来源：第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第7分册） 作者：王文志 郑梯和
摘要：本文以氯化丁基橡胶与塑料相聚醋酸乙烯酯、聚氯乙烯为主要原料，采用微纳共挤装置制备多层阻尼材料。通过DMTA与偏光显微镜分析,结果表明：通过氯化丁基橡胶与醋酸乙烯酯、聚氯乙烯的多层共挤，可以有效拓宽橡胶材料的阻尼峰值与有效阻尼温域范围。
氯化丁基橡胶（CIIR）是丁基橡胶氯化制得，是一种优良的粘弹性体，具有良好耐热、耐天候和适当的耐油性能，故常用作阻尼基体材料。但是氯化丁基橡胶的玻璃化转变温度（tg）较低（-56℃），有效的阻尼温度范围在ｔg±（10~15）℃之间，决定了其阻尼温域偏低，很难满足常温以上温域阻尼性能使用要求[1,2]。
通常橡胶阻尼材料大多只具有单一的阻尼峰，但随着振动频率和振幅的增加，由于阻尼性能使得橡胶材料的内部生热问题严重，橡胶的工作温度逐渐升高。提高橡胶阻尼材料的阻尼温度，拓宽橡胶材料阻尼温域是具有重要意义。
提高橡胶阻尼材料的阻尼温度、拓宽阻尼材料的阻尼温度的主要方法有共混、互穿网络及改善制品结构[2~4]。由于塑料相的玻璃化温度分布在室温到200℃范围内。通过引入塑料相可以有效的提高橡胶材料的阻尼温度。引入合适玻璃化温度、阻尼性能好的塑料相将会取得很好的效果。含有强极性、多侧基结构的高分子材料阻尼性能好。聚醋酸乙烯酯（PVAc），有庞大的侧基，PVC有强极性基团，是比较合适的备选材料。所以本文采用的塑料相为PVAc、PVC。工艺方面，传统的共混工艺简单，但是对材料的性能提高有限。互穿网络可以有效的改善橡胶的阻尼性能，但是工艺复杂，难以工业化。过改变制品的结构可以有效的改善橡胶的阻尼性能，而且工艺简单，是工业化比较有效的方法之一。目前采用多层共挤来制备多层的阻尼材料，改变了传统共混的海岛结构，对阻尼材料的阻尼性能有了很大的改善。
本文以氯化丁基橡胶与PVAc、PVAc为主要原料，采用四川大学微纳层共挤技术制备多层阻尼材料，改材料呈交替层状双连续结构[5]，通过引入塑料相来提高橡胶的阻尼温度，通过多层状界面效应来拓宽橡胶的阻尼温域。
1.实验部分
1.1实验原料
氯化丁基橡胶，俄罗斯CK-139；
PVAc，美国陶氏化学；
白炭黑,中橡集团；
云母（1250目）,市售；
硬脂酸，市售；
1.2试样的制备
氯化丁基橡胶的改性料制备：
配方：CIIR100份，云母50份，白油50份，硬脂酸 2份
CIIR双辊混炼条件：
开炼温度：100℃
开炼时间：15min 之后调大辊距加入各助剂，每次开炼至多一公斤，应在将各次开炼好的胶料叠合后再返炼5min,使胶料均一。
层状复合材料的制备：将自制的氯化丁基橡胶与PVAc分别在两台不同的挤出机挤出，在熔融状态下两种熔体进入共挤机头制成不同层数的复合材料，该复合材料通过冷却装置即可牵引成厚度1.0 mm左右，宽度为30~35mm的样条。
普通共混物的制备：将氯化丁基橡胶和塑料按一定比例用双辊筒塑炼机熔融共混后，然后用压延机制成厚度1.0mm左右的式样。
1.3测试与表征
1.3.1阻尼性能测试
试片厚度为1.0 mm。采用美国TA公司的DTMA—IV动态热力学分析仪进行阻尼性能测试。试验条件：频率 1 0 Hz，升温速率3℃/min。变形模式单悬臂梁。
1.3.2偏光显微镜检测
采用偏光显微镜用以观察层状材料的结构。
2 结果与讨论
2.1CIIR/PVAc多层实验
图1是氯化丁基橡胶与聚醋酸乙烯酯挤出不同层数的阻尼因子图。由图1可知，多层挤出试样的阻尼性能明显优于普通共混试样，随层数的增加，多层试样中的CIIR阻尼有效温域逐渐拓宽，阻尼峰位置向高温移动，且损耗因子也是随层数的增加依次提高。其主要原因为在震动场中，层界面产生摩擦和滑移，各层产生剪切形变；使分子链间摩擦损耗增加，进而更有效的将外部震动能转化为热能或其他形式的能量耗散掉，从而表现出优异的阻尼性能。
