聚乙二醇對NBR中空纖維阻尼材料性能的影響研究

周國群 李明俊 徐泳文 王一方 汪貴芳

(1.南昌航空大學環(huán)境與化學工程學院，江西 南昌 330063； 2.南昌航空大學材料科學與工程學院，江西 南昌 330063)

1 引言

隨著改革開放以來，我國工業(yè)得到了長足的發(fā)展，但是環(huán)境污染也呈現(xiàn)不斷增長的趨勢，而振動與噪聲污染也逐漸成為了人們關(guān)注的問題[1]。振動的影響是多方面的，除了對人的生活、學習和健康造成一定的干擾，特別是在低頻振動下，對人的危害是異常嚴重的；而且它會損害建筑、精密儀器和設備，對其產(chǎn)生不可恢復的傷害[2-3]。因此控制振動與噪聲也成為當今較為熱門的課題[4]。

阻尼技術(shù)是控制結(jié)構(gòu)共振和噪聲的最有效方式，又是阻尼減震降噪技術(shù)的簡稱，還是應對減震、降噪問題的最重要方法[5-6]。通常把系統(tǒng)損耗震動能或聲能的能力定義為阻尼，阻尼顯示有這樣的變化規(guī)律：阻尼越大，輸入系統(tǒng)的能量便能在越短時間內(nèi)損耗完畢，因而系統(tǒng)從受激振動到重新靜止所經(jīng)歷的時間就越短，所以阻尼也可定義為系統(tǒng)受激后迅速恢復到受激前狀態(tài)的一種能力[7]。

中空纖維是一種由熔融紡絲或者濕法紡絲技術(shù)紡制而成的具有管狀空腔同時具有貫通纖維軸的化學纖維[8-9]。目前該類中空纖維大多用來做膜來進行水處理，而很少將其應用在減震降噪阻尼材料方面[10]。而本文則是通過NBR和PVC共混紡制中空纖維，并添加不同分子量的PEG(聚乙二醇)探索其對阻尼性能的影響。

2 實驗

2.1 實驗原料及儀器

表1 主要原料與儀器

2.2 材料的制備方法

為了得到阻尼值更優(yōu)的阻尼材料，利用PVC對NBR共混改性，其共混比例為9：1。然后再向共混物中加入強極性溶劑N，N-二甲基乙酰胺，最終使共混聚合物的質(zhì)量百分比控制在20%，溶劑的質(zhì)量百分比控制在80%。將共混聚合物溶液放在恒溫水浴鍋中加熱攪拌，溫度控制在60℃，再向溶液中加入成孔劑聚乙二醇200、聚乙二醇1000、聚乙二醇6000，其含量控制在聚合物質(zhì)量的1%、2%、4%、6%、9%，繼續(xù)加熱攪拌12h，使得溶液得到充分溶解，即得到用于紡制中空纖維的鑄膜液。

將得到的鑄膜液倒入紡絲機的加熱罐中恒溫靜置24h，再調(diào)節(jié)紡絲機的相關(guān)紡絲參數(shù)：鑄膜液擠出速度0.26ml/s，繞絲速度16m/min，內(nèi)芯液流量12ml/min，凝膠浴(自來水)溫度25℃，干程12cm。將鑄膜液從環(huán)狀噴絲頭擠出，通過一定高度的空氣間隙也就是干程之后，在導輪牽引下進入以自來水作為的凝膠浴中進行相轉(zhuǎn)換，紡織制備得到中空纖維膜，紡完后將其放在水中浸泡48h，期間多次換水，以洗去殘留在中空纖維里的溶劑。然后再浸入30%的甘油水溶液24h，最后將其置于室溫下通風晾干，即可得到不同的中空纖維阻尼材料。中空纖維紡絲過程如圖1所示。

圖1 中空纖維膜紡絲工藝圖

2.3 材料的表征

2.3.1 膜孔結(jié)構(gòu)表征

將NBR中空纖維阻尼材料剪出合適的長度放入液氮中，立馬脆斷后固定在導電臺上，經(jīng)過真空干燥后對其進行噴金處理，然后利用掃描電子顯微鏡觀察橫斷截面的孔結(jié)構(gòu)。

