新型高阻尼防污复合材料在高速列车上应用研究

针对高速轨道交通对高性能阻尼材料迫切需求，拟通过高分子链组成与结构-高分子/功能单元复合-聚集态结构/系统集成，从微观、亚微观到宏观多尺度范围研究以聚氨酯等为基体的复合材料阻尼性质，设计和制备梳状、超支化、官能侧链等一系列不同组成与结构的高分子，研究其微相分离、氢键与阻尼性质的关联性，从分子水平探索影响聚合物本征阻尼性质关键因素；拟将具有压电、导电功能单元与其复合，通过静电纺、超临界发泡、电控机敏单元等途径，制备多种亚微观结构复合材料，研究材料组成、结构对阻尼性质的影响规律，构建相关模型；拟通过赋予材料表面超疏水、疏油功能，以提高材料使用中的耐污能力；借助多层/共挤等复合技术，将高阻尼复合材料应用于高铁用产品中评价其应用性能。通过本项目研究和与高铁制造部门联合，预期得到损耗因子≥3.0和平均吸声系数≥80%的高阻尼减振降噪材料，为新型高阻尼防污复合材料在高速交通领域中的应用奠定基础。

本项目以高速轨道交通对高性能阻尼材料迫切需求为背景，通过高分子链组成与结构-高分子/功能单元复合-聚集态结构/系统集成，从微观、亚微观到宏观多尺度研究了高分子基复合材料的阻尼性质，主要开展了四方面的工作：（1）针对常用阻尼高分子，通过高分子链结构功能化，设计和制备了一系列具有不同组成与结构的大分子，如聚氨酯、聚异丁烯和聚丁二烯，研究了体系中氢键的形成与破坏对阻尼性能的影响，从分子水平探索了制约聚合物本征阻尼性质的关键因素，研究成果为从分子设计角度提高阻尼性能提供指导；（2）考察了高分子链与功能单元之间的相互作用、微相结构的形成对其阻尼性能的影响，得到综合性能优异的高阻尼复合材料；（3）在聚集态结构方面，着重研究了轻质多孔气凝胶和中空纤维对吸声性能的影响，以及梯度和三明治结构弹性体的阻尼性能，从结构设计的角度提高了复合材料的阻尼性能；通过表面疏水疏油防污功能化提高材料在油污、高湿等铁路工作环境中的服役性能；（4）在上述研究基础上，利用多层共挤工艺对高阻尼聚合物基复合材料进行了制备与应用评价，制备了阻尼因子高、宽温宽频、综合性能优良的橡胶基层状阻尼材料和橡胶/塑料层状阻尼材料，重点研究了组成、挤出参数对阻尼、阻燃性能的影响，优化了多层共挤工艺；根据高速列车的振动和噪声特点，研究并确定了阻尼结构，研制的层状阻尼材料的阻尼、隔声性能优良，探索了其在高铁领域中作为车体转向架、轨道减震垫和吸声内饰的应用，部分材料的损耗因子和吸声系数达到了预计指标，满足高速列车的技术要求，研究成果为新型高阻尼复合材料在高速交通领域中应用奠定科学基础。研究成果发表论文5篇，申请专利6项，培养研究生3名。