压电相导电相环氧树脂阻尼复合材料的制备及性能研究

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1、摘要阻尼材料广泛应用于航空航天、建筑、机械、交通等领域，在阻尼材料的发展和研究中，压电阻尼材料因其新的能量损耗机制以及可能实现部分或完全的主动阻尼控制而受到越来越多的关注。本文以性能优良的热固性双酚A型环氧树脂为基体、铌镁锆钛酸铅(PMN)为压电相、导电炭黑(CB)和纳米碳纤维(CNFs)为导电相，采用树脂浇注成型方法制备了O．3型压电相／导电相／环氧树脂复合材料；主要研究了复合材料的结构、力学性能、介电性能及阻尼性能，探讨了压电阻尼复合材料的耗能机理，为智能型压电阻尼复合材料的应用和开发提供了

2、重要的理论依据。本论文工作得到了以下的重要结论：陶瓷相、导电相对复合材料的结构和力学性能都有较大的影响。PMN含量小于20％时，陶瓷颗粒和导电相均匀地分散在环氧树脂基体中，树脂对功能体浸润良好，复合材料的弯曲强度增大，PMN大于30％后弯曲强度降低；随CB含量增大，PⅢ／CB／EP复合材料的弯曲强度先略有增大后降低，随CNFs含量增大，PMN／CNFs／EP复合材料的弯曲强度降低到最低值后又因CNFs的增强作用而升高。另外，复合材料具有较高的模量(2～6GPa)，可以作为结构阻尼材料或与结构材料

3、一起使用。陶瓷相对PMN／EP复合材料的介电性能有较大的影响。随陶瓷含量的增大，PMN／EP的占非线性增大，PMN体积分数从0％增加到50％时，复合材料的￡从4．7增加到29．87；PMN／EP的介电损耗增大。随频率的增大，复合材料的￡下降趋势，当频率大于10jHz后s降缓慢并趋于稳定。压电陶瓷的粒径大小对g有较大的影响，粒径越大占高，而且￡频率增大而下降的趋势越大。随着温度升高，￡有增大，在测试温度范围内，介温曲线比较平缓。PMN／EP复合材料的介电性能具有良好的温度和频率稳定性。导电相对压电

4、陶瓷／导电相／环氧树脂复合材料的导电性能和介电性能有较大的影响。随导电相含量的增大，复合材料的电阻率降低，当CB含量为树脂质量的6％、CNFs含量为树脂质量的0．6％时，PMN／CB／EP、PMN／CNFs／EP复合材料由绝缘体向半导体转变，此时的体积电阻率约为l∥Q·m数量级。随导电相含量增大，PMN／CB／EP、PMN／CNFs／EP复合材料的介电常数￡、介电损耗tand增大，并在含量达到逾渗阈值时，￡、tan3迅速增大。压电陶瓷对PMN／EP复合材料的阻尼性能也有较大的影响，当陶瓷粒径为7

5、～35lam、体积分数为20％时，复合材料的艮，、勿和△厂达到最大值，阻尼性能最好。PMN／EP复合材料的阻尼耗能由三部分贡献：环氧树脂的粘弹性阻尼、界面摩擦耗能和介电损耗耗能。引入导电相后，压电相／导电相／环氧树脂复合材料的阻尼损耗因子增大，压电阻尼作用机制发挥最大作用的条件是复合材料的电阻率处于绝缘体一半导体的逾渗转变区，此时电阻率约在108Q·m数量级，导电相能够形成完整的导电通道并有效地将电荷转化为热能而耗散。压电相／导电相／环氧树脂复合材料的阻尼能力随动态载荷大小和频率的增大而增大，表

6、现出一定的自适应阻尼控制性。在压电陶瓷／导电相／环氧树脂复合体系中，复合材料的阻尼由压电阻尼、介电损耗、环氧树脂的粘弹性阻尼、界面摩擦耗能协同起作用。关键词：阻尼材料；环氧树脂；压电陶瓷；介电性能；阻尼性能nAbstractDampingmaterialshavebeenwidlyusedinaerospaceshuttles，buildings，machinesandcommunicationfields．Inresearchanddevelopmentofdampingmaterialfie

7、lds，thepiezo-dampingmaterialshavereceivedmuchattentionforthenovelenergylossmechanism．Inthisdissertation，thediglycidyletherofbisphen01．A(DGEBA)epoxyresin(EP)waschosenastheresinmatrixincompositespreparationforitsgooddampingproperty,leadmagnesiumniobate

8、．．1eadzirconate．．1eadtitanate(PMN)wasusedaspiezoelectricmaterial，andconductivecarbonblack(CB)andcarbonnanofibers(CNFs)weretakenasconductivematerials．The0．3PMN／CBEPandPMN／CNFs／EPcompositeswerepreparedbyresincastingmouldingmethod．Themicrostructures，mec