Introduzione

I polimeri sono diventati materiali essenziali attraverso l'ingegneria moderna, valutati per il loro peso leggero, la facilità di lavorazione e la capacità unica di assorbire le vibrazioni durante la dissipazione dell'energia meccanica. Questa proprietà, smorzamento meccanico, non è un semplice comportamento costante ma piuttosto un comportamento emergente direttamente legato all'architettura interna del polimero. La morfologia, che descrive la disposizione e l'organizzazione di catene polimeriche attraverso scale di lunghezza multiple, governa come la catena di fusione meccanica.

Morfologia polimerica a più scale

La morfologia dei polimeri comprende l'organizzazione spaziale delle macromolecole, dall'imballaggio della catena di nanometri alle distribuzioni di dominio micron-scale. Tre ampie categorie dominano: polimeri completamente amorfi come il polistirene, dove le catene sono casualmente impigliate; polimeri semicristallini variabili come il polietilene, dove interlacee di lamellae piegate con le regioni morfie; e reti interconnesse

Fondamenti di smorzamento meccanico

Il movimento di massa è molto simile a quello di un'altra parte.

Driver molecolari di dissipazione dell'energia

L'attrito interno tra i segmenti a catena scorrevoli tra loro è il meccanismo fondamentale. Le caratteristiche morfologiche che aumentano il movimento cooperativo, come ad esempio il volume libero, i legami a spina dorsale flessibili, o i gruppi a sospensione rotanti—umidificazione rigida.

Parametri Morfologici chiave che si affettano Damping

Ogni parametro morfologica altera lo spettro viscoelastico in modo distinto. La regolazione di questi parametri attraverso la chimica e l'elaborazione consente il controllo gerarchico sulle prestazioni di smorzamento.

Crystallinity e Crystal Structure

La cristallina crescente, che generalmente si irrigidisce in un altro polimero, che aumenta il modulo di stoccaggio, riducendo notevolmente l'intensità del picco di smorzamento primario.

Fase amorfa e Volume libero

In polimero completamente amorfo, densità di imballaggio e distribuzione di libero volume determinano la forma e la posizione della curva di smorzamento. Antiplasticizzazione - unendo piccole molecole rigide che riempiono il volume libero - può sopprimere l'umidità riducendo la mobilità.

Densità e Architettura di rete

In termini di tempo, il numero di ore è aumentato di circa 2,5%.

Morfologie multifase: miscele, compositi e IPNs

I materiali di smorzamento si basano su più fasi. I materiali di riempimento possono essere utilizzati in modo da rendere più rigidi i processi di assorbimento.

Caratterizzazione di relazioni morfologiche-Damping

L'analisi meccanica dinamica (DMA) è la tecnica standard per la caratterizzazione di smorzamento, fornendo il modulo di stoccaggio E′, la perdita di modulo E′′[FLT: Correttivo = 3] e il tan δ come funzioni di temperatura e frequenza.

Ingegneria Morfologia per il Damping Target

Con queste intuizioni, gli scienziati dei materiali impiegano diverse strategie per progettare la morfologia per specifiche esigenze di smorzamento.

Designs a livello e a strati

I sistemi di smorzamento graduale, che si distinguono per la loro elevata rigidità, possono essere utilizzati per la loro diffusione in modo da garantire un'adeguata struttura di smorzamento con uno strato esterno rigido e un nucleo ricco di smorzamento può essere coestruso, ad esempio, un'eccellente struttura di smorzamento del polipropilene legata ad un nucleo di gomma PP/EPDM.

Strutture gerarchiche autoassemblate

La struttura di ugelli di ossido di ossido di carbonio (in inglese) è un'architettura di tipo nacre, che si combina con l'impiego di una superficie di ossido di carbonio, che consente di ottenere un'elevata quantità di energia.

Stimuli-Risponsabile e Adattative Morfologie

I materiali smorzanti intelligenti possono alterare la loro morfologia in risposta agli stimoli esterni. I polimeri di memoria (SMP) si interrompono tra uno stato vetrato rigido e uno stato gommoso conforme, con cambiamenti drammatici nell'umidità.

Applicazioni industriali

La domanda di materiali smorzanti leggeri e ad alte prestazioni abbraccia numerosi settori.

Automotivo:[] I supporti motore, i pannelli corporei e i componenti interni sono progettati per ridurre le miscele NVH. Polyamide-6/EPDM con morfologie co-continui forniscono smorzamento attraverso −30°C a 80°C, stabilizzato dalla compatibilità reattiva durante la lavorazione del fuso, come documentato negli studi tecnici (]

Aerospaziale:] I trattamenti di smorzamento a strati con strati di cemento utilizzano polimeri viscoelastici come acrilici o siliconi legati alle pelli di aeromobili. Le prestazioni di smorzamento dipendono dalla morfologia di fase del polimero sotto carichi termici ciclici che vanno da −55°C ad altitudine a +90°C sul tarmac.

Elettronics: I dispositivi portatili utilizzano cuscinetti di smorzamento per proteggere i componenti sensibili da shock e vibrazioni. Le schiuma di poliuretano con morfologia controllata delle cellule forniscono sia l'isolamento dell'ammortizzatore che dell'isolamento delle vibrazioni. Il rapporto tra cellule aperte a celle chiuse, spessore della parete cellulare e composizione dei polimeri sono critici.

[LT:0] Ingegneria civile: Cuscinetti in gomma ad alta intensità per edifici utilizzano composti in gomma naturale riempiti dove il carbonio nero forma una rete di riempimento secondario. La ripartizione e la riforma dei legami di riempimento sotto la guaina sismica producono un fattore di alta perdita (tan δ 0.15–0.30) con una forte dipendenza da ampiezza.

Emerging Frontiers in Nanoscale Morphology Control

La frontiera della ricerca di smorzamento dei polimeri è nella manipolazione della morfologia alla nanoscala con precisione. I progressi nella polimerizzazione radicale controllata - come ad esempio il trasferimento della catena di rinforzo reversibile (RAFT) e la polimerizzazione radicale di trasferimento dell'atomo (ATRP) - permettono la sintesi di polimeri con simulazioni molecolari definite con precisione: stelle, pettini e spazzolezzi di bottiglia.

Con l'ingegneria chimica del legante sulle nanoparticelle, possono formare array organizzati che agiscono come reti multifunzionali di interconnessione.

Conclusioni

Le caratteristiche di smorzamento meccanico dei polimeri non sono costanti materiali fissi ma proprietà emergenti di morfologie accuratamente progettate. Controllando la cristallinità, il volume libero amorfo, la topologia cross-link e le architetture di fase multicomponenti, gli ingegneri possono creare materiali che dissipano l'energia vibrazionale attraverso una frequenza desiderata e una finestra di temperatura.