阻尼PU-PZT壓電陶瓷復(fù)合材料制備及吸聲性能研究.pdf

1、噪聲污染問(wèn)題已成為嚴(yán)重危害人類健康的三大環(huán)境污染問(wèn)題之一。高效吸聲降噪材料的開發(fā)是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵。聚合物壓電陶瓷復(fù)合材料是一種新型的功能材料,以其力學(xué)強(qiáng)度高、耐環(huán)境能力強(qiáng)、吸聲性能優(yōu)異而成為吸聲減震材料研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向。因此,開展這類材料的研究對(duì)解決噪聲污染問(wèn)題具有重要意義,本文針對(duì) PU(聚氨酯)/PZT(鋯鈦酸鉛)壓電陶瓷進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制備及吸聲降噪性能研究。
　　從分子結(jié)構(gòu)角度出發(fā),設(shè)計(jì)了一種含有柔性聚丙二醇(PPG)

2、主鏈和長(zhǎng)鏈側(cè)基的T型結(jié)構(gòu)高分子鏈段,以PPG為軟段、TDI為硬段,采用預(yù)聚體工藝制備了阻尼性能優(yōu)異的聚氨酯材料。DMA(動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析)分析表明材料的阻尼溫域?qū)掃_(dá)60℃(-40-20℃),阻尼損耗因子tanδ最大值達(dá)到0.62。DSC(差示掃描量熱)研究表明隨著預(yù)聚體游離-NCO含量的增加,硬段的結(jié)晶熔融峰變大,體系硬段含量增加。同時(shí),系統(tǒng)的探究了PPG分子量、交聯(lián)劑種類及預(yù)聚體-NCO含量對(duì)材料力學(xué)性能的影響規(guī)律。
　　優(yōu)化了傳

3、統(tǒng)兩步混合物氧化法制備PZT壓電陶瓷的工藝,改進(jìn)的兩步混合物氧化法燒結(jié)工藝使PZT壓電陶瓷的燒結(jié)溫度由1250℃降低到900℃。XRD(X射線衍射)研究表明制備的 PZT壓電陶瓷呈鈣鈦礦單相結(jié)構(gòu);SEM(掃描電鏡)研究表明材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密,晶粒生長(zhǎng)完全;極化工藝研究表明PZT壓電陶瓷的壓電常數(shù)達(dá)到267.3pC/N。
　　采用原位聚合工藝制備了PU/PZT復(fù)合材料,研究了PZT陶瓷粉體的表面性質(zhì)和含量對(duì)復(fù)合材料性能的影響,SEM分

4、析表明表面改性后的 PZT陶瓷粉體與PU界面結(jié)合良好,PZT在聚氨酯中均勻分散的最大量達(dá)到30wt％;DMA研究表明20wt%PZT陶瓷粉體的加入拓寬了聚氨酯的阻尼溫域(70℃),阻尼損耗峰移向高溫;拉伸性能測(cè)試表明材料的拉伸強(qiáng)度提高了57.01%,熱失重分析表明材料的熱分解溫度提高了30℃。
　　將PU阻尼吸聲機(jī)理和PZT陶瓷壓電吸聲機(jī)理進(jìn)行有效結(jié)合,形成寬頻帶吸聲材料結(jié)構(gòu)。駐波管法測(cè)試結(jié)果表明,阻尼 PU在中低頻吸聲性能良好,

5、特別是在低頻范圍內(nèi)表現(xiàn)的更為優(yōu)異;PZT壓電陶瓷和 MWCNTs導(dǎo)電相的加入進(jìn)一步提高了 PU/PZT復(fù)合材料的吸聲系數(shù),PU/PZT復(fù)合材料在250Hz的吸聲系數(shù)達(dá)到0.55,在125-4000Hz頻率范圍內(nèi)的平均吸聲系數(shù)達(dá)到0.48,相對(duì)于阻尼PU分別提高了285.4%和48.8%,解決了材料普遍吸收低頻聲波能力差的難題。
　　為了提高材料在寬頻音域的吸聲性能,論文設(shè)計(jì)研究了壓電材料 PU/PZT與多孔材料 PU泡沫復(fù)合結(jié)構(gòu)材