2.3.2 材料阻尼性能表征

本實驗采用動態(tài)機械分析儀(DMA Q800)表征NBR中空纖維阻尼材料的阻尼性能，它能靈活的反應高分子的結(jié)構(gòu)和運動的變化。采用拉伸模式進行測試，拉伸夾具適用于薄膜和纖維的阻尼性能測試，試件分別被夾持在拉伸夾具的固定端，測試參數(shù)：始終溫度0～120℃、應變0.05%，頻率1HZ，升溫速率為5℃/min。在進行測量以前，先要對動態(tài)熱機械分析儀進行位置校準和夾具校準，在校準步驟完成后再將制備好的試件放在儀器中進行測試。

3 實驗結(jié)果分析與討論

3.1 PEG200對材料的影響

本實驗的鑄膜液濃度為20%，NBR/PVC共混比為1：9，在鑄膜液中分別加入1%、2%、4%、6%、9%含量的PEG200，分別探究PEG200含量對材料孔結(jié)構(gòu)與阻尼性能的影響。

3.1.1 PEG200對孔結(jié)構(gòu)的影響

圖2 添加不同含量的PEG200掃描電鏡圖

圖2中的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)分別代表著添加1%、2%、4%、6%、9%含量的PEG200中空纖維掃描電鏡圖。從圖中可知，橫斷截面的孔主要分為三層(內(nèi)外指狀孔層和中間海綿狀層)，在含量為2%時，材料的海綿狀層最厚；而含量在1%和4%時，其內(nèi)外指狀孔層的大孔排列較有序。

3.1.2 PEG200對阻尼性能的影響

圖3 不同PEG200含量的尊性能對比

從圖3可以看出，五種材料的阻尼峰值都在0.7左右，當PEG200含量為1%時，材料的阻尼峰值最高，達到0.7074；含量在9%時，材料的阻尼峰值最低，達到0.6764；而材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度基本維持在90℃左右。

3.2 PEG1000對材料的影響

本實驗的鑄膜液濃度為20%，NBR/PVC共混比為1：9，在鑄膜液中分別加入1%、2%、4%、6%、9%含量的PEG1000，分別探究PEG1000含量對材料孔結(jié)構(gòu)與阻尼性能的影響。

3.2.1 PEG1000對孔結(jié)構(gòu)的影響

圖4 添加不同含量的PEG1000掃描電鏡圖

圖4中的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)分別代表著添加1%、2%、4%、6%、9%含量的PEG1000中空纖維掃描電鏡圖。從圖中可知，含量在1%時，材料的海綿狀層最厚，內(nèi)外指狀孔也最少，而隨著含量的不斷增加，其指狀孔的數(shù)量都有不同程度的增加。

3.2.2 PEG1000對阻尼性能的影響

圖5 不同PEG1000含量的尊性能對比

從圖5可以看出，五種材料的阻尼峰值都在0.65以上，當PEG1000含量為6%時，材料的阻尼峰值最高，達到0.6820；而PEG1000含量為2%時，材料的阻尼峰值最低，達到0.6544。

3.3 PEG6000對材料的影響

本實驗的鑄膜液濃度為20%，NBR/PVC共混比為1：9，在鑄膜液中分別加入1%、2%、4%、6%、9%含量的PEG6000，分別探究PEG6000含量對材料孔結(jié)構(gòu)與阻尼性能的影響。

3.3.1 PEG6000對孔結(jié)構(gòu)的影響

圖6 添加不同含量的PEG6000掃描電鏡圖

圖6中的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)分別代表著添加1%、2%、4%、6%、9%含量的PEG6000中空纖維掃描電鏡圖。從圖中可知，含量在6%時，其指狀孔的排列最為有序，而在其他含量時，材料的指狀孔都有破裂形成較大的空腔。

3.3.2 PEG6000對阻尼性能的影響

圖7 不同PEG6000含量的尊性能對比

從圖7可以看出，五種材料的阻尼峰值都在0.65以上，當PEG1000含量為9%時，材料的阻尼峰值最高，達到0.7504；而PEG1000含量為4%時，材料的阻尼峰值最低，達到0.6994。

4 結(jié)論

本文利用不同分子量的聚乙二醇(PEG200、PEG1000、PEG6000)充當鑄膜液中的添加劑，研究了這三種添加劑對材料阻尼性能的影響。結(jié)果表明：PEG200含量在1%時，材料的阻尼性能最優(yōu)；PEG1000含量在6%時，材料的阻尼性能最優(yōu)；PEG6000含量在9%時，材料的阻尼性能最優(yōu)。

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