图1 CIIR/PVAc多层共挤阻尼性能
2.2层厚比对多层阻尼材料性能的影响
两组分原料在交替层状结构中的厚度分布将影响着材料的阻尼性能。图2是两台挤出机转速比对材料阻尼性能的影响曲线，PVAc端挤出机与CIIR端挤出机的转速之比分别为4:15、7.5:15、15:15。通过调节两台挤出机的转速比即可控制交替层状材料中两阻尼材料的厚度比，随着PVAc端挤出机挤出速度的增加，低温处的Tanδmax 值降低，高温的Tanδmax值增加，与层厚通过挤出机转速控制的理论相符。
图2 挤出机的转速对多层材料阻尼性能的影响
2.3改性的CIIR与PVAc的多层共挤
表1与图3是改性的CIIR与PVAc八层共挤阻尼材料的体现。由图3可知，未加石油树脂（PR）的CIIR与PVAc交替多层试样呈相对孤立的双峰，说明两组分相容性差，通过添加PR可以提高CIIR与PVAc的相容性；由图3可知，当PR含量大于50phr后呈单一的损耗峰，损耗因子大于1，有效阻尼温域也随PR含量而拓宽，在高于室温的范围内具有优异的阻尼性能。由表可知，随着石油树脂含量的增加，损耗峰的位置逐渐增高，损耗峰的值也在逐渐升高，阻尼温于也在不断提高。
表1 改性CIIR与PVAc多层共挤阻尼性能
图3 改性CIIR与PVAc多层共挤阻尼性能
2.4PVC/CIIR交替多层阻尼材料
图4是CIIR与PVC多层共挤阻尼材料的阻尼性能。由图可知，多层阻尼材料的损耗因子优越于普通共混样。不论是多层共挤样还是共混样都只有一个较宽的损耗峰，说明选择CIIR与PVC进行多层共挤制备多层材料是合理的。CIIR与PVC多层共挤，多层试样温域远远大于共混样，多层阻尼峰值0.76也大于共混样的0.47。但PVC65的阻尼损耗峰在4.3℃，CIIR的阻尼损耗峰在-17.2℃，均低于室温，所以制得的多层样品在高于室温时阻尼因子较小 。CIIR与PVC8层共挤阻尼材料性能最佳，在10℃以上要优越于纯CIIR。
图4 CIIR与PVC多层共挤阻尼材料的损耗因子
2.5多层材料的偏光显微镜图片
图5 CIIR/PVAc多层材料与共混材料的偏光显微镜图
图5是CIIR与PVAc多层共挤材料的偏光显微镜图。由图可知，共混样中，PVAc与CIIR呈现海岛状结构。而多层材料呈现双连续相结构。当层数大于8层时，双相连续结构不明显，对材料的阻尼性能有一定的影响。
3.结论
通过氯化丁基橡胶与PVAc、PVC多层共挤，可以有效的提高橡胶的阻尼峰位置，并可以有效的拓宽阻尼温域。PR改性CIIR与PVAc共挤，损耗峰的位置可以从26℃到53℃，有效阻尼温域（Tanδ＞0.5）可以拓宽到75℃。CIIR与PVC多层共挤，多层试样温域远远大于共混样，多层阻尼峰值0.76也大于共混样的0.47。通过偏光显微镜图谱，橡胶与塑料呈现双连续相结构，这种结构可以通过层界面之间的摩擦提高橡胶的阻尼性能。
参考文献
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[2]秦岩,屈爽,黄志雄. 聚氯乙烯共混改性氯化丁基橡胶阻尼材料性能[J].华中科技大学学报（自然科学版），2008,36（9）:102~105
[3]张榕，张德志，朱新生. 宽温域高阻尼氯化丁基橡胶的制备及其阻尼与力学性能研究[J].苏州大学学报（工学版），2009，29（2）：27~61
[4]李姜,郭少云,李婷,杜芹.交替微层高分子复合材料的阻隔性能与结构[J].武汉理工大学学报,2009,31(12):25~27
[5]王明,郭少云.微纳多层功能复合材料的制备新技术[J];工程塑料应用,2008,36(11):83~87
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