刘文睿
青岛科技大学李志波教授团队研究论文:有机碱催化苯基硅橡胶的合成与阻尼性能研究
2024-6-25 11:48
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文章重要内容

       青岛科技大学李志波教授团队采用有机环三磷腈碱(CTPB)为催化剂,通过阴离子开环聚合制备了苯基含量可控的高分子量二苯基硅橡胶生胶,添加白炭黑及其他阻尼填料制备成硅橡胶,通过调控苯基含量和阻尼填料,获得了兼具优良力学性能和阻尼性能的苯基硅橡胶材料,有效阻尼温域拓宽至133 °C(-33 °C到100 °C)。

文章背景

       阻尼材料可以将部分机械能转变为内能耗散掉,达到减振的效果。其中,硅橡胶阻尼材料,具有优异的耐高低温性能,在航空航天事业中发挥着重要作用,然而,常规硅橡胶材料只在远低于室温的玻璃化转变温度(Tg)附近表现出较高的阻尼性能,难以满足室温及以上温度范围内的阻尼性能需求。

       基于硅橡胶改性的研究表明,引入苯基单元尤其是二苯基结构单元,可以提高硅橡胶的Tg并拓宽其有效阻尼温域,有助于提高硅橡胶室温及以上温度范围内的阻尼性能。但由于二苯基硅氧烷单元具有较大的刚性,导致高苯基含量的硅橡胶合成困难,尚无对苯基含量高于30 mol%的阻尼硅橡胶的报道,因此,高性能高苯基阻尼硅橡胶的制备是该领域的重大挑战。

文章概述

       青岛科技大学李志波教授团队采用CTPB作为催化剂,四甲基二乙烯基二硅氧烷作为封端剂,在100 ℃条件下催化甲基单体D4二苯基单体D48Ph和乙烯基单体D4Vi的开环聚合,如图1所示,通过调节D4和D48Ph的投料比,成功合成了具有不同苯基含量的硅橡胶生胶,苯基含量为5 mol% ~ 50 mol%,并在此基础上添加不同阻尼填料制备了硅橡胶。

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不同苯基含量硅橡生胶的制备路线

       采用DMA测试研究了苯基含量对硅橡胶阻尼性能的影响,如图2所示,苯基含量为40 mol%时,有效阻尼温域达到113 °C(-31 °C到 82 °C),可在室温及以上温度表现出良好的阻尼性能。

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不同苯基含量硅橡胶的DMA测试结果:(a)储能模量E'和损耗模量E''随温度变化曲线;(b)损耗因子tanδ随温度变化曲线。

       采用炭黑K90和石墨烯作为填料可进一步拓宽硅橡胶的有效阻尼温域,如图3所示。添加炭黑K90和石墨烯片的40 mol%苯基硅橡胶的有效阻尼温域分别为127 °C(-27 °C到100 °C)和133 °C(-33 °C到100 °C),均可满足室温及以上温度的阻尼应用需求。

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3 添加炭黑K90和石墨烯作为阻尼填料的40 mol%苯基硅橡胶的损耗因子tanδ随温度变化曲线。

文章总结

       本文工作基于苯基硅橡胶生胶的高效制备方法,采用传统的可工业化橡胶加工工艺,制备了兼具力学性能和阻尼性能的苯基硅橡胶材料,实现了室温及以上温度范围的有效阻尼,展现出商业应用前景,为高性能阻尼材料的开发提供新的思路和有效的方法。

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     上述工作以研究论文形式在《高分子学报》2024年印刷出版论文第一作者为青岛科技大学在读硕士研究生杨言,通信联系人为青岛科技大学李志波教授赵娜副教授

引用本文:杨言, 贾维杰, 段市委, 赵娜, 李志波.有机碱催化苯基硅橡胶的合成与阻尼性能研究.高分子学报,2024,doi:10.11777/j.issn1000-3304.2024.24079Yang, Y.; Jia, W. J.; Duan, S. W.; Zhao, N.; Li, Z. B.Study of the organobase catalyzed synthesis of diphenyl silicone rubbers and their damping property.Acta Polymerica Sinica,2024,doi:10.11777/j.issn1000-3304.2024.24079

原文链接:

http://www.gfzxb.org/thesisDetails#10.11777/j.issn1000-3304.2024.24079&lang=zh

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