有機(jī)硅氧烷對(duì)乘用車專用阻尼材料的性能影響

肖艷麗，劉 福，王國芝，周琴琴，汪曉東*

（1．北京化工大學(xué)有機(jī)無機(jī)復(fù)合材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100029；2．馬鞍山聯(lián)洪合成材料有限公司，安徽馬鞍山243000）

材料與性能

有機(jī)硅氧烷對(duì)乘用車專用阻尼材料的性能影響

肖艷麗1，劉 福2，王國芝2，周琴琴2，汪曉東1*

（1．北京化工大學(xué)有機(jī)無機(jī)復(fù)合材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100029；2．馬鞍山聯(lián)洪合成材料有限公司，安徽馬鞍山243000）

將乙烯基有機(jī)硅氧烷、苯乙烯、丙烯酸丁酯及甲基丙烯酸等單體共聚，制備了不同配比的丙烯酸酯共聚乳液，并在乳液中加入無機(jī)填料，在多種助劑配合下制備出了性能優(yōu)良的復(fù)合阻尼材料。采用傅里葉紅外光譜儀和動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀研究了共聚乳液中有機(jī)硅氧烷組分對(duì)乳膠膜的結(jié)構(gòu)、阻尼性能和復(fù)合材料的損耗因子的影響，通過掃描電子顯微鏡對(duì)比研究了經(jīng)有機(jī)硅氧烷改性前后的乳膠粒的變化以及改性前后丙烯酸酯乳液與填料的界面相容性，并研究了有機(jī)硅氧烷對(duì)阻尼材料的力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)共聚乳液組成中含有一定量的有機(jī)硅氧烷進(jìn)行改性后，乳膠膜的阻尼性能、丙烯酸酯乳液與填料的相容性以及阻尼材料的力學(xué)性能均得到明顯的改善。

有機(jī)硅氧烷；阻尼材料；丙烯酸酯乳液；相容性；力學(xué)性能

0 前言

隨著當(dāng)今世界人們生活水平的不斷提高，汽車用量越來越大，人們對(duì)乘車的舒適度的要求也越來越高。乘用車的震動(dòng)和噪聲產(chǎn)生了很多的負(fù)面影響，影響著人們的身心健康和工作效率等。所以研究和開發(fā)高阻尼、性能優(yōu)良的阻尼材料已經(jīng)成為當(dāng)今世界最為關(guān)注的問題之一［1］。高分子阻尼材料利用其特有的大分子鏈的特性，將外界的固體震動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏纳⒊鋈?，其阻尼性能比高阻尼合金高?～2個(gè)數(shù)量級(jí)，其阻尼效果最為顯著［2］。高分子阻尼材料主要由高分子乳液、無機(jī)填料以及助劑組成［3］，其中丙烯酸酯類共聚乳液由于其主鏈的飽和結(jié)構(gòu)和側(cè)鏈為極性酯基，使其具有優(yōu)良的耐氧化性、耐氣候老化性、黏結(jié)力強(qiáng)以及極性酯基賦予其優(yōu)良的阻尼性能，被廣泛應(yīng)用于研制復(fù)合阻尼材料［4］。在制備復(fù)合阻尼材料過程中，有機(jī)聚合物的阻尼性能以及無機(jī)填料和有機(jī)聚合物之間的表面結(jié)合性對(duì)復(fù)合阻尼材料的性能起著決定性作用［5］，但由于有機(jī)聚合物與無機(jī)填料的性質(zhì)相差懸殊因而很難獲得良好的界面結(jié)合。硅烷偶聯(lián)劑在無機(jī)質(zhì)材料和有機(jī)質(zhì)材料之間形成的分子橋作用，可以提高無機(jī)/有機(jī)復(fù)合材料的力學(xué)性能、阻尼性能、黏結(jié)性能和耐水性等［6］。本文通過乳液聚合的方法制備出有機(jī)硅氧烷改性丙烯酸酯乳液，研究了不同有機(jī)硅氧烷含量的丙烯酸酯類乳液對(duì)復(fù)合阻尼材料性能的影響，為進(jìn)一步開發(fā)設(shè)計(jì)該類復(fù)合阻尼材料提供了科學(xué)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

丙烯酸丁酯（BA），分析純，天津市光復(fù)化工研究所；

苯乙烯（St），分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠；

甲基丙烯酸（MAA），分析純，天津市福晨化學(xué)試劑廠；

3（異丁烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷，KH-570，97％，美國Alfa Aesar公司；

