環(huán)氧IPNs-碳納米管壓電阻尼材料的制備與性能研究.pdf

1、阻尼材料的開發(fā)在振動和噪聲控制方面有著重要意義，但是單一的聚合物阻尼溫域較窄，力學(xué)性能較差，不滿足實際應(yīng)用，采用壓電阻尼材料可有效解決這些問題。本文以多壁碳納米管（MWCNTs）為導(dǎo)電相，VER-EP IPNs、PMMA-EP IPNs及PU-EP IPNs三種互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物為基體制備了三種壓電阻尼材料，系統(tǒng)研究了復(fù)合材料的導(dǎo)電性、力學(xué)性能、阻尼性能、熱穩(wěn)定性、介電性能及壓電性能，為高強度寬溫域的壓電阻尼材料的開發(fā)和設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。

2、r>　　采用濃H2SO4/濃HNO3混合物處理了MWCNTs，發(fā)現(xiàn)酸化處理可在MWCNTs表面引入羧基等含氧基團，去除MWCNTs中的無定形碳等雜質(zhì)；透射電鏡分析發(fā)現(xiàn)處理后的MWCNTs管的末端被切開，管間的相互纏繞及團聚有所減少；X射線光電子能譜分析發(fā)現(xiàn)處理后的MWCNTs表面含氧量可從3.7％上升到18.9％，為導(dǎo)電通路的順利形成創(chuàng)造了條件。
　　采用同步法制備了VER-EP IPNs基體，乙烯基酯樹脂和環(huán)氧樹脂的固化速度不匹

3、配形成的微觀上非均勻塑性結(jié)構(gòu)，使得乙烯基酯樹脂增強增韌作用明顯，其拉伸和沖擊強度分別提高了14.1％和96.1％；乙烯基酯樹脂結(jié)構(gòu)中剛性基團較多，因而VER-EP IPNs的熱穩(wěn)定性隨著乙烯基酯樹脂含量的增多而增強；當(dāng)VER含量為環(huán)氧的50％時，VER-EP IPNs的最大損耗因子可達0.805，有效阻尼溫域可達38.6℃。
　　采用順序法制備了PMMA-EP IPNs基體，裂紋末端的孔洞可鈍化裂紋的擴展，使得PMMA對環(huán)氧有一定

4、的增韌作用，其沖擊強度有17.6％的提升，但拉伸強度會隨著PMMA含量的增大而降低；PMMA與EP分子間作用力較弱，因而PMMA-EP IPNs的熱穩(wěn)定性隨著PMMA含量的增多而降低；當(dāng)PMMA的含量為環(huán)氧的20％時，PMMA-EP IPNs的最大損耗因子可達0.484，有效阻尼溫域可達32.2℃。
　　采用順序法制備了PU-EP IPNs基體，聚氨酯組份的拉伸和撕裂及孔洞剪切屈服機理可協(xié)同增韌環(huán)氧，使得拉伸和沖擊強度分別提高了2

5、4.0％及52.3％；聚氨酯與環(huán)氧樹脂存在接枝反應(yīng)，因而PU-EP IPNs的熱穩(wěn)定性隨著聚氨酯含量的增多而增強；當(dāng)PU組份為環(huán)氧的50％時，PU-EP IPNs的最大損耗因子可達0.816，有效阻尼溫域可達50.7℃。
　　通過研究不同MWCNTs含量對復(fù)合材料的電導(dǎo)率的影響發(fā)現(xiàn)，三種壓電阻尼材料的電導(dǎo)率都隨著MWCNTs含量的增大而增大，出現(xiàn)了典型的滲流現(xiàn)象；當(dāng)導(dǎo)電相含量處于絕緣體-半導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變區(qū)域內(nèi)，電能可順利轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，V

6、ER-EP IPNs、PMMA-EP IPNs及PU-EP IPNs三種壓電阻尼材料內(nèi)部電導(dǎo)率和阻尼性能的最佳匹配條件分別為10-6s/m、10-10～10-8s/m及10-8s/m；此外，處理后的MWCNTs可改善其在VER-EP IPNs壓電阻尼材料中的分散性，從而使得這種復(fù)合材料的滲流閾值降低，但MWCNTs的表面處理會使得PMMA-EP IPNs和PU-EP IPNs兩種壓電阻尼材料的滲流閾值升高。
　　壓電相和導(dǎo)電相含量

7、對復(fù)合材料的力學(xué)性能影響很大。PMN含量對VER-EP IPNs和PU-EP IPNs壓電阻尼材料有明顯的增強作用，但是不利于沖擊強度的提升；但對于PMMA-EP IPNs壓電阻尼材料而言，其力學(xué)性能隨著PVDF含量的增大先上升后下降，其拉伸強度可從29.9MPa上升至38.4MPa,沖擊強度可從5.1kJ/m2上升到11.5kJ/m2。由于酸化后的MWCNTs會限制聚合物分子鏈的運動，使得VER-EP IPNs和PMMA-EP IPN

8、s壓電阻尼材料的力學(xué)性能隨著酸化MWCNTs含量的上升而下降，但酸化后的MWCNTs對PU-EP IPNs壓電阻尼材料有較好的增強增韌作用。
　　壓電相、導(dǎo)電相、IPNs基體構(gòu)成及MWCNTs的表面處理都對復(fù)合材料的阻尼性能有較大影響。隨著壓電相含量增大，三種復(fù)合材料的有效阻尼溫域得到拓寬，但損耗因子峰下降；MWCNT-COOH對三種壓電阻尼材料的影響趨勢相同，當(dāng)其含量在滲流閾值時，壓電效應(yīng)達到最大程度的發(fā)揮，復(fù)合材料阻尼性能達到

9、最佳；隨著IPNs組份中VER、PMMA及PU含量的增多，三種復(fù)合材料的損耗因子峰向低溫方向移動；MWCNTs的表面處理有利于VER-EP IPNs壓電阻尼材料的阻尼性能的改善，不利于PMMA-EP IPNs和PU-EP IPNs壓電阻尼材料的阻尼性能的提升。
　　壓電相的含量對復(fù)合材料的介電性能有著重要影響。VER-EP IPNs和PU-EP IPNs壓電阻尼材料的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗隨著PMN含量的增大而增大，但是PMMA-EP