Abstract The dynamic properties of filled elastomers have been a subject of both fundamental and applied research interest. We report on the tunable and synergistic effect of carbon black and anisotropic additives on the viscoelastic and vibration damping properties of a segmented polyurethane (PU). To this end, PU composites were prepared using aramid short fiber and graphite as micro-scale additives and organically modified nanoclay as the nano-scale anisotropic additive in conjunction with carbon black. The degree of hydrogen bonding, phase and filler dispersion morphology of the composites were ascertained by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), small angle X-ray scattering (SAXS) and transmission electron microscopy (TEM). Dynamic mechanical analysis of the composites revealed an additive induced decrease in the intensity of the dissipation factor, tan δ, implying immobilization of polymer chains in the vicinity of the filler surfaces and significant reinforcement effect of fillers on the PU matrix. The composite system loss factor evaluated from the modal analysis of frequency response, in constrained layer damping mode, revealed loss factor values in the range 0.1–0.2 (at 710 Hz), as against the corresponding value of 0.027 for the bare metal beam. A salient finding of the present study was the filler induced enhancement in system loss factor, while the tan δ magnitude decreased, which has been reconciled with several causal mechanisms.

中文翻译：

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用炭黑和各向异性添加剂协同增强的分段聚氨酯的可调粘弹性和减振性能

摘要 填充弹性体的动态特性一直是基础研究和应用研究的热点。我们报告了炭黑和各向异性添加剂对分段聚氨酯 (PU) 的粘弹性和减振性能的可调和协同效应。为此，采用芳纶短纤维和石墨作为微米级添加剂，有机改性纳米粘土作为纳米级各向异性添加剂，结合炭黑制备聚氨酯复合材料。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、小角X射线散射（SAXS）和透射电子显微镜（TEM）确定复合材料的氢键程度、相和填料分散形态。复合材料的动态力学分析表明，添加剂引起的损耗因子强度降低，tanδ，这意味着聚合物链固定在填料表面附近，填料对 PU 基体具有显着的增强作用。从频率响应的模态分析评估的复合系统损耗因子，在约束层阻尼模式下，显示的损耗因子值范围为 0.1-0.2（在 710 Hz），而裸金属梁的相应值为 0.027。本研究的一个显着发现是填料引起的系统损耗因子增强，而 tan δ 量级降低，这与几种因果机制一致。这意味着聚合物链固定在填料表面附近以及填料对 PU 基体的显着增强作用。从频率响应的模态分析评估的复合系统损耗因子，在约束层阻尼模式下，显示的损耗因子值范围为 0.1-0.2（在 710 Hz），而裸金属梁的相应值为 0.027。本研究的一个显着发现是填料引起的系统损耗因子增强，而 tan δ 量级降低，这与几种因果机制一致。这意味着聚合物链固定在填料表面附近以及填料对 PU 基体的显着增强作用。从频率响应的模态分析评估的复合系统损耗因子，在约束层阻尼模式下，显示的损耗因子值范围为 0.1-0.2（在 710 Hz），而裸金属梁的相应值为 0.027。本研究的一个显着发现是填料引起的系统损耗因子增强，而 tan δ 量级降低，这与几种因果机制一致。相对于裸金属梁的相应值 0.027。本研究的一个显着发现是填料引起的系统损耗因子增强，而 tan δ 量级降低，这与几种因果机制一致。相对于裸金属梁的相应值 0.027。本研究的一个显着发现是填料引起的系统损耗因子增强，而 tan δ 量级降低，这与几种因果机制一致。