金属橡胶-硅橡胶复合材料的力学性能及试验方法研究

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金属橡胶是一种多孔金属阻尼材料,因具有耐高温、刚度可调节等优点而被广泛应用于车辆、建筑、船舶等领域中。但由于其特殊的制备工艺往往阻尼性能低,不能很好地满足工程需求。为此,本文提出一种双连续相复合材料,通过复合工艺将金属橡胶与硅橡胶结合,制备成金属橡胶-硅橡胶复合材料(Metal rubber-silicon rubber composites,MR-SRC),在既保持原有优势性能上,又进一步提高了阻尼性能,并对其力学特性开展相关理论及试验研究。本文主要研究内容及结论如下:(1)首先探究金属橡胶关键制备工艺,设计了MR-SRC复合工艺,确定以加成型室温固化硅橡胶作为填充材料,采用真空渗流法为主、自然渗流法为辅的填充工艺制备MR-SRC,并结合细观截面特征和混合定律理论验证了MR-SRC复合工艺的可行性,为后续试验与理论研究奠定基础。(2)通过松弛试验、循环加载试验、不同加载速率试验及破坏试验分别探究了MR-SRC的粘弹性质、力学稳定性、变形行为和破坏机理。此外,分析了不同制备工艺参数、加载条件对MR-SRC静态力学性能的影响规律,以及硅橡胶对金属橡胶的强化效应。试验结果表明,MR-SRC的力学稳定性良好、粘弹性不明显,还存在变阻尼和变刚度等特性,金属橡胶复合化后的承载能力大幅度提高,同时保持良好的阻尼特性。其破坏失效机理主要归结于界面相的损伤。(3)基于复合材料细观截面特征,结合金属橡胶和传统聚合物基纤维增强复合材料的阻尼机理,分析了MR-SRC的阻尼主要是由金属橡胶、硅橡胶和界面相阻尼构成。通过单因素对照试验可知,MR-SRC具有良好的力学稳定性、兼顾阻尼耗能和刚度特性,这归结于材料复合化的优势。通过建立MR-SRC动力学模型准确预测试验结果,为复合材料的应用研究提供理论基础。(4)通过搭建复合材料管路减振测试平台,对复合材料管路减振性能进行测试及分析。采用正弦扫频的测试方法,以共振频率、惯性率及品质因子倒数作为减振性能评价指标。试验结果表明以MR-SRC为阻尼元件可以有效解决重载荷管路系统的高强度振动问题,通过对制备工艺的优化设计,可进一步提高刚度和阻尼特性以满足实际工程需求。
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