硅橡胶/纤维复合材料力学性能及其吸能机制研究

来源 :沈阳理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gjb649666926
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甲基乙烯基硅橡胶的材料其强度低,阻尼因子小,有效阻尼温域窄,限制了其在减振降噪耐冲刷领域的应用。本文采用开炼机将短切碳纤维、白炭黑和甲基乙烯基硅橡胶共混后,与碳纤维布(碳布)复合,应用针刺热压方法制备硅橡胶/纤维复合材料;分别通过动态热机械分析仪(DMA)、霍普金森压杆技术和万能拉伸试验机、摩擦磨损试验机等对硅橡胶/碳纤维复合材料的动、静态力学性能进行了系统分析和研究。主要研究内容及实验结果如下:(1)在组分为100g甲基乙烯基硅橡胶、30g白炭黑、10 g羟基硅油的基础上添加4层和0层碳纤维布的硅橡胶/碳纤维复合材料相比较,前者的抗拉强度为12.817 MPa,断裂伸长率为362.178%,硬度为59.2 HA,密度为1.086 g/cm~3。相比于后者分别提高了748.36%、92.46%、38%、1.12%。(2)在组分为100g甲基乙烯基硅橡胶、30g白炭黑、10 g羟基硅油、10 g短切碳纤维的基础上添加4层和0层碳纤维布的硅橡胶/碳纤维复合材料相比,前者抗拉强度为12.808 MPa,断裂伸长率为257.05%,硬度为70.9 HA,密度为1.180g/cm~3,相对于后者分别提高了966.1%、77.18%、35.31%、7.27%。硅橡胶基复合材料的抗拉强度、硬度等静态力学性能随碳纤维布层数的增加而提高。说明碳纤维布的添加可以提高硅橡胶基复合材料的静态力学性能。(3)利用霍普金森压杆技术对硅橡胶基复合材料吸能机制进行研究分析。仅改变应变率大小,探究应变率大小对硅橡胶/碳纤维复合材料吸能机制的影响。实验结果表明:随应变率的提高,硅橡胶基复合材料的应力也在增大。当应变率为5300 s-1时,复合材料的冲击应力可达到183.547 MPa。仅改变碳纤维布的层数,探究在不同应变率下碳纤维布层数对硅橡胶复合材料阻尼性能的影响。通过研究得随应变率的增大硅橡胶复合材料的阻尼吸能特性提高,随碳纤维布层数的增加硅橡胶复合材料的阻尼吸能特性也提高。(4)由动态热机械性能测试(DMA)分析可知:不论在常温压缩模式还是常温剪切、变温压缩模式下,添加碳纤维布均可以提高硅橡胶基复合材料的阻尼性能和吸能特性。在-150~400℃的温度范围内。组分为100 g甲基乙烯基硅橡胶、30g白炭黑、10 g羟基硅油、10 g短切碳纤维、4层碳纤维布的硅橡胶复合材料的储能模量在-45℃时达到峰值,为181.451 MPa,相比于组分为100 g甲基乙烯基硅橡胶、30 g白炭黑、10 g羟基硅油、4层碳纤维布的硅橡胶基复合材料的储能模量提高了159.61%。这说明短切碳纤维的加入能更好的提高硅橡胶基复合材料的阻尼性能。
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