Page 87 - 《精细化工》2022年第7期

第 7 期 景芳达，等: 改性玄武岩纤维/聚氨酯阻尼材料的制备及性能 ·1373·

MBF 含量为 20%的两组材料的阻尼温域提升最显
著，20BF@EPU 的有效阻尼温域达到了 112.7 ℃，
20MBF@EPU 则达到了 140.0 ℃，比纯 EPU 的
54.6 ℃分别提高了 58.1 和 85.4 ℃。图 7b 反映了材
料的储能模量与温度的关系。由图 7b 可见，随着温
度的升高，材料的储能模量逐渐降低。由于储能模
量一定程度上可以反映材料的弹性，由于纤维的加
入替代了部分聚氨酯基体，在材料受力时弹性降低；
BF 对复合材料的储能模量影响较小，这是由于 BF
在基体中较易团聚导致分散不均匀，在材料受力时
无法提供有效支撑，因此对复合材料的弹性影响较
小；3 组添加 MBF 的样品储能模量均低于 EPU，且
随着 MBF 含量的增加而提高，这是因为，BF 作为
一种天然亲水的无机物，经 KH550 处理后易于被聚
氨酯润湿，聚氨酯分子插入 MBF 之间，利于 MBF
的分散。由图 7c 可以发现，BF 的添加提高了材料
的损耗模量，BF 和 MBF 含量为 30%的两组材料的
损耗模量达到最大值，这是因为，在复合材料受外
力作用时，除了聚氨酯分子链的相对运动产生损耗

a—XPS 全谱；b—EPU 的 C 1s；c—20MBF@EPU 的 C 1s；d— 外，纤维与纤维之间、纤维与聚氨酯分子间也存在
EPU 的 O 1s；e—20MBF@EPU 的 O 1s
一定的滑移与摩擦，增大了复合材料整体的损耗模
图 6 EPU 和 20MBF@EPU 的 XPS 全谱及 C 1s、O 1s [26-27]
谱图 量 。此外，在对比其他纤维增强聚氨酯阻尼材
Fig. 6 XPS full spectra, C 1s and O 1s spectra of EPU and 料的研究 [28-29] 后发现，复合材料的阻尼温域均有
20MBF@EPU 50~80 ℃的提升，特别是在应用于汽车领域的阻尼

2.3 DMA 分析 区间（–40 ℃以上），实现了合成宽温域阻尼材料的
目标。
聚氨酯阻尼材料的 DMA 测试结果见表 2 和图

7。DMA 结果中的损耗因子极值和有效阻尼（损耗
表 2 聚氨酯阻尼材料的 DMA 数值
因子>0.3）温域范围是衡量材料阻尼性能的重要标 Table 2 DMA data of polyurethane damping materials
准。从表 2 和图 7a 可以发现，BF 的加入并未使复 损耗因子 损耗因子峰值 有效阻尼
合材料的损耗因子极值发生明显变化，与纯 EPU 相 样品 极值 温度/℃ 温域/℃
比，20BF@EPU 和 30MBF@EPU 的损耗因子极值均 EPU 0.79 –38.5 54.6
只相差 0.04，此处对应于材料的玻璃化转变温度 10BF@EPU 0.78 –38.0 58.9
（T g ）。对比各组材料的 T g 可以发现，添加 BF 对复 20BF@EPU 0.75 –36.0 112.7
合材料的 T g 影响不大，这是因为，纤维并不会改变 30BF@EPU 0.76 –37.0 61.5
EPU 的软硬段结构比例及微相分离程度，对 T g 附近 10MBF@EPU 0.78 –39.3 95.4
的阻尼性能影响可以忽略不计；在损耗因子峰值温 20MBF@EPU 0.76 –38.9 140.0
度范围以外，所有添加 BF 的 EPU 材料的损耗因子 30MBF@EPU 0.75 –38.2 67.7
均有一定提升，特别是在 0 ℃以上的区域，这是由
于随着温度的提升，复合材料受外力作用时，EPU
内部链段逐渐开始运动，EPU 分子间的作用力阻碍
了链段的运动，应变跟不上应力的变化，而当 BF
的含量增加时，更多的纤维参与了内部链段运动，增
大了内耗，提升了阻尼性能 [24-25] ，且 MBF 与聚氨酯
通过化学键连接，减少了软硬段的微相分离程度，
提供了更多的转变和松弛模式，MBF 作为聚氨酯侧
链的延伸，对内摩擦的贡献增多，这在宏观上则表
现为复合材料有效阻尼温域的拓宽，其中 BF 和