PMN-CNTs-EP壓電阻尼復合材料的組成結(jié)構(gòu)與阻尼性能研究.pdf

1、阻尼材料是將固體振動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，從而達到控制振動和降低噪聲的目的，這種減振降噪技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車、航空和船艦等領(lǐng)域中。目前，高分子阻尼材料多為橡膠類聚合物，此類阻尼材料雖然具有較優(yōu)的阻尼性能，但是力學強度差，而環(huán)氧樹脂因其具有優(yōu)異的力學性能，作為新一代的結(jié)構(gòu)阻尼材料成為研究的熱點。但是純的環(huán)氧樹脂阻尼性能差，因此加入壓電相和導電相，引入多重能量耗散機制增強環(huán)氧樹脂的阻尼性能受到了廣泛的關(guān)注。然而各相對總體阻尼性能的貢獻比例尚不明確。本

2、文采用鈮鎂鋯鈦酸鉛(PMN)，碳納米管(CNTs)和環(huán)氧樹脂(EP)，制備了0-3型PMN/CNTs/EP壓電阻尼復合材料;重點分析了導電相CNTs和壓電相PMN對阻尼性能的貢獻比例，并建立了體系導電率與阻尼性能的匹配關(guān)系。
　　 首先，以CNTs為導電相，研究了CNTs對CNTs/EP阻尼復合材料的阻尼性能的影響。采用不改性、混合酸和偶聯(lián)劑改性的方法，得到三種不同的CNTs(CNTs-Pristine，CNTs-COOH，CN

3、Ts-Silane)，構(gòu)建其與EP界面間三種不同的結(jié)合強度（范德華力，弱的界面共價結(jié)合，強的界面共價結(jié)合）。結(jié)果表明:范德華力使CNTs-Pristine與EP相容性差，CNTs-Pristine團聚嚴重，分散性較差;弱的界面共價結(jié)合使CNTs-COOH與EP相容性較好，CNTs-COOH/EP分散性得到一定改善;強的界面共價結(jié)合使CNTs-Silane與EP相容性最好，CNTs-Silane在EP中分散性最好。由阻抗分析知，CNTs-

4、Pristine/EP由于CNTs團聚嚴重，導電性能差;CNTs-COOH/EP導電性能最好;由于CNTs-Silane表面包覆有偶聯(lián)劑，阻礙電子傳導，CNTs-Silane/EP導電性能差。對比三種復合材料，CNTs-Silane/EP的阻尼性能最好，損耗因子峰值達到最大值(0.620)，CNTs-COOH/EP的阻尼性能次之，CNTs-Pristine/EP最差。綜合考慮導電性能（在0-3型壓電阻尼復合材料中，CNTs應(yīng)具備良好的導

5、電性能，將壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)化的電能通過導電相以熱能的形式耗散）和阻尼性能，得出最佳導電相為CNTs-COOH。
　　 其次，以PMN為壓電相，研究了PMN對PMN/EP復合材料阻尼性能的影響。結(jié)果表明，隨PMN含量的增加，PMN/EP阻尼性能先增強后減弱，當PMN含量為20wt.％，損耗因子峰值達到最大值(0.559);當PMN含量為20～60wt.％時，損耗因子峰值均大于EP的阻尼性能(0.420);當PMN含量過高或過低時，其阻尼

6、性能增強不顯著。因此，壓電相采用PMN含量為20wt.％和60wt.％。
　　 最后，以CNTs-COOH為導電相，PMN為壓電相，選擇PMN含量分別為20wt.％和60wt.％，研究導電相和壓電相對PMN/CNTs/EP復合材料阻尼性能的影響。20wt.％PMN/CNTs/EP阻尼復合材料，當CNTs含量為0.6wt.％時，電阻率為107～108Ω·cm，最大損耗因子沒有出現(xiàn)最優(yōu)值;60wt.％PMN/CNTs/EP阻尼復合材

7、料，當CNTs含量為1.0wt.％時，電阻率為107～108Ω·cm，最大損耗因子出現(xiàn)最優(yōu)值。結(jié)果表明，20wt.％PMN/CNTs/EP阻尼性能受壓電效應(yīng)的影響不明顯，PMN與基體和CNTs與基體之間界面效應(yīng)對阻尼性能增強占主導作用，最大損耗因子峰值為0.653，其中CNTs引入對阻尼性能的貢獻約占25％，PMN引入對阻尼性能的貢獻約為10％，而基體粘彈性的貢獻約占65％。60wt.％PMN/CNTs/EP復合材料電阻率大于1O8Ω·

8、cm時，PMN壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)化的電能不能通過CNTs以熱能的形式耗散，壓電效應(yīng)對阻尼性能增強不顯著;當電阻率在107～108Ω·cm時，損耗因子峰值陡升為0.683，PMN的壓電效應(yīng)和界面效應(yīng)以及CNTs的界面效應(yīng)共同影響了材料的阻尼性能，其中CNTs引入對阻尼性能的貢獻約占16％，基體粘彈性約占62％，PMN引入對阻尼性能的貢獻約占總阻尼性能的22％;當電阻率小于107Ω·cm，電能不能有效耗散，此時PMN與基體和CNTs與基體界面效應(yīng)對