碳酸氫鈉、過硫酸銨（APS）、氨水、壬基酚聚氧乙烯醚（OP-10），分析純，北京化工廠；

十二烷基二苯醚二黃酸鈉（DSB），分析純，羅地亞公司；

云母，粒徑分別為75、38μm，北京華威銳科科技有限公司；

滑石粉，粒徑為18μm，北京華威銳科科技有限公司。

1.2 主要設(shè)備及儀器

傅里葉紅外變換光譜儀（FTIR），NICOLET-IS5，Thermo-Scientific公司；

動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀（DMA），DMTA-V，Rheometric-Scientific公司；

掃描電子顯微鏡（SEM），SU3500，日立高新技術(shù)公司；

漆膜沖擊儀，QCJ，天津永利達(dá)材料試驗(yàn)機(jī)有限公司；

微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)，SANS，深圳市新三思材料檢測(cè)有限公司；

帶數(shù)顯攪拌器的恒溫水浴鍋，S312，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；

真空干燥箱，DZ-2BCⅡ，天津市泰斯特儀器有限公司；多通道蠕動(dòng)泵，BT100-1F，蘭格恒流泵有限公司；高速分散機(jī)，6Du2-547，德國Vma-Getzmann公司；

復(fù)合材料阻尼系數(shù)測(cè)定儀器，自制。

1.3 樣品制備

將單體St、BA、MAA和KH-570按一定比例混合，其中St/BA/MAA的質(zhì)量比為7∶12∶1，將OP-10、DSB和部分混合單體加入裝有冷凝管、攪拌器和通入氮?dú)獾乃目跓恐?，并加入去離子水和緩沖劑碳酸氫鈉，勻速攪拌30 min；再緩慢滴加剩余的混合單體和引發(fā)劑溶液，控制在3 h內(nèi)滴完；滴加結(jié)束后，體系升溫至90℃，保溫反應(yīng)2 h；反應(yīng)結(jié)束后，降溫至40℃，用氨水調(diào)節(jié)乳液p H值為8～9，過濾并出料；分別制備了KH-570含量為0、0．5％、1．0％、1．5％、2．0％和2．5％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）的一系列有機(jī)硅丙烯酸酯共聚乳液，乳液的固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％；將所制得的乳液加入到攪拌機(jī)中低速攪拌，依次加入分散劑、潤(rùn)濕劑及消泡劑等，再加入滑石粉、云母，攪拌至表面光滑，即得到固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75％～85％的復(fù)合阻尼材料。

1.4 性能測(cè)試與結(jié)構(gòu)表征

FTIR分析：采用FTIR對(duì)高分子聚合物結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，掃描范圍是4000～500 cm－1；

DMA分析：將乳液室溫下成膜，然后將其放入60℃的烘箱中干燥48 h，樣膜尺寸為20 mm× 6．5 mm×1．5 mm，測(cè)試樣品的阻尼性能，測(cè)試模式為拉伸，測(cè)試頻率為1 Hz，溫度范圍為－50～100℃，升溫速度為3℃/min；

結(jié)構(gòu)損耗因子（η）測(cè)試：將復(fù)合阻尼材料涂敷在處理過的45＃鋼板上，然后放入140℃的烘箱內(nèi)，烘烤30 min中后取出，室溫下放置5 min，制成約200 mm× 12 mm×3 mm的樣膜，用自制的儀器測(cè)試其阻尼系數(shù)，測(cè)試模式為單懸臂，用正弦信號(hào)對(duì)懸臂梁進(jìn)行非接觸掃頻激勵(lì)，測(cè)量試件的2階共振頻率（fn），然后測(cè)出各階共振頻率峰值下降3 dB時(shí)的帶寬（Δf），根據(jù)式（1）測(cè)試復(fù)合阻尼材料在10、20、30、40℃時(shí)的η：

SEM分析：制得復(fù)合阻尼材料后，取少量的干膜進(jìn)行觀察；

剪切強(qiáng)度測(cè)試：在2塊鋼板上，涂覆25 mm×25 mm，厚度為1 mm的漆膜，將2塊鋼板粘在一起，干燥固化后，在室溫下放置1 h，然后用萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸，拉伸速率為50 mm/min，標(biāo)距為25 mm；

