[發(fā)明專利]一種基于多級能量耗散機(jī)制的高性能阻尼減振彈性體及其制備方法

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• 申請日: 2022-08-25
• 公開（公告）號: CN115386035A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳錦榮;侯雨佳;彭燕;兀琪;李維航
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: C08F220/18
• 分類號: C08F220/18;C08F220/06;C08F226/06
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 李蜜

本發(fā)明提供了一種基于多級能量耗散機(jī)制的高性能阻尼減振彈性體及其制備方法，所述阻尼減振橡膠以帶長側(cè)鏈的丙烯酸酯類單體為主單體，以帶胺基和帶羧基的丙烯酸酯類單體為共聚單體，通過共聚在丙烯酸酯類單體的分子側(cè)鏈上引入胺基和羧基，這兩種基團(tuán)間可同時形成氫鍵、離子鍵以及尺寸不同的聚集體，使得彈性體既具有較高的力學(xué)性能又具有優(yōu)異的阻尼減振性能；所述阻尼減振彈性體的摩爾組分構(gòu)成為：帶長側(cè)鏈的丙烯酸酯類單體70?94份，帶胺基的丙烯酸酯類單體和帶羧基的丙烯酸酯類單體的摩爾含量為3?15份且相等，聚合引發(fā)劑0.001?0.05份。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于橡膠材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于多級能量耗散機(jī)制的高性能阻尼減振彈性體及其制備方法。

背景技術(shù)

目前，在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中，如使用冰箱、車輛、飛機(jī)等的時候，振動和噪音是普遍存在的。它們不僅會導(dǎo)致共振、結(jié)構(gòu)故障和疲勞失效，還會對人體健康造成危害。為了有效地降低振動和由此產(chǎn)生的噪聲，人們通常會選用粘彈性阻尼高分子材料(ScientificReports 2016,6,22810)。過去，傳統(tǒng)的橡膠材料常被使用來達(dá)到這一目的。然而，基于傳統(tǒng)橡膠材料的改性存在設(shè)計(jì)復(fù)雜，或阻尼效果不夠的問題。

近年來，人們發(fā)現(xiàn)基于動態(tài)分子間相互作用(氫鍵、離子鍵、金屬配位作用等)的超分子聚合物(Advanced Materials 2017,29,1604951；Advanced Functional Materials2018,28,1800741)可以通過這種相互作用的可逆破壞來有效地耗散能量，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的阻尼減振效果。例如，Yan等人報道了一種基于四重氫鍵的超分子彈性體，具有良好的抵抗沖擊的能力，可將沖擊力降低70％(Journal of the American Chemical Society 2021,143,1162)。因此，發(fā)展利用基于超分子相互作用的彈性體來實(shí)現(xiàn)阻尼減振是一種極具前景且有效的方法。不過，如何提升其阻尼性能仍然是一個有待探討的問題。

盡管有一些研究者已經(jīng)通過模擬具有優(yōu)異減振性能的天然材料(如貽貝足絲)的結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)阻尼減振彈性體(Biomimetics 2019,4,25)，但是這些超分子聚合物的制備通常涉及多個步驟，構(gòu)建了復(fù)雜的層次結(jié)構(gòu)。另外，它們的阻尼性能尚未被研究。所以，尋找簡單的方法制備高性能阻尼減振彈性體仍是一個巨大的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有制備阻尼減振彈性體技術(shù)的不足，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種高性能阻尼減振彈性體材料，并提供了一種簡單的制備高性能阻尼減振彈性體的方法。

本發(fā)明的設(shè)計(jì)理念與有益效果：本發(fā)明通過在彈性體中引入強(qiáng)度不同的動態(tài)分子間相互作用構(gòu)建多級能量耗散機(jī)制，從而提高彈性體的力學(xué)性能與阻尼減振效果。具體地，我們在彈性體分子的側(cè)鏈上引入羧基(位于直鏈狀側(cè)基)和胺基(位于環(huán)狀側(cè)基)，在這兩種基團(tuán)間可同時形成氫鍵、離子鍵以及尺寸不同的聚集體。當(dāng)彈性體受到外力時，弱的氫鍵首先斷裂，然后離子鍵和聚集體由小到大變形至最終斷裂。多重動態(tài)相互作用的增強(qiáng)及多級能量耗散機(jī)制使得彈性體具有較高的力學(xué)強(qiáng)度及優(yōu)異的阻尼減振性能。

具體地，本發(fā)明提供的基于多級能量耗散機(jī)制的高性能阻尼減振彈性體是以帶長側(cè)鏈的丙烯酸酯類單體為主單體，以帶胺基和帶羧基的丙烯酸酯類單體為共聚單體，通過共聚在丙烯酸酯類單體的分子側(cè)鏈上引入胺基和羧基，這兩種基團(tuán)間可同時形成氫鍵、離子鍵以及尺寸不同的聚集體，使得彈性體既具有較高的力學(xué)性能又具有優(yōu)異的阻尼減振性能；高性能阻尼減振彈性體的摩爾組分構(gòu)成為：帶長側(cè)鏈的丙烯酸酯類單體70-94份，帶胺基的丙烯酸酯類單體3-15份，帶羧基的丙烯酸酯類單體3-15份，且?guī)О坊谋┧狨ヮ悊误w和帶羧基的丙烯酸酯類單體的含量相等，聚合引發(fā)劑0.001-0.05份。進(jìn)一步地，帶胺基的丙烯酸酯類單體5-10份，帶羧基的丙烯酸酯類單體5-10份。