一种宽频阻尼弹性体及其制备方法和应用

本发明涉及聚合物纳米复合材料，具体涉及一种宽频阻尼弹性体及其制备方法和应用。

背景技术：

1、以聚合物为代表的阻尼弹性体在减振、降噪及抗冲击等领域具有广泛应用。然而，聚合物材料本征的阻尼频域通常较窄（仅覆盖2-3个数量级），为实现宽频能量耗散，往往需借助复杂的材料设计策略，主要包括两类途径：其一，在分子尺度上调整聚合物本征化学结构；其二，在介观尺度上通过纳米复合或构筑多相体系。然而，上述方法普遍存在制备工艺繁琐、多相结构调控困难且可控性差等问题，导致材料制备难度大、批次间性能不稳定。

2、中国专利cn113372537a公开了一种杂化聚合物，具有轻质高强、易于加工成型、低成本、环境友好等优点。然而，该杂化聚合物具有以下缺陷：其一，阻尼功能缺失，仅存在单一主链松弛过程，损耗峰窄，宽频减振降噪能力弱；其二，受poss强主链约束，tg更高，低温易脆化，断裂伸长率与循环恢复性差，不耐大变形与交变载荷；其三，功能单一，仅侧重抗冲击，无法兼顾阻尼、密封等需求，适用场景受限。

3、综上所述，亟需一种新的技术方案，以解决现有技术存在的问题。

技术实现思路

1、基于此，本发明提供了一种宽频阻尼弹性体及其制备方法和应用，以解决现有阻尼材料设计复杂、有效阻尼频域较窄的技术痛点。针对上述瓶颈，本发明提出一种基于poss功能化降冰片烯单体的开环易位聚合策略。该设计将poss刚性笼状结构通过共价键嵌入侧基，无须引入外加填料，即可在分子层面原位构筑多层次结构。同时，降冰片烯主链的刚性链段与poss侧基的多尺度松弛过程协同作用，有效赋予材料宽频域内的高阻尼性能。该策略制备工艺简便、分子量可控，且所得材料兼具轻质高强、易加工成型及优异的抗冲击性能，为宽频阻尼材料的规模化制备提供了一条简洁高效的新路径。

2、本发明的一个目的在于，提供一种宽频阻尼弹性体，所述宽频阻尼弹性体的重复单元结构如下：

3、。

4、进一步地，所述宽频阻尼弹性体的数均分子量为300000-500000 g/mol。

5、本发明的另一个目的在于，提供所述宽频阻尼弹性体的制备方法，包括如下步骤：

6、s1、将三硅醇异辛基-poss和乙烯基三氯硅烷共混，加入三乙胺，低温条件下反应，得到产物1；

7、s2、将所述产物1和2-巯基乙醇共混，加入光引发剂，紫外光照射条件下反应，得到产物2；

8、s3、将顺-5-降冰片烯-外型-2,3-二甲酸酐、6-氨基己酸共混，加入三乙胺，加热反应，得到产物3；

9、s4、将所述产物2和产物3共混，惰性气体保护、加热反应，得到单体；

10、s5、将所述单体和催化剂溶解在有机溶剂中，对反应体系进行除水除氧后再进行聚合反应，得到宽频阻尼弹性体；

11、其中，

12、所述催化剂选自[1,3-双(2,4,6-三甲基苯基)-2-咪唑烷亚基]双(2-溴吡啶)(苯基亚甲基)二氯化钌、1,3-双(2,4,6-三甲基苯基)-2-(咪唑烷亚基)(二氯苯亚甲基)(三环己基膦)钌中的一种或多种。

13、进一步地，步骤s1中，所述三硅醇异辛基-poss和乙烯基三氯硅烷的质量比为(3-7):1。

14、进一步地，步骤s2中，所述产物1和2-巯基乙醇的质量比为(5-10):1。

15、进一步地，步骤s3中，所述顺-5-降冰片烯-外型-2,3-二甲酸酐、6-氨基己酸的质量比为(0.5-2):1。

16、进一步地，步骤s4中，所述产物2和产物3的质量比为(1-3):1。

17、进一步地，步骤s5中，所述单体和催化剂的摩尔比为(300-500):1。

18、进一步地，步骤s5中，所述聚合反应在室温下进行，反应的时间为0.2-2 h。

19、进一步地，步骤s5中，所述有机溶剂选自四氢呋喃、氯仿、二氯甲烷、n,n-二甲基甲酰胺中的一种或多种。

20、进一步地，步骤s5中，所述除水除氧操作为循环冷冻-解冻冻抽法。

21、本发明的另一个目的在于，提供一种宽频阻尼材料，其组成包括所述宽频阻尼弹性体。

22、本发明具有以下有益效果：

23、本发明提供了一种宽频阻尼弹性体及其制备方法和应用，所述宽频阻尼弹性体具有以下优势：

24、（1）本发明的宽频阻尼弹性体轻质高强，多级结构与poss协同拓扑作用使其兼具高模量与优异韧性。非交联的结构特征使得材料的加工成型条件温和，易注塑模压，适合规模化生产。

25、（2）本发明的宽频阻尼弹性体具有显著的宽频阻尼特性，可在极宽的频域范围（约9个数量级）内高效耗散振动能量，从而实现优异的减振降噪效果。这一性能源于材料内部多尺度结构的协同构建——不同尺度的结构单元对应着各自的特征松弛行为，分别作用于不同频段，各阻尼机制的有效叠加最终赋予材料宽频阻尼能力。此外，材料在失效破碎后，可通过简单工艺再加工重塑，回收利用率高，兼具资源节约与环境友好优势。

26、（3）本发明的宽频阻尼弹性体引入异丁基链与酯基，多重分子松弛叠加展宽损耗峰，赋予宽频阻尼特性；长间隔基削弱poss对主链的约束，降低tg并保留高弹性；极性酯基提升内摩擦、强化能量耗散，兼顾弹性支撑与阻尼减振。

27、（4）本发明采用引入异丁基链与酯基的单体，通过控制聚合反应中的单体和催化剂的比例，得到数均分子量为300000-500000 g/mol（实施例为400000 g/mol）的宽频阻尼弹性体，该宽频阻尼弹性体具有力学性能优异、宽频域阻尼、加工成型便利、环境友好等优点，适合在减振降噪、冲击防护等相关领域推广应用。

1.一种宽频阻尼弹性体，其特征在于，所述宽频阻尼弹性体的重复单元结构如下：

2.根据权利要求1所述宽频阻尼弹性体，其特征在于，所述宽频阻尼弹性体的数均分子量为300000-500000 g/mol。

3.权利要求1-2任一项所述宽频阻尼弹性体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述宽频阻尼弹性体的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述三硅醇异辛基-poss和乙烯基三氯硅烷的质量比为(3-7):1。

5.根据权利要求3所述宽频阻尼弹性体的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述产物1和2-巯基乙醇的质量比为(5-10):1。

6.根据权利要求3所述宽频阻尼弹性体的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述顺-5-降冰片烯-外型-2,3-二甲酸酐、6-氨基己酸的质量比为(0.5-2):1。

7.根据权利要求3所述宽频阻尼弹性体的制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述产物2和产物3的质量比为(1-3):1。

8.根据权利要求3所述宽频阻尼弹性体的制备方法，其特征在于，步骤s5中，所述单体和催化剂的摩尔比为(300-500):1。

9.根据权利要求3所述宽频阻尼弹性体的制备方法，其特征在于，步骤s5中，所述聚合反应在室温下进行，反应的时间为0.2-2 h。

10.一种宽频阻尼材料，其特征在于：其组成包括权利要求1-2任一项所述宽频阻尼弹性体。