沖擊性能按GB/T 1732—1993進(jìn)行測(cè)試，落錘質(zhì)量為1 kg，落錘高度0～50 cm；

拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率按GB/T 1040—2006進(jìn)行測(cè)試，拉伸速率為50 mm/min，標(biāo)距為25 mm。

2 結(jié)果與討論

2.1 FTIR分析

為表征所合成共聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu)，針對(duì)乳膠膜進(jìn)行了FTIR分析。由圖1可見，所有乳膠膜在2957 cm－1處吸收峰為—CH3的伸縮振動(dòng)峰，1728 cm－1處吸收峰為羰基振動(dòng)峰，1453 cm－1處為苯環(huán)骨架的吸收峰，1158、1116 cm－1附近為C—O—C對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰，941 cm－1處為丙烯酸丁酯的特征吸收峰。從圖1中還可以發(fā)現(xiàn)，含有機(jī)硅氧烷的乳膠膜在1860～1800 cm－1處均無吸收峰，說明無末端乙烯基，在1700～1600 cm－1處無明顯吸收峰，說明共聚物中無C＝C雙鍵。隨著乳膠膜中有機(jī)硅氧烷含量的增加，1116 cm－1附近的吸收峰變寬，同時(shí)1064、941 cm－1處的峰強(qiáng)度減弱。當(dāng)有機(jī)硅含量增加至2．5％時(shí)，941 cm－1處的吸收峰消失，說明1116 cm－1處附近有Si—O—Si鍵的生成，并且削弱了1064、941 cm－1處吸收峰的強(qiáng)度。由此證明了乙烯基硅氧烷和丙烯酸酯類單體發(fā)生了接枝共聚。

有機(jī)硅氧烷含量/％：1—0 2—0．5 3—1．0 4—1．5 5—2．0 6—2．5圖1 不同有機(jī)硅氧烷含量的丙烯酸酯乳膠膜的FTIR譜圖Fig．1 FTIR spectra for organosilicon modified polyacrylate copolymer latex

2.2 SEM分析

圖2顯示了不同有機(jī)硅氧烷含量丙烯酸酯乳膠膜的SEM照片。從圖可以看出，所有樣品的乳膠粒子呈規(guī)則的球形，隨著有機(jī)硅氧烷含量的增加，粒徑呈現(xiàn)變小的趨勢(shì)，其粒徑分布在75～90 nm之間；圖2（a）可以看出，不含有機(jī)硅的丙烯酸酯乳液的粒徑在90 nm左右，當(dāng)加入2．5％的KH-570時(shí)，乳液的粒徑減小到75 nm左右。這是由于有機(jī)硅的疏水性所導(dǎo)致，因?yàn)锳PS是水溶性引發(fā)劑，在乳液聚合過程中添加KH-570后，增加了共聚單體的疏水性，從而降低了共聚單體在水相和增容膠束中被引發(fā)聚合的幾率，縮小了在乳膠液滴外生成新粒子的比例，確保乳液中乳膠粒子的均勻性，從而使乳液具有更好的成膜性和潤(rùn)濕性。

圖2 不同有機(jī)硅氧烷含量丙烯酸酯乳膠膜的SEM照片F(xiàn)ig．2 SEM micrographs of acrylate latxe with different contents of organosilicon

2.3 DMA分析

從圖3和圖4可以看出，隨著有機(jī)硅氧烷含量的增加，阻尼因子（tanδ）呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，有效阻尼溫域（T）在45～52℃（tanδ≥0．3），當(dāng)有機(jī)硅氧烷含量增加到1．5％時(shí)，tanδ峰值最大，達(dá)到2．04，阻尼性能最好。當(dāng)有機(jī)硅的含量大于1．5％時(shí)，tanδ呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，當(dāng)硅氧烷的含量增加到2．5％時(shí)，tanδ峰值降低為1．74，而未添加有機(jī)硅的乳膠膜的tanδ峰值為1．83。由此可以對(duì)比出tanδ峰值明顯降低，引起這些變化的原因與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，當(dāng)引入有機(jī)硅后，有機(jī)硅單體的雙鍵與丙烯酸酯類單體發(fā)生了共聚，形成了接枝結(jié)構(gòu)的有機(jī)硅氧氧烷-丙烯酸酯的共聚物，而與硅原子相連的甲氧基水解生成了硅醇，分子間的硅醇縮聚，形成了Si—O—Si鍵，大分子與大分子之間以化學(xué)鍵相連，分子結(jié)構(gòu)由線形變?yōu)榻宦?lián)網(wǎng)絡(luò)，有機(jī)硅氧烷的含量越高，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)密度就越大，適當(dāng)?shù)慕宦?lián)可以增加聚合物鏈段間運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力，增大tanδ值。但交聯(lián)度過高時(shí)，就會(huì)使鏈段的活動(dòng)能力降低而減小摩擦力，tanδ值降低，阻尼效果變差［7］。同時(shí)，由圖5可以看出，隨著有機(jī)硅氧烷含量的增加，復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量（E′）得以提高。這是由于隨著有機(jī)硅氧烷含量的增加，分子之間形成的交聯(lián)密度增大，限制了聚合物分子鏈的運(yùn)動(dòng)，在一定的外力的作用下，產(chǎn)生的形變較小。

