三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增強(qiáng)磁流變彈性體的研究.pdf

1、磁流變彈性體（MRE）是將微米級的軟磁性顆粒分散到具有黏彈性的高分子聚合物中復(fù)合而成的一種智能材料，對MRE施加可變磁場時(shí)，其力學(xué)性能隨磁場強(qiáng)度變化發(fā)生連續(xù)、可逆的變化，因此可以被應(yīng)用于減震、降噪、隔振等領(lǐng)域。
　　通過對基體改性或?qū)洿判晕⒚准夘w粒進(jìn)行修飾可以改善MRE的力學(xué)性能，改變模量及阻尼性能，因此目前MRE的主要研究對象是基體和顆粒分散相。作為一種新型智能復(fù)合材料，MRE結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒能引起足夠的重視。MRE的經(jīng)典結(jié)構(gòu)是軟磁

2、性顆粒在基體內(nèi)部定向排列成鏈狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)雖然在MRE中廣泛應(yīng)用，但由于其鏈狀結(jié)構(gòu)在基體中缺乏支撐物，受到剪切作用的時(shí)候，容易被破壞。因此，為了使MRE具有理想的儲能模量和磁流變效應(yīng)，對MRE進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是十分必要和有意義的。
　　本文以設(shè)計(jì)MRE的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)為目的，選擇了三維網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)增強(qiáng)MRE，系統(tǒng)地研究了骨架結(jié)構(gòu)對MRE性能的影響。利用松香甘油酯增強(qiáng)天然橡膠基體研究基體潤濕性對磁流變性能的影響，選用聚氨酯海綿骨架，研究

3、骨架對MRE內(nèi)羰基鐵粉的鏈狀結(jié)構(gòu)的限制作用，首次將碳納米管和銀納米線覆載到聚氨酯海綿骨架上，研究了MRE電阻對應(yīng)變和磁場的響應(yīng)。該研究工作改善了MRE的力學(xué)性能，將MRE的應(yīng)用范圍拓展到傳感器領(lǐng)域。具體內(nèi)容如下:
　　1、將松香甘油酯添加到天然橡膠基體中來增加基體對羰基鐵粉的潤濕性和羰基鐵粉的分散性，增強(qiáng)了天然橡膠基體MRE的力學(xué)性能。在不同磁場、應(yīng)變和頻率條件下，研究了基體和羰基鐵粉之間潤濕程度對MRE力學(xué)性能的影響。與純天然橡

4、膠基體MRE相比，松香甘油酯/天然橡膠互穿網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對羰基鐵粉有更好的潤濕性能，因此能降低MRE的阻尼。松香甘油酯的添加還能增加MRE的磁致模量。本文研究了基體對羰基鐵粉的潤濕性和羰基鐵粉的分散性對MRE力學(xué)性能的影響，對提高M(jìn)RE力學(xué)性能有一定指導(dǎo)作用。
　　2、將多孔海綿結(jié)構(gòu)植入到磁流變塑性體中，制備出磁流變復(fù)合材料。重點(diǎn)研究三維骨架對磁流變復(fù)合材料內(nèi)部鐵粉的限制作用，發(fā)現(xiàn)三維骨架的植入能極大地提升磁致模量和磁流變效應(yīng)。將具有彈

5、性的多孔聚氨酯海綿骨架植入到磁流變塑性體中，制備出的MRE可以反復(fù)被拉伸和彎曲。研究發(fā)現(xiàn)，MRE內(nèi)部的多孔骨架結(jié)構(gòu)可以有效的分散對MRE施加的剪切力，能同時(shí)增大MRE的零場儲能模量和磁致模量。而多孔骨架的植入對MRE的阻尼性能幾乎沒有影響。該方法為增加MRE的磁致模量、提高M(jìn)RE的力學(xué)性能提供了可行性方案，對MRE在工程上的應(yīng)用方面意義重大。
　　3、對MRE內(nèi)部三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)展開了一系拓展研究。將多孔海綿骨架上分別覆載導(dǎo)電碳納米管

6、及銀納米線，系統(tǒng)研究了交聯(lián)度、應(yīng)變和磁場對MRE電阻性能的影響，發(fā)現(xiàn)MRE的電阻隨應(yīng)變和磁場變化均能產(chǎn)生相應(yīng)變化。研究表明:柔性的碳納米管對ME的儲能模量和磁致模量都有增強(qiáng)作用。覆載碳納米管后MRE的導(dǎo)電性有極大提升，其電阻隨應(yīng)變變化而連續(xù)有規(guī)律的變化。該特殊性能可以將MRE的應(yīng)用范圍拓展到應(yīng)變傳感器領(lǐng)域。而銀納米線對MRE的儲能模量和磁致模量都有降低作用，應(yīng)綜合考慮其力學(xué)性能和電學(xué)性能。但由于銀納米線導(dǎo)電性好，MRE的電阻變化隨應(yīng)變變