聚合物基压电阻尼复合材料的制备与性能研究

论文摘要

本文以压电陶瓷PMN和导电碳黑为功能相，丁基橡胶为聚合物基体，酚醛树脂为硫化剂制得一种综合性能优良的0-3型压电阻尼复合材料。研究了该复合材料的力学性能、导电性能、介电性能、压电性能与阻尼性能。丁基橡胶合适的硫化温度为170℃，硫化时间取30min可以实现丁基橡胶充分硫化，并且制品力学性能最好。复合材料拉伸强度和断裂伸长率随PMN用量的增加迅速下降，同时复合材料加工性能变差。随着PMN用量增加，复合材料的介电常数呈非线性迅速增大，复合材料越容易极化。当复合材料中PMN的体积分数达到50％以上时，才能测到明显的d33值。为了使复合材料具有较好的力学强度和压电性能，PMN的体积分数取50％为宜。随着导电碳黑用量的增加，复合材料的电阻率迅速减小。导电碳黑的加入可以显著提高复合材料的介电常数，同时介电损耗也随之增大。碳黑含量越高，复合材料d33值越小。当碳黑质量分数超过5％后，d33值难以观测到，并且复合材料极化困难。导电碳黑的含量取5％为宜。随着温度的升高，复合材料的介电常数随之变大。复合材料在碳黑浓度为5％处可观测到正温度系数电阻现象，电阻率随温度的上升而增大。在相同频率外力下，导电碳黑含量为5％时，复合材料的阻尼性能最好。随着压电陶瓷PMN用量的增加，复合材料的阻尼峰先升高随后降低，阻尼系数最大值tanδmax在PMN体积含量为50％时达到最大。极化过的样品比未极化的样品具有更高的阻尼峰值。当频率f接近或等于橡胶分子运动单元松弛时间的倒数1／τ时，E″和tanδ均出现峰值。对不同模量的复合材料来说，要达到较好的阻尼效果所对应的频率是不同的，只有在与模量相匹配的频率下，复合材料的阻尼峰才会达到最高值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 高聚物阻尼材料
• 1.1.1 高聚物的阻尼理论
• 1.1.2 高聚物阻尼性能的测定方法与评价
• 1.1.3 丁基橡胶的阻尼特性
• 1.2 压电阻尼复合材料
• 1.2.1 压电效应与压电表征
• 1.2.2 压电阻尼复合材料
• 1.3 本文研究内容
• 第2章 聚合物基压电阻尼复合材料的制备与测试
• 2.1 原料及配方
• 2.1.1 原料
• 2.1.2 配方
• 2.2 实验设备及测试仪器
• 2.3 制备工艺
• 2.3.1 工艺流程图
• 2.3.2 制备工艺
• 2.4 性能测试
• 2.5 本章小结
• 第3章 聚合物基压电阻尼复合材料的力学性能
• 3.1 硫化温度的确定
• 3.2 硫化时间的确定
• 3.3 硫化剂用量对丁基橡胶力学性能影响
• 3.4 压电陶瓷用量对复合材料力学性能影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 聚合物基压电阻尼复合材料的电学性能
• 4.1 聚合物基压电阻尼复合材料的导电性能
• 4.1.1 碳黑含量对聚合物基压电阻尼复合材料导电性的影响
• 4.1.2 温度对聚合物基压电阻尼复合材料导电性的影响
• 4.2 聚合物基压电阻尼复合材料的介电性能
• 4.2.1 压电陶瓷含量对复合材料介电性能的影响
• 4.2.2 碳黑含量对复合材料介电性能的影响
• 4.2.3 温度对复合材料介电性能的影响
• 4.2.4 碳黑含量对复合材料介电损耗的影响
• 4.3 聚合物基压电阻尼复合材料中陶瓷颗粒的电场分布
• 4.4 聚合物基压电阻尼复合材料的压电性能
• 4.5 本章小结
• 第5章 聚合物基压电阻尼复合材料的阻尼性能
• 5.1 压电阻尼复合材料阻尼性能与组分含量的关系
• 5.1.1 陶瓷含量对复合材料阻尼性能的影响
• 5.1.2 碳黑含量对复合材料阻尼性能的影响
• 5.2 压电阻尼复合材料阻尼性能与外界条件的关系
• 5.2.1 极化对复合材料阻尼性能的影响
• 5.2.2 外力大小对复合材料阻尼性能的影响
• 5.2.3 外力作用频率对复合材料阻尼性能的影响
• 5.3 压电阻尼复合材料阻尼性能与模量的关系
• 5.3.1 模量对复合材料阻尼性能的影响
• 5.3.2 碳黑含量对复合材料模量的影响
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录