圖3 不同有機(jī)硅氧烷含量乳膠膜的阻尼因子與溫度關(guān)系曲線Fig．3 Tanδ-T of the acrylate copolymer latexes with different contents of organosilicon

圖4 不同有機(jī)硅氧烷含量乳膠膜的阻尼因子峰值Fig．4 Peak of tanδof the acrylate copolymer latexes with different contents of organosilicon

圖5 不同有機(jī)硅氧烷含量乳膠膜的儲(chǔ)能模量Fig．5 E′of the acrylate copolymer latexes with different contents of organosilicon

2.4 無機(jī)填料與共聚乳液的相容性

為了進(jìn)一步考查有機(jī)硅改性丙烯酸酯共聚乳液對(duì)其與無機(jī)填料相容的影響，采用SEM來觀察復(fù)合阻尼材料的干膜表面。圖6顯示了不同有機(jī)硅氧烷含量共聚乳液所制備的復(fù)合阻尼材料的SEM照片?？梢园l(fā)現(xiàn)，未改性共聚乳液與填料的相容性較差。隨著有機(jī)硅氧烷含量由0．5％增加到1．0％時(shí)，共聚乳液與填料結(jié)合的緊密程度得到明顯改善；當(dāng)有機(jī)硅氧烷含量繼續(xù)增加，高分子乳液與填料結(jié)合緊密，包覆情況較好，復(fù)合阻尼材料的干膜表面孔洞變少，幾何缺陷較少。顯然，無機(jī)填料和丙烯酸酯類共聚乳液之間的表面能相差懸殊，其表面張力大，因而很難獲得良好的界面結(jié)合。因此，通過對(duì)無機(jī)填料進(jìn)行表面改性，可降低填料與聚合物基體的界面張力，提高界面結(jié)合性能。本文所用的有機(jī)硅為硅烷偶聯(lián)劑，硅烷偶聯(lián)劑是一類具有雙親結(jié)構(gòu)的低分子有機(jī)硅化合物，其分子結(jié)構(gòu)通式為R-SiX3式中R代表與聚合物分子有親和力或反應(yīng)能力的基團(tuán)，X則代表能夠水解的親無機(jī)填料的基團(tuán)。共聚時(shí)隨著有機(jī)硅氧烷含量的提高，能夠水解親無機(jī)填料的基團(tuán)含量也隨之增加，導(dǎo)致所制備的共聚乳液與無機(jī)填料的界面相容性也越好，從而有效地增強(qiáng)了無機(jī)填料與高分子的界面結(jié)合力，并使填料與乳液中的共聚物間結(jié)合緊密度得到加強(qiáng)［8］。

