阻尼PU-PZT壓電陶瓷復合材料制備及吸聲性能研究.pdf

1、噪聲污染問題已成為嚴重危害人類健康的三大環(huán)境污染問題之一。高效吸聲降噪材料的開發(fā)是解決這一問題的關鍵。聚合物壓電陶瓷復合材料是一種新型的功能材料,以其力學強度高、耐環(huán)境能力強、吸聲性能優(yōu)異而成為吸聲減震材料研究熱點和發(fā)展方向。因此,開展這類材料的研究對解決噪聲污染問題具有重要意義,本文針對 PU(聚氨酯)/PZT(鋯鈦酸鉛)壓電陶瓷進行了結構設計制備及吸聲降噪性能研究。
　　從分子結構角度出發(fā),設計了一種含有柔性聚丙二醇(PPG)

2、主鏈和長鏈側基的T型結構高分子鏈段,以PPG為軟段、TDI為硬段,采用預聚體工藝制備了阻尼性能優(yōu)異的聚氨酯材料。DMA(動態(tài)熱機械分析)分析表明材料的阻尼溫域寬達60℃(-40-20℃),阻尼損耗因子tanδ最大值達到0.62。DSC(差示掃描量熱)研究表明隨著預聚體游離-NCO含量的增加,硬段的結晶熔融峰變大,體系硬段含量增加。同時,系統(tǒng)的探究了PPG分子量、交聯(lián)劑種類及預聚體-NCO含量對材料力學性能的影響規(guī)律。
　　優(yōu)化了傳

3、統(tǒng)兩步混合物氧化法制備PZT壓電陶瓷的工藝,改進的兩步混合物氧化法燒結工藝使PZT壓電陶瓷的燒結溫度由1250℃降低到900℃。XRD(X射線衍射)研究表明制備的 PZT壓電陶瓷呈鈣鈦礦單相結構;SEM(掃描電鏡)研究表明材料內部結構致密,晶粒生長完全;極化工藝研究表明PZT壓電陶瓷的壓電常數(shù)達到267.3pC/N。
　　采用原位聚合工藝制備了PU/PZT復合材料,研究了PZT陶瓷粉體的表面性質和含量對復合材料性能的影響,SEM分

4、析表明表面改性后的 PZT陶瓷粉體與PU界面結合良好,PZT在聚氨酯中均勻分散的最大量達到30wt％;DMA研究表明20wt%PZT陶瓷粉體的加入拓寬了聚氨酯的阻尼溫域(70℃),阻尼損耗峰移向高溫;拉伸性能測試表明材料的拉伸強度提高了57.01%,熱失重分析表明材料的熱分解溫度提高了30℃。
　　將PU阻尼吸聲機理和PZT陶瓷壓電吸聲機理進行有效結合,形成寬頻帶吸聲材料結構。駐波管法測試結果表明,阻尼 PU在中低頻吸聲性能良好,

5、特別是在低頻范圍內表現(xiàn)的更為優(yōu)異;PZT壓電陶瓷和 MWCNTs導電相的加入進一步提高了 PU/PZT復合材料的吸聲系數(shù),PU/PZT復合材料在250Hz的吸聲系數(shù)達到0.55,在125-4000Hz頻率范圍內的平均吸聲系數(shù)達到0.48,相對于阻尼PU分別提高了285.4%和48.8%,解決了材料普遍吸收低頻聲波能力差的難題。
　　為了提高材料在寬頻音域的吸聲性能,論文設計研究了壓電材料 PU/PZT與多孔材料 PU泡沫復合結構材