论文部分内容阅读
阻尼材料的开发在振动和噪声控制方面有着重要意义，但是单一的聚合物阻尼温域较窄，力学性能较差，不满足实际应用，采用压电阻尼材料可有效解决这些问题。本文以多壁碳纳米管（MWCNTs）为导电相，VER-EP IPNs、PMMA-EPIPNs及PU-EP IPNs三种互穿网络聚合物为基体制备了三种压电阻尼材料，系统研究了复合材料的导电性、力学性能、阻尼性能、热稳定性、介电性能及压电性能，为高强度宽温域的压电阻尼材料的开发和设计奠定了基础。采用浓H2SO4/浓HNO3混合物处理了MWCNTs，发现酸化处理可在MWCNTs表面引入羧基等含氧基团，去除MWCNTs中的无定形碳等杂质；透射电镜分析发现处理后的MWCNTs管的末端被切开，管间的相互缠绕及团聚有所减少；X射线光电子能谱分析发现处理后的MWCNTs表面含氧量可从3.7%上升到18.9%，为导电通路的顺利形成创造了条件。采用同步法制备了VER-EP IPNs基体，乙烯基酯树脂和环氧树脂的固化速度不匹配形成的微观上非均匀塑性结构，使得乙烯基酯树脂增强增韧作用明显，其拉伸和冲击强度分别提高了14.1%和96.1%；乙烯基酯树脂结构中刚性基团较多，因而VER-EP IPNs的热稳定性随着乙烯基酯树脂含量的增多而增强；当VER含量为环氧的50%时，VER-EP IPNs的最大损耗因子可达0.805，有效阻尼温域可达38.6℃。采用顺序法制备了PMMA-EP IPNs基体，裂纹末端的孔洞可钝化裂纹的扩展，使得PMMA对环氧有一定的增韧作用，其冲击强度有17.6%的提升，但拉伸强度会随着PMMA含量的增大而降低；PMMA与EP分子间作用力较弱，因而PMMA-EP IPNs的热稳定性随着PMMA含量的增多而降低；当PMMA的含量为环氧的20%时，PMMA-EP IPNs的最大损耗因子可达0.484，有效阻尼温域可达32.2℃。采用顺序法制备了PU-EP IPNs基体，聚氨酯组份的拉伸和撕裂及孔洞剪切屈服机理可协同增韧环氧，使得拉伸和冲击强度分别提高了24.0%及52.3%；聚氨酯与环氧树脂存在接枝反应，因而PU-EP IPNs的热稳定性随着聚氨酯含量的增多而增强；当PU组份为环氧的50%时，PU-EP IPNs的最大损耗因子可达0.816，有效阻尼温域可达50.7℃。通过研究不同MWCNTs含量对复合材料的电导率的影响发现，三种压电阻尼材料的电导率都随着MWCNTs含量的增大而增大，出现了典型的渗流现象；当导电相含量处于绝缘体-半导体的转变区域内，电能可顺利转变为热能，VER-EP IPNs、PMMA-EP IPNs及PU-EP IPNs三种压电阻尼材料内部电导率和阻尼性能的最佳匹配条件分别为10-6s/m、10-10～10-8s/m及10-8s/m；此外，处理后的MWCNTs可改善其在VER-EP IPNs压电阻尼材料中的分散性，从而使得这种复合材料的渗流阈值降低，但MWCNTs的表面处理会使得PMMA-EP IPNs和PU-EP IPNs两种压电阻尼材料的渗流阈值升高。压电相和导电相含量对复合材料的力学性能影响很大。PMN含量对VER-EPIPNs和PU-EP IPNs压电阻尼材料有明显的增强作用，但是不利于冲击强度的提升；但对于PMMA-EP IPNs压电阻尼材料而言，其力学性能随着PVDF含量的增大先上升后下降，其拉伸强度可从29.9MPa上升至38.4MPa,冲击强度可从5.1kJ/m2上升到11.5kJ/m2。由于酸化后的MWCNTs会限制聚合物分子链的运动，使得VER-EP IPNs和PMMA-EP IPNs压电阻尼材料的力学性能随着酸化MWCNTs含量的上升而下降，但酸化后的MWCNTs对PU-EP IPNs压电阻尼材料有较好的增强增韧作用。压电相、导电相、IPNs基体构成及MWCNTs的表面处理都对复合材料的阻尼性能有较大影响。随着压电相含量增大，三种复合材料的有效阻尼温域得到拓宽，但损耗因子峰下降；MWCNT-COOH对三种压电阻尼材料的影响趋势相同，当其含量在渗流阈值时，压电效应达到最大程度的发挥，复合材料阻尼性能达到最佳；随着IPNs组份中VER、PMMA及PU含量的增多，三种复合材料的损耗因子峰向低温方向移动；MWCNTs的表面处理有利于VER-EP IPNs压电阻尼材料的阻尼性能的改善，不利于PMMA-EP IPNs和PU-EP IPNs压电阻尼材料的阻尼性能的提升。压电相的含量对复合材料的介电性能有着重要影响。VER-EP IPNs和PU-EPIPNs压电阻尼材料的介电常数和介质损耗随着PMN含量的增大而增大，但是PMMA-EP IPNs压电阻尼材料的介电常数和介质损耗随着PVDF含量的增大先降低后升高，在PVDF含量为40%时候达到最小值。