石墨对柔性压电导电制振材料性能的影响

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1、第24卷第3期武汉纺织大学学报V_01．24NO．32011年06月JOURNAL0FWUHANTEXTILEUNIVERSITYJun．2O11石墨对柔性压电导电制振材料性能的影响黄星，艾娜，陈益人(武汉纺织大学纺织学院，湖北武汉430073)摘要：以聚氨酯为压电聚合物，压电相和导电相分别采用经适量偶联剂改性过的压电陶瓷粉末和石墨粉末，制备了一种柔性压电导电制振材料。实验加入定量的优选配比的压电粉末，通过改变加入石墨粉体的量，研究石墨粉体的含量对复合材料压电导电制振性能的影响。关键词：压电陶瓷；石墨

2、；偶联剂；制振中图分类号：TM242文献标识码：A文章编号：1009—5160(2011)03—0028—031前言随着工业社会的发展，大量的事故和设备损坏是由振动所致，同时也产生大量的噪音，干扰人们的生活，振动的危害越来越引起人们的重视⋯。本课题采用聚氨酯为压电聚合物，铌镁锆钛酸铅(PMN)和石墨为压电相和导电相，制备了柔性压电导电制振材料。该种材料利用极化后的压电陶瓷的压电效应，将机械能(包括声能)转化为电能，然后在若干石墨回路中以热能形式发散出去，达到制振的效果。加人的导电相既要保证导电网络贯穿

3、于聚合物中，又不能与材料的表面相连使复合体系成为导电材料。这就要控制加入的石墨粉体，使其达到I临界含量(渗流域值)，使得复合体系的电阻产生几个数量级的变化，获得最好的阻尼性能和制振效果。该种材料改进了传统压电材料形状改变困难、使用温域较窄等缺点，能够更好的应用在减振吸声领域。2实验部分2．1实验器材聚氨酯树脂，型号7067HC；压电陶瓷粉体，型号P一5HPMN；导电石墨粉体；硅烷偶联剂，型号HD550；N，N一二甲基甲酰胺；精密电动搅拌机，型号JJ一1；超声波清洗机，型号TEA／1006；万能材料试验

4、机，型号5566一INSTRON；傅立叶红外光谱分析仪，型号BrukerTensor27；准静态d，测试仪，型号ZJ一3A；DMA测试仪，型号DMA242C。2．2实验步骤(1)在五个烧瓶中分别加入17gDMF溶液，18g压电粉表1铸膜液成分(g)末、0g，0．1g，0．2g，0．3g，0．4g石墨粉末，接着加入占压电粉末与石墨粉末总质量10％的偶联剂。将五个烧杯放人超声波分散器处理30min，超声温度50~C，使压电、导电粉体充分分散并被偶联剂改性。最后加入3g湿法聚氨酯，用搅拌器搅拌4小时后，用循

5、环水多用真空泵消泡，作为五个制膜材料，编号1—5。各成分见表1。(2)将五个制膜溶液分别倒在玻璃板上，用玻璃棒将其均匀地涂刮在玻璃表面后放入装有水的水槽中，完全浸泡30min后取出。将得到的复合膜从玻璃板上取下，晾干即可。(3)极化：将材料用两块相同大小且面积小于材料的的薄铝板夹住，材料与薄铝板间用与薄铝板大小·通讯作者：陈益人(1964一)，女，教授，研究方向：纺织品设计与检验第3期黄星，等：石墨对柔性压电导电制振材料性能的影响29相同的铝箔隔开。将其置于极化装置的两极板间极化10min，油温80~

6、C，极化电压2000v／ram。(4)强力测试：在割模板上将每种式样各割取10×lcm的小条5根，分别在Instron5566型万能材料试验机上测试强力。拉伸速度100mm／min，隔距长度50mm。(6)压电性能测试：采用ZJ一3A型准静态d测量仪测试样品的压电常数d，，。d，是试样沿其极化轴方向的单位应力所产生的电荷密度。测试频率为100Hz。(7)动态力学分析(DMA)：采用德国耐驰公司的DMA242动态力学分析仪测试样品的阻尼因子。测试频率为1Hz。3数据分析3。1复合材料强力测试在近似相同厚

7、度的情况下，共混膜材料的断裂强力取决于加入的导电粉末和偶联剂的量。图1为复合材料强力测试结果。数据显示，随着导电粉体的加入，材料的力学性能有所减弱，推测原因是无机粉体的加入破坏了聚氨酯材料大分子之间的联系。但减弱并不明显，推测原因是偶联剂起到了分子桥的作用，连接了材料中聚氨酯树脂上的反应性基团和无机粉体上的反应基团，提高了粉体在树脂中的分散性和黏合性。3．2复合材料压电性能测试cl=、卜∞×《至压电常数的准静态法测量原理是利用材料的正压电效"∞帅：2¨∞应，即在试样上外加一个低频交变的振动力，通过测量

8、试样在单位应力下所产生的电荷密度Q而测定材料的压电应变常数的方法。由于压电粉末均匀分布在共混膜材料中，微粒随机取向，自发极化时极性方向杂乱，压电效应可能相互抵消，Models宏观上无极性。所以须先将复合材料极化，借助外加电场，图1复合材料强力测试使微粒振动极化后能够择优取向成为有规律的排列，再测试其压电性能u。图2为复合材料压电性能测试结果。数据显示，极化后的共混膜材料具有一定的压电性能。推测原因是压电陶瓷粉末的加入和极化过程使得材料具有一定的压电性能。