2.5 共聚乳液對(duì)復(fù)合阻尼材料阻尼性能的影響

從圖7可以看出，隨著有機(jī)硅的增加，復(fù)合阻尼材料的η呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，且當(dāng)溫度為30、40℃時(shí)，其值的增大幅度高于溫度為10、20℃。隨著溫度的升高，對(duì)應(yīng)同一有機(jī)硅氧烷含量時(shí)，η呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)溫度為30℃時(shí)，復(fù)合阻尼材料的η均高于其他3種溫度下的值，且在有機(jī)硅氧烷含量為1．5％時(shí)，η達(dá)到最大值。這是因?yàn)殡S著有機(jī)硅氧烷含量的增加，聚合物與無機(jī)填料的界面相容性得到改善，其接觸面積增大。當(dāng)有外力作用時(shí)，聚合物與無機(jī)填料之間產(chǎn)生的摩擦力增大，增大了復(fù)合阻尼材料的內(nèi)耗。且當(dāng)溫度為30、40℃時(shí)，鏈段處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，無機(jī)填料與聚合物的親和性越好，接觸面積越大，填料與聚合之間產(chǎn)生的相對(duì)摩擦力就越大。所以隨著有機(jī)硅氧烷含量的增加，復(fù)合阻尼材料的η增大幅度高于10、20℃時(shí)的增大幅度。當(dāng)測(cè)試溫度為30℃，達(dá)到聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）時(shí)，聚合物鏈開始運(yùn)動(dòng)，但體系黏度較大，運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的摩擦阻力大。當(dāng)測(cè)試溫度進(jìn)一步升高至40℃時(shí)，聚合物鏈段運(yùn)動(dòng)阻力減小，而當(dāng)測(cè)試溫度為10、20℃時(shí)，聚合物處于Tg以下時(shí)，鏈段處于凍結(jié)狀態(tài)，復(fù)合阻尼材料的阻尼性能差，所以復(fù)合阻尼材料在30℃時(shí)的η較大。當(dāng)有機(jī)硅氧烷含量大于1．5％時(shí)，交聯(lián)密度過大時(shí)，鏈段的運(yùn)動(dòng)能力降低，所以復(fù)合阻尼材料的阻尼性能略下降。

圖6 不同有機(jī)硅氧烷含量共聚乳液所制備的復(fù)合阻尼材料的表面SEM照片F(xiàn)ig．6 SEM micrographs for the surface of composite damping material with different contents of organosilicon

圖7 不同有機(jī)硅氧烷含量共聚乳液制備阻尼復(fù)合材料的黏度Fig．7 Viscosity of the composite damping material with different contents organosilicon

圖8 有機(jī)硅氧烷含量對(duì)復(fù)合阻尼材料沖擊強(qiáng)的影響Fig．8 Effect of organosilicon contents on the impact strength

2.6 共聚乳液對(duì)復(fù)合阻尼材料的力學(xué)性能的影響

2.6.1 沖擊強(qiáng)度

圖8顯示不同有機(jī)硅氧烷含量的丙烯酸酯乳液制備的復(fù)合阻尼材料的沖擊強(qiáng)度?？梢园l(fā)現(xiàn)，與未添加有機(jī)硅的乳液所制備的復(fù)合阻尼材料相比，添加1．5％有機(jī)硅氧烷后的復(fù)合阻尼材料的沖擊強(qiáng)度從38 kg·cm增加到50 kg·cm，且隨著有機(jī)硅氧烷含量增加到1．5％時(shí)，沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大值50 kg·cm，當(dāng)有機(jī)硅氧烷含量從1．5％增加到2．5％時(shí)，沖擊強(qiáng)度隨之下降。這是由于復(fù)合阻尼材料沖擊強(qiáng)度的大小取決于有機(jī)硅丙烯酸酯乳液的本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及其與填料的界面結(jié)合情況，其本質(zhì)是通過聚合物鏈段運(yùn)動(dòng)以及與填料粒子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)將沖擊能轉(zhuǎn)化為熱能損耗掉，而減少對(duì)復(fù)合阻尼材料的破壞。隨著有機(jī)硅氧烷含量的增多，固化層形成的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和Si—O—Si結(jié)構(gòu)的增多，可以更有效地吸收沖擊能。此外隨著有機(jī)硅氧烷含量的增多，填料粒子與乳液結(jié)合更緊密，減少了復(fù)合阻尼材料的局部缺陷和應(yīng)力集中現(xiàn)象，所以復(fù)合阻尼材料的沖擊強(qiáng)度顯著提高。但有機(jī)硅氧烷含量越多，聚合物大分子之間形成了較為緊密的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，聚合物鏈鍛的運(yùn)動(dòng)能力下降，導(dǎo)致了復(fù)合阻尼材料的沖擊強(qiáng)度下降［9］。

