聚合物基多层复合阻尼材料的结构设计和减振机理研究

In order to reduce the vibration of high-end equipment, improve theirs operating security and precision, the damping materials become more and more important and necessary. Due to complex service environment of high-end equipment, the damping materials with high loss factor and wide temperature range are required. In this proposal, the materials with high loss factor at low and high temperature, respectively, will be prepared at first, and multilayered structure will be constructed through layer-multiplying extrusion, whose technology has been developed in our lab. The effects of modulus ratio of different layers, interfacial interaction and micro-/nano-scale confinement on damping properties, temperature range, mechanical properties and long term stability will be investigated. Moreover, the damping properties at different frequency and vibration modes of the materials with multilayered structure will be studied, in order to understand the relationship between dissipative vibration energy of polymer damping materials and relaxation behaviors of polymer chains, interfacial friction and layer interface slip. The mechanism of damping properties enhanced by relative interfacial displacement of multilayered structure will also proposed. The research will offer fundamental data and theoretical basis to prepare polymer damping materials with high performance, provide key damping materials for high end manufacturing. We truly believe that the research will be of great theoretical and practical significance.

阻尼材料的应用是降低高端装备振动，提高其运行安全性和精准性的重要途径之一。高端装备复杂的服役环境迫切需要我们提高阻尼材料的阻尼性能和强度、拓宽其阻尼温域范围。本项目首先设计并制备在低温有好的阻尼性能的阻尼胶和在高温有好的阻尼性能的阻尼胶，然后通过我们发明的微纳层状共挤技术将高温和低温阻尼材料构筑成微纳层状复合结构，研究不同层的模量比、界面相互作用和微纳多尺度受限作用对阻尼性能、阻尼温域范围、力学性能及其长期稳定性等性能的影响，研究微纳层状结构在拉伸、剪切、弯曲、扭摆等振动模式下的阻尼行为和在特定振动频率下的阻尼性能，建立高分子阻尼复合材料的耗散振动能与其链段松弛行为、界面摩擦和层界面滑移等结构演变的依赖关系，揭示层状复合结构的界面相对位移增强阻尼性能的机理，为制备高阻尼高强度的高分子阻尼复合材料提供基础数据和理论依据，为高端制造提供重要的减振阻尼复合材料具有重要的科学意义和应用价值。

高分子材料由于其粘弹性特点具有良好的阻尼性能，广泛应用在机械设备、交通运输、建筑、军事等领域的减振降噪，制备高性能高分子阻尼材料具有重要的研究意义和应用价值。本项目从单层材料的阻尼机理及性能调控、多层阻尼材料的构筑及协效机理、阻尼材料的结构阻尼减振评价三方面进行了系统研究。首先以丁基橡胶、热塑性聚氨酯和丁腈橡胶为基础材料，研究了不同结构的杂化小分子、填料和增塑体系对材料阻尼性能和力学性能的影响，揭示了分子链堆砌和缠结、分子链相互作用对阻尼性能的影响规律，制备了不同阻尼温域范围的高阻尼材料，为多层阻尼材料的设计奠定了基础；通过对微纳层叠复合挤出装置中的汇流器进行优化设计制备ABA型汇流器，使其适用于制备“约束阻尼”型交替层状阻尼材料；利用微纳层叠复合挤出装置构筑了不同层数和层厚比的多层阻尼材料，深入研究了层状阻尼材料的结构与性能关系，揭示了层状结构的协效阻尼机理，制备了综合性能优异的层状复合阻尼材料；通过悬臂梁共振测试评价了结构阻尼性能，并利用有限元分析结合响应面构建的方法研究了自由阻尼结构、约束阻尼结构及交替层状约束阻尼结构中结构参数及材料参数对于复合结构阻尼性能的影响，探讨了不同阻尼结构的材料需求，为高性能阻尼材料的研制提供了新方法。基础促进应用：发展了适合于高填充橡胶材料的微纳层叠共挤出装备，为轨道交通、新型武器装备等领域提供了关键材料，产生了显著的经济和社会效益。