尼温域及较大的TA值,即具有更优异的阻尼性能。(3)在第四章中,我们针对企业产品开发要求,制备了环氧树脂/聚丙烯酸酯胶乳与无机填料的复合胶乳涂料,考察了消泡剂、乳液用量、交联剂KH570用量、无机填料粒径对其中的某些性能,包括耐反复烘烤性、抗冲击性、吸水率、涂料附着力、漆膜附着力、流动性等的影响。消泡剂含量增大,复合涂料鼓包和龟裂出现的情况减少、形态稳定性增加、漆膜及阻尼涂料附着力增大、抗冲击性能提升,但是复合涂料的吸水率大大提高。乳液用量过少,易造成涂层龟裂、附着力不达标、抗冲击性差等。乳液用量过多,易引起鼓包、形态稳定性差、吸水率过高、抗冲击性差等不利影响。交联剂KH570用量过多时,复合涂料抗冲击性降低。而过少,则吸水率增大、附着力降低、形态稳定性降低。云母粉的粒径大小对复合涂料附着力及抗冲击性没有大的影响。云母粉的粒径过大或过小时,吸水率都上升。云母粉的粒径减小,复合涂料的形态稳定性上升。当消泡剂含量为0.5 wt%、乳液用量为25 wt%、交联剂KH570用量为1 wt%、云母粉的粒径为300目时,可制备吸水率为5.1%,抗冲击性能合格,附着力为1级,流延距离小于1 mm的复合涂料。复合阻尼涂层的阻尼因子虽然最高仅为1.4,但是有效阻尼温域可达146℃,TA值为126.1,阻尼性能为所有体系中最高,具有实际应用价值。