PMN/CB/CIIR阻尼复合材料的制备与性能研究

论文摘要

阻尼材料是一种能吸收机械能、声能并将其转化为热能而耗散掉的功能材料。压电阻尼材料因其新的能量损耗机制以及可能实现部分主动阻尼控制而受到越来越多的关注。本文以氯化丁基橡胶（CIIR）及其互穿网络IPN为基体,压电陶瓷PMN和导电炭黑CB为功能体,采用混炼-硫化的工艺方法制备了PMN/CB/CIIR压电阻尼复合材料,研究了复合材料的硫化工艺、力学性能、介电性能和阻尼性能,探讨了压电阻尼机理。复合材料的硫化工艺研究表明,CIIR合适的硫化温度为170℃,硫化压力为10MPa,采用酚醛树脂作为硫化剂时,硫化时间10min能使橡胶充分硫化。PMN的加入导致复合材料力学性能的下降,PMN/CB/CIIR复合材料的拉伸强度在CB质量分数25%时达到最大。介电性能研究表明,随着PMN体积含量的增加,PMN/CB/CIIR复合材料的介电常数ε增大。复合材料的ε和tanδ随CB含量的增加而增大,并在逾渗阈值附近增加迅速。频率的增加导致PMN/CB/CIIR的ε减小,复合材料在高频时（104-106Hz）具有良好的介电稳定性。阻尼性能研究表明,PMN和CB的加入使得复合材料的阻尼性能变好。当PMN的体积含量为50%,CB的质量分数为25%时,PMN/CB/CIIR复合材料的阻尼性能最好。随着载荷频率的增大,复合材料的损耗因子峰向高温移动,tanδmax和TA增大。通过将CIIR溶胀于丙烯酸酯中制得顺序IPN,研究表明,CIIR在甲基丙烯酸丁酯（BMA）中的溶胀性最好。SEM、FT-IR和TG等测试表明,PBMA与CIIR两组分间无化学作用,两种聚合物网络通过物理方式结合在一起,形成了物理互锁的网络结构。CIIR和PBMA的损耗峰能够结合起来,形成阻尼平台区,实现CIIR阻尼功能区向高温的有效拓展。PMN/CB/CIIR-PBMA的IPN材料最大损耗因子tanδmax能达到0.830,TA为88.25,△T（tanδ＞0.5）为72.17℃,tanδ大于0.5的有效功能区从-37℃持续至35℃。实现了压电阻尼与互穿网络阻尼等多重阻尼机理的协同作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 阻尼材料与阻尼技术
• 1.2 高聚物阻尼材料
• 1.2.1 高聚物的阻尼原理
• 1.2.2 高聚物阻尼材料的性能评价方法
• 1.2.3 互穿聚合物网络（IPN）
• 1.3 压电阻尼复合材料
• 1.3.1 材料压电效应及压电材料
• 1.3.2 压电阻尼复合材料的研究进展
• 1.4 本文研究内容
• 第2章 PMN/CB/CIIR复合材料的制备与研究
• 2.1 PMN/CB/CIIR复合材料的制备
• 2.1.1 原料与配方
• 2.1.2 实验设备与测试方法
• 2.1.3 制备工艺
• 2.2 PMN/CB/CIIR的显微结构
• 2.3 PMN/CB/CIIR复合材料的力学性能
• 2.3.1 PMN含量对PMN/CB/CIIR复合材料力学性能的影响
• 2.3.2 CB含量对PMN/CB/CIIR复合材料力学性能的影响
• 2.4 PMN/CB/CIIR复合材料的介电性能
• 2.4.1 PMN含量对PMN/CB/CIIR复合材料介电性能的影响
• 2.4.2 CB含量对PMN/CB/CIIR复合材料介电性能的影响
• 2.4.3 PMN/CB/CIIR复合材料的介电频率特性
• 2.5 PMN/CB/CIIR复合材料的阻尼性能
• 2.5.1 PMN含量对PMN/CB/CIIR复合材料阻尼性能的影响
• 2.5.2 CB含量对PMN/CB/CIIR复合材料阻尼性能的影响
• 2.5.3 载荷频率对PMN/CB/CIIR复合材料阻尼性能的影响
• 2.5.4 PMN/CB/CIIR压电阻尼机理的探讨
• 2.6 本章小结
• 第3章 PMN/CB/CIIR-聚丙烯酸酯IPN的制备与研究
• 3.1 前言
• 3.2 PMN/CB/CIIR-聚丙烯酸酯IPN的制备
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 制备工艺
• 3.2.3 测试与表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 CIIR在（甲基）丙烯酸酯中的溶胀性能
• 3.3.2 材料的硬度
• 3.3.3 显微结构
• 3.3.4 红外光谱分析（FT-IR）
• 3.3.5 热失重分析（TG）
• 3.3.6 阻尼性能
• 3.4 本章小结
• 第4章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录