环氧树脂基压电阻尼复合材料的制备及性能研究

论文摘要

压电陶瓷/聚合物复合材料同时具有压电陶瓷和聚合物两相的优点,是一种新型的功能材料。环氧树脂具有刚性大以及耐腐蚀性、阻燃性和绝缘性好的特点,将压电陶瓷和环氧树脂复合,填加导电炭黑制备复合材料,可以利用压电陶瓷的高介电与压电性能、导电炭黑的导电性能来改善环氧树脂介电性能与阻尼性能,以此来拓展其在智能材料领域中的应用。本文以环氧树脂（EP）为基体,锆钛酸铅（P82）为压电相,导电炭黑（CB）为导电相,通过浇铸成型和二次浇铸成型制备P82/CB/EP复合材料。通过改变组分的组成,研究组成对P82/CB/EP复合材料的结构与导电性能、介电性能和阻尼性能的影响。通过SEM发现,用低含量P82和CB制备的P82/CB/EP复合材料,具有更高的致密度、更为均匀的显微结构和更好的界面粘结性;而P82和CB含量较高的P82/CB/EP复合材料中,出现了P82和CB的局部团聚现象和少量孔洞。导电性能分析表明,随着导电相体积含量的增加,P82/CB/EP复合材料的电阻率迅速减小;随着频率的增加,该材料的体积电阻率递减。介电性能分析表明,加入压电陶瓷P82后,复合材料的介电性能优于纯环氧树脂。随着P82体积含量的增加（10%-50%）,P82/CB/EP复合材料的介电常数增大（5.6-33.3）,介电损耗也呈增大趋势。随着导电相体积含量的增加,P82/CB/EP复合材料的介电常数呈非线性增大,介电损耗增大。P82/CB/EP的介电性能在宽的高频范围内（106～5×106Hz）具良好的稳定性。随着P82体积含量的增加,接近导电相逾渗阈值时,复合材料的ε随频率的增加下降越明显。阻尼性能分析表明,随着P82体积含量增大,阻尼性能呈非线性变化,P82体积含量为20%时,阻尼性能最佳。随着施加交变应力和频率的增大,复合材料的tanδmax增大,TA增大,阻尼性能提高。通过二次浇铸成型制备的具有类夹层结构的P82/CB/EP复合材料,加入不同体积含量的P82后,对应的同含量下复合材料阻尼性能得到大幅度提高,陶瓷体积含量为10%时增幅最大,最大损耗因子tanδmax达到1.182,阻尼温域△T达到44.2℃,TA达到32.17,同时远高于其它含量下的复合材料阻尼性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 聚合物基阻尼复合材料
• 1.1.1 阻尼性能与评价方法
• 1.1.2 环氧树脂基阻尼材料研究进展
• 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 压电陶瓷/聚合物复合材料
• 1.2.3 压电阻尼复合材料的研究进展
• 1.3 本论文研究目的与意义
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 实验与测试
• 2.1 原料与设备
• 2.1.1 原料
• 2.1.2 设备
• 2.2 P82/CB/EP复合材料的制备
• 2.3 P82/CB/EP复合材料的性能测试
• 2.3.1 结构分析
• 2.3.2 导电性能
• 2.3.3 介电性能
• 2.3.4 阻尼性能
• 第3章 P82/CB/EP复合材料导电性能与介电性能研究
• 3.1 导电炭黑含量对导电性能的影响
• 3.2 导电炭黑含量对介电性能的影响
• 3.3 P82含量对介电性能的影响
• 3.4 P82/CB/EP复合材料介电频率特性
• 第4章 P82/CB/EP复合材料阻尼性能的研究
• 4.1 P82含量的影响
• 4.2 外力大小的影响
• 4.3 外力频率的影响
• 4.4 材料结构的影响
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录