壓電相-導電相-環(huán)氧樹脂阻尼復合材料的制備及性能研究.pdf

1、阻尼材料廣泛應用于航空航天、建筑、機械、交通等領域，在阻尼材料的發(fā)展和研究中，壓電阻尼材料因其新的能量損耗機制以及可能實現(xiàn)部分或完全的主動阻尼控制而受到越來越多的關注。本文以性能優(yōu)良的熱固性雙酚A型環(huán)氧樹脂為基體、鈮鎂鋯鈦酸鉛(PMN)為壓電相、導電炭黑(CB)和納米碳纖維(CNFs)為導電相，采用樹脂澆注成型方法制備了0-3型壓電相/導電相/環(huán)氧樹脂復合材料；主要研究了復合材料的結(jié)構、力學性能、介電性能及阻尼性能，探討了壓電阻尼復合材

2、料的耗能機理，為智能型壓電阻尼復合材料的應用和開發(fā)提供了重要的理論依據(jù)。 本論文工作得到了以下的重要結(jié)論： 陶瓷相、導電相對復合材料的結(jié)構和力學性能都有較大的影響。PMN含量小于20％時，陶瓷顆粒和導電相均勻地分散在環(huán)氧樹脂基體中，樹脂對功能體浸潤良好，復合材料的彎曲強度增大，PMN大于30％后彎曲強度降低；隨CB含量增大，PMN/CB/EP復合材料的彎曲強度先略有增大后降低，隨CNFs含量增大，PMN/CNFs/EP復

3、合材料的彎曲強度降低到最低值后又因CNFs的增強作用而升高。另外，復合材料具有較高的模量(2～6GPa)，可以作為結(jié)構阻尼材料或與結(jié)構材料一起使用。 陶瓷相對PMN/EP復合材料的介電性能有較大的影響。隨陶瓷含量的增大，PMN/EP的ε非線性增大，PMN體積分數(shù)從0％增加到50％時，復合材料的ε從4.7增加到29.87；PMN/EP的介電損耗增大。隨頻率的增大，復合材料的ε下降趨勢，當頻率大于105Hz后ε降緩慢并趨于穩(wěn)定。壓電

4、陶瓷的粒徑大小對ε有較大的影響，粒徑越大ε高，而且ε頻率增大而下降的趨勢越大。隨著溫度升高，ε有增大，在測試溫度范圍內(nèi)，介溫曲線比較平緩。PMN/EP復合材料的介電性能具有良好的溫度和頻率穩(wěn)定性。 導電相對壓電陶瓷/導電相/環(huán)氧樹脂復合材料的導電性能和介電性能有較大的影響。隨導電相含量的增大，復合材料的電阻率降低，當CB含量為樹脂質(zhì)量的6％、CNFs含量為樹脂質(zhì)量的0.6％時，PMN/CB/EP、PMN/CNFs/EP復合材料由

5、絕緣體向半導體轉(zhuǎn)變，此時的體積電阻率約為108 Ω·m數(shù)量級。隨導電相含量增大，PMN/CB/EP、PMN/CNFs/EP復合材料的介電常數(shù)ε、介電損耗tanδ增大，并在含量達到逾滲閾值時，ε、tanδ迅速增大。 壓電陶瓷對PMN/EP復合材料的阻尼性能也有較大的影響，當陶瓷粒徑為7～35μm、體積分數(shù)為20％時，復合材料的βmax，TA和△T達到最大值，阻尼性能最好。PMN/EP復合材料的阻尼耗能由三部分貢獻：環(huán)氧樹脂的粘彈性

6、阻尼、界面摩擦耗能和介電損耗耗能。引入導電相后，壓電相/導電相/環(huán)氧樹脂復合材料的阻尼損耗因子增大，壓電阻尼作用機制發(fā)揮最大作用的條件是復合材料的電阻率處于絕緣體-半導體的逾滲轉(zhuǎn)變區(qū)，此時電阻率約在108Ω·m數(shù)量級，導電相能夠形成完整的導電通道并有效地將電荷轉(zhuǎn)化為熱能而耗散。壓電相/導電相/環(huán)氧樹脂復合材料的阻尼能力隨動態(tài)載荷大小和頻率的增大而增大，表現(xiàn)出一定的自適應阻尼控制性。在壓電陶瓷/導電相/環(huán)氧樹脂復合體系中，復合材料的阻尼由