【摘 要】
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聚合物阻尼材料在减振降噪领域有着极其重要的应用。但是,高分子通常只在玻璃化转变的十几度到几十度内才具有比较高的阻尼因子,限制了其应用范围。压电阻尼复合材料能够在聚合物基体摩擦损耗基础上引入力-电-热损耗的方式,从而耗散更多的机械能,拓宽聚合物的阻尼温域,提高其阻尼性能,在主被动振动控制领域有着优异的性能表现。本文的主要工作和研究结论如下:1)首先制备了不同软硬段比例的聚氨酯,制备了氧化还原石墨烯片
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聚合物阻尼材料在减振降噪领域有着极其重要的应用。但是,高分子通常只在玻璃化转变的十几度到几十度内才具有比较高的阻尼因子,限制了其应用范围。压电阻尼复合材料能够在聚合物基体摩擦损耗基础上引入力-电-热损耗的方式,从而耗散更多的机械能,拓宽聚合物的阻尼温域,提高其阻尼性能,在主被动振动控制领域有着优异的性能表现。本文的主要工作和研究结论如下:1)首先制备了不同软硬段比例的聚氨酯,制备了氧化还原石墨烯片和聚氨酯骨架负载的三维石墨烯(GNF)。发现当PTEMG:MDI:丙三醇摩尔比为7:10:2时,制备的聚氨酯具有最佳的阻尼性能,制备的石墨烯片层尺寸在10μm~200μm不等,制备的三维石墨烯其石墨烯在PU骨架上的分布随着石墨烯含量不断变化,当石墨烯含量为25.4wt%时,石墨烯恰好几乎完全包覆聚氨酯骨架;2)以PTEMG:MDI:丙三醇摩尔比为7:10:2合成的聚氨酯为基体,研究了PU/PZT复合材料和PU/PZT/GNF压电阻尼复合材料的阻尼性能。发现当每100g聚氨酯加入2g PZT时,PU/PZT复合材料的阻尼性能最佳。再与GNF复合,制备为压电阻尼复合材料,发现石墨烯的导电渗流阈值约为0.7wt%,此时复合材料具有最佳的阻尼性能,玻璃化温度为-53.76℃,最大损耗因子为0.77。相比聚氨酯基体,其损耗因子提高0.22(接近41%),阻尼温域拓宽13.2℃(接近84%)。作为对比,制备了聚氨酯/石墨烯片复合材料,发现其导电渗流阈值大于0.9wt%,在石墨烯含量为0.6wt%时具有最大的拉伸强度,说明三维结构的使用降低了导电渗流阈值,减小了对于基体本身拉伸力学性能的影响。3)制备了聚氨酯/丙烯酸酯IPN共聚物,发现当PU:BMA:MMA质量比为1:2:1时,IPN共聚物阻尼性能最佳,其玻璃化温度为64.4℃,损耗因子阻尼峰值为1.16,阻尼温域为47.0~98.3℃(51.3℃)。使其与PZT复合,发现当每100g IPN共聚物加入20g PZT时,阻尼性能最好,此时复合材料玻璃化温度76.2℃,损耗因子峰值为1.19,阻尼温域为57.4℃~114.2℃(56.5℃)。4)使用三维石墨烯作为导电相,与每100g IPN共聚物加入20g PZT的混合物复合制备成三相复合的压电阻尼复合材料。该复合材料在使用石墨烯含量为25.4wt%的GNF作为导电相时,达到渗流阈值,此时石墨烯占复合材料的比例约为0.55wt%。制备得到的压电阻尼复合材料,其玻璃化温度59.3℃,损耗因子峰0.96,阻尼温域为33.6℃~100.7℃(67.1℃)。其阻尼温域相对IPN基体有了较大提高,拓宽16℃(接近28%),而且其阻尼温域比较接近室温,在室温25℃下(tanδ为0.24)比IPN基体(tanδ为0.13)以及IPN/PZT复合材料(tanδ为0.16)具有更好的阻尼性能。
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