[发明专利]苯乙烯-丙烯酸酯IPN/MMT纳米复合阻尼材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料，尤其涉及互穿网络共聚物与蒙脱石的纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

随着现代科学技术的飞速发展，宽频率的随机振动和噪声日益加剧，并激发机器和设备的多重振动，因此振动和噪声的控制对于设计而言是非常重要的。另外，振动和噪声还对人们的正常生活工作，甚至身体健康带来不良的影响，为此人们研究并开发了多种减小振动和噪声的有效方法和技术措施。

阻尼减振技术是有效控制结构振动和噪声的方法之一。阻尼材料是一种能吸收振动机械能量并将其转化为热能而消耗的新型功能材料，它利用材料基体在形变时把动能转变成为热能的原理使结构的共振振幅降低，从而增加抗疲劳寿命和降低结构噪声。

目前应用领域最广的粘弹性阻尼材料，即高分子阻尼材料，其阻尼性能是由于其特殊的分子结构所决定的。

高分子聚合物是由若干相同的分子链节依靠化学键连接起来的大分子，而且在很多情况下，分子链上还存在着支链，这样，分子链与分子链之间就不可避免形成缠结，当聚合物处在玻璃化转变温度以下时，链段运动处于冻结状态，此时高聚物处于玻璃态，表现出硬性。人们日常生活中使用的塑料如聚乙烯、聚丙烯等即是在这种状态下工作的。而与此不同的是另一类高聚物即橡胶的工作温度是在材料的玻璃化转变温度以上，此时高聚物处于橡胶态，分子链段处于解缠结的状态，链段运动活跃，在高分子链节之间进行化学交联后，使橡胶既有良好的弹性还能抑制分子流动，发生塑性形变。在玻璃化转变温度附近，高聚物分子链节与链段处于冻结与解冻之间的临界状态。当基体受到外力时，分子链从外界吸收能量促使分子内-C-C-链发生旋转，通过构象改变来实现链段运动。当外力解除后，变形的分子链要恢复原状，释放出外力所做的功，这就是粘弹性材料的弹性；由于链段运动和变形均需要克服分子内势能和分子间作用力，并且分子运动滞后于应力变化，从而导致滞后于内耗，使动能转变为热能，消耗于周围环境中，这就是粘弹性材料产生阻尼的原因。

当高分子材料受到交变应力的作用时，其形变行为是弹性形变与粘性流动的结合，会产生“滞后现象”，即在交变应力的作用下，高分子材料的形变落后于应力，因此在应力循环作用过程中，会产生能量损耗，称之为力学损耗或内耗，此时：

E^*＝E′+iE″

tanδ＝iE″E′

其中：E′-储能模量；E″-耗能模量；tanδ-损耗因子(阻尼值)。

互穿聚合物网络(IPN)是近年来快速发展的一种高分子阻尼材料，其可将聚合物材料的Tg转变区域拓宽到80～100℃以上，从而显著提高阻尼性能。

由于聚丙烯酸酯类聚合物的玻璃化温度可在107℃(聚甲基丙烯酸叔丁酯)和-70℃(聚丙烯酸辛酯)之间有多种选择性，且丙烯酸酯类聚合物具有优良的耐候性、耐油性、物理机械性能等，故它们的均聚物或共聚物以及它们的共混物非常适于设计阻尼材料。

而当纳米粒子特别是二维纳米片均匀分散于聚合物基体中之后，将能大大改进和提高材料原有的应用性能，同时还能赋予基体材料其他新的性能：增强增韧性能、耐磨性能、阻透性能、抗菌性能、抗老化性能及防紫外线性能。因此在互穿聚合物网络的基础上合成聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料成为阻尼材料新的发展方向，为阻尼材料的使用增加更广泛的空间。

专利号为03113288.X的中国专利公开了聚合物/黏土纳米复合材料及其制备方法，其中该聚合物/黏土纳米复合材料包括：聚合物10-90份；黏土0.1-10份；有机硅表面活性剂0.1-30份；乙烯类单体10-90份；分散介质3-1000份；催化剂0.1-1份；引发剂0.1-2份；促进剂0.1-2份；所述的聚合物是甲苯二异氰酸酯、六次甲基二异氰酸酯、4，4-二苯甲烷二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯分别和聚醚、聚酯或蓖麻油所形成的聚氨酯预聚体，所述的乙烯类单体是苯乙烯、丙烯腈、醋酸乙烯酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺单体，该聚合物/黏土纳米复合材料为高性能的互穿网络聚合物/黏土纳米复合材料。不过，该专利文献中公开的是以聚氨酯为基的橡胶组分(网状结构)、乙烯基单体聚合后形成的塑料类组分(线型结构)与有机粘土粉体复合而得到的互穿网络聚合物/黏土纳米复合材料，文中没有涉及得到剥离型纳米复合材料。而且，未涉及到其阻尼性能特征的表述。