2.6.2 剪切強(qiáng)度

圖9顯示了不同有機(jī)硅氧烷含量共聚乳液制備的復(fù)合阻尼材料的剪切強(qiáng)度?？梢园l(fā)現(xiàn)，隨著有機(jī)硅氧烷含量的增加，復(fù)合阻尼材料的剪切強(qiáng)度隨之提高，未添加有機(jī)硅氧烷時(shí)的剪切強(qiáng)度為0．59 MPa，當(dāng)有機(jī)硅氧烷含量為2．5％時(shí)剪切強(qiáng)度增加到1．69 MPa。這是由于拉伸剪切強(qiáng)度大小取決于復(fù)合阻尼材料和鋼板表面結(jié)合能以及復(fù)合阻尼材料的內(nèi)聚能。有機(jī)硅氧烷的加入使復(fù)合阻尼材料與基材的潤(rùn)濕性增強(qiáng)，且有機(jī)硅氧烷中與硅相連的甲氧基水解生成硅醇與基材表面的羥基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，復(fù)合阻尼材料與鋼板通過化學(xué)鍵結(jié)合，增大了復(fù)合阻尼材料與鋼板的表面結(jié)合能，所以隨著有機(jī)硅氧烷含量增加，剪切強(qiáng)度增加。另一方面，有機(jī)硅氧烷的加入，聚合物大分子之間發(fā)生了一定的交聯(lián)，使復(fù)合阻尼材料的內(nèi)聚能增大，當(dāng)有機(jī)硅氧烷含量大于1．5％時(shí)，涂層自身開裂，為內(nèi)聚力破壞，剪切強(qiáng)度的大小取決于復(fù)合阻尼材料內(nèi)聚力的大小，剪切強(qiáng)度的增加趨勢(shì)減緩。

圖9 有機(jī)硅氧烷含量對(duì)復(fù)合阻尼材料剪切強(qiáng)度的影響Fig．9 Effect of organosilicon contents on the shear strength of the composite

2.6.3 拉伸性能

圖10顯示了不同有機(jī)硅氧烷含量丙烯酸酯乳液制備的復(fù)合阻尼材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的變化?？梢园l(fā)現(xiàn)，與未添加有機(jī)硅的丙烯酸酯乳液所制備的復(fù)合阻尼材料相比，含量為2．5％的有機(jī)硅的復(fù)合阻尼材料的拉伸強(qiáng)度從1．05 MPa增加到1．51 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率從41％下降到21％；且當(dāng)有機(jī)硅氧烷含量大于1．5％時(shí)，拉伸強(qiáng)度明顯增加，斷裂伸長(zhǎng)率下降趨勢(shì)變緩。這是由于隨著有機(jī)硅的加入，大分子之間形成的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增加了大分子鏈之間的聯(lián)系，使分子鏈之間不易相對(duì)滑移，使復(fù)合阻尼材料的拉伸強(qiáng)度增加，斷裂伸長(zhǎng)率降低。且有機(jī)硅的加入，改善了聚合物與無機(jī)填料的界面結(jié)合性，由圖4可以看出，當(dāng)有機(jī)硅氧烷含量大于1．5％時(shí)，聚合物與填料界面結(jié)合緊密，復(fù)合阻尼材料的拉伸強(qiáng)度明顯提高，斷裂伸長(zhǎng)率下降緩慢［10］。

圖10 有機(jī)硅氧烷含量對(duì)復(fù)合阻尼材料拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的影響Fig．10 Effect of organosilicon contents on the tensile strength and elongation of the composite

3 結(jié)論

（1）將有機(jī)硅氧烷與丙烯酸酯單體進(jìn)行共聚，可以顯著提高樹脂基料的阻尼性能；且隨著有機(jī)硅氧烷含量的增加，復(fù)合材料的阻尼因子出現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)；

（2）有機(jī)硅氧烷改性的共聚乳液與無機(jī)填料具有更好的相容性，改善了有機(jī)聚合物與無機(jī)填料的相容性，解決了填料在乳液中分散不均勻的缺陷，從而提高了復(fù)合阻尼材料的阻尼性能；

（3）采用有機(jī)硅改性的丙烯酸酯乳液所制備的復(fù)合阻尼材料具有更優(yōu)異的力學(xué)性能。

［1］楊 波，姚 宇，黃海山，等．水性阻尼涂料在轎車上的應(yīng)用［J］．涂料工業(yè)，2015，45（9）：69-73．Yang Bo，Yao Yu，Huang Haishan，et al．Application of Waterborne Damping Coating in Automobile Industry［J］．Paint＆Coatings Industry，2015，45（9）：69-73．

［2］陳 沖，岳 紅，張慧軍，等．高分子阻尼材料的研究進(jìn)展［J］．中國膠黏劑，2009，18（10）：57-61．Chen Chong，Yue Hong，Zhang Huijun，et al．Research Progress of Damping Macromolecule Materials［J］．China Adhesives，2009，18（10）：57-61．

［3］王 曉，候佩民，徐元浩，等．水性阻尼涂料發(fā)展概況［J］．廣州化工，2012，40（22）：29-31．Wang Xiao，Hou Peimin，Xu Yuanhao，et al．The Re-search andDevelopment of Waterborne Damping Coating［J］．Guangzhou Chemical Industry，2012，40（22）：29-31．

［4］李素清，夏宇正，石淑先，等．聚丙烯酸酯/聚硅氧烷的分子設(shè)計(jì)及阻尼性能的研究［J］．北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，29（3）：32-35．Li Suqing，Xia Yuzheng，Shi Shuxian，et al．Design of Polyacrylate/Polysiloxane Copolymer and Its Damping Performance［J］．Journal of Beijing University of Chemical Technology，2002，29（3）：32-35．

［5］M C Yew，N H Ramli Sulong，M K Yew，et al．The Formulation and Study of the Thermal Stability and Mechanical Properties of an Acrylic Coating Using Chicken Eggshell as a Novel Bio-filler［J］．Progress in Organic Coatings，2013，76：1549-1555．

［6］王 沖，南 輝，王 剛．硅烷偶聯(lián)劑改性納米TiO2對(duì)PVC紫外屏蔽性能的影響［J］．中國塑料，2014，28（9）：61-65．Wang Chong，Nan Hui，Wang Gang．Effect of Silane Coupling Agent Modificated Nanometer TiO2on the UV Shielding Properties of PVC［J］．China Plastics，2014，28（9）：61-65．

［7］張 杰，高 圩．阻尼涂料用苯丙四元共聚乳液的合成及其結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系［J］．涂料工業(yè)，2015，45（8）：1-7．Zhang Jie，Gao Xu．Synthesis and Properties of Styrene-Acrylate Quadripolymer Emulsion for Damping Coatings［J］．Paint＆Coatings Industry，2015，45（8）：1-7．

［8］楊學(xué)莉，于 磊，劉文廣，等．硅烷偶聯(lián)劑對(duì)PBS/碳酸鈣晶須復(fù)合材料力學(xué)性能與熱穩(wěn)定性的影響［J］．中國塑料，2015，29（6）：28-33．Yang Xueli，Yu Lei，Liu Wenguang，et al．Effect of a Coupling Agent on Mechanical Properties and Thermal Stability of PBS/Calcium Carbonate Whisker Composites［J］．China Plastics，2015，29（6）：28-33．

［9］袁 琪．水性阻尼涂料的力學(xué)性能研究［J］．河南建材，2013（3）：36-38．Yuan Qi．Study on the Mechanical Properties of Aqueous Damping Coating［J］．Henan Building Materials，2013（3）：36-38．

［10］李運(yùn)德，李 春，徐永祥．常溫固化FEVE氟碳涂料力學(xué)性能研究［J］．涂料工業(yè)，2009，39（1）：30-38．Li Yunde，Li Chun，Xu Yongxiang．Study on Mechanical Properties of Air Curing PEVE Paint［J］．Paint＆Coatings Industry，2009，39（1）：30-38．

Effects of Organosilicon on Microstructure and Properties of Waterborne Damping Materials for Vehicles

XIAO Yanli1，LIU Fu2，WANG Guozhi2，ZHOU Qinqin2，WANG Xiaodong1*
（1．State Key Laboratory of Organic-Inorganic Composites，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China；2．Ma’anshan Lianhong Synthetic Materials Co，Ltd，Ma’anshan 243000，China）

The acrylate copolymer latexes containing different contents of organosilicon were synthesized by emulsion polymerization and then characterized by Fourier-transform infrared spectroscopy．Their morphologies and dynamic mechanical properties were investigated by scanning electron microscopy（SEM）and dynamic mechanical analysis（DMA），respectively．A series of waterborne damping materials for vehicles were prepared by compounding the resulting copolymer latexes with inorganic fillers．SEM observation demonstrated that the incorporation of organosilicon could improve the compatibility between the copolymer latexes and inorganic fillers and thus resulted in a better interfacial combination between them．DMA investigation showed that the damping properties of the damping materials were enhanced significantly．Moreover，the mechanical properties of the damping materials also presented a remarkable improvement due to the addition of organosilicon．

organosilicon；damping material；acrylate copolymer latexes；compatibility；mechanical property

TQ325

B

1001-9278（2017）01-0013-07

10．19491/j．issn．1001-9278．2017．01．003

2016-09-06

*聯(lián)系人，wangxdfox＠aliyun．com