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《东华大学》 2002年
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基于多重能量转换的高性能减振材料的研究

刘继涛  
【摘要】: 在日常生活中减振材料有很多的用途,高聚物由于其本身的结构性能特点而被广泛的应用于减振材料。由于高聚物的减振阻尼性能在很大程度上依赖于高聚物的粘弹性能,从而大大限制了高聚物减振材料的应用范围。本论文旨在研究如何不依赖或者少依赖高聚物本身的粘弹性能来得到高减振性能的复合材料,即基于多重能量转换来设计高性能减振材料。本论文主要包括三个方面的研究内容: ·氯化聚乙烯(CPE)/压电陶瓷(PZT)/气相生长碳纤维(VGCF)复合材料; ·CPE/双[(2-羟基-3-环己基-5-甲基)-苯基]甲烷(ZKF)/VGCF复合材料; ·CPE基有机小分子混杂型复合材料 CPE/PZT/VGCF减振复合材料:利用压电和导电填料填充高聚物基体,当复合材料受到机械振动时,通过高聚物基体将机械振动能传递到压电陶瓷粒子上,利用压电陶瓷的压电效应,将机械能转换成电能,则电流在导电粒子产生的回路中流动,由于导电回路具有一定的电阻,所以电能又转变成热能耗散掉,从而起到减振的目的。通过对CPE/PZT/VGCF复合材料的导电性能和粘弹性能的研究发现: (1)随着VGCF体积分数的增加,CPE/PZT/VGCF复合材料呈现由绝缘材料到半导体、导体材料的导电特性。由于PZT的存在对VGCF导电网络的形成具有双重的作用,这反映到电导率随VGCF体积分数的变化曲线上,则是在半导区存在一个明显的半导区平台。 (2)通过对CPE/PZT/VGCF复合材料动态机械性能的测试结果表明,VGCF的体积分数当处于半导区时具有更为显著的压电导电减振作用效果。这是由于当VGCF含量太少时(低于8%),复合材料中导电网络还没有来得及形成,起不到能量损耗的目的;而当VGCF含量太高时(高于20%),电导率太高,复合材料成为电的良导体,电能与热能之间的转换效率很低,能量损耗也不高。只有VGCF体积分数在半导区含量时,CPE/PZT/VGCF复合材料的压电导电减振机制才明显的发挥作用。 博士论文:基于多重能量转换的高性能减振材料的研究 (3)可以将CPE/PZT/VGCF复合材料设计成一个包含电阻和电容的等效回路,这 样可以很好的解释在VGCF的半导区间内,复合材料具有较高的电导率时复合材料的 压电导电减振作用更为明显。 (4)由于R=1/“(旧寸,压电导电所产生的耗能P才一能够取得最大值,所以针对不同 振动的频率,可以设计不同电导率的压电导电减振复合材料来提高复合材料的减振性 育旨。 CPE/ZKF那GCF复合材料:针对cPE/PzT/vGcF复合材料中由于cPE和PzT之 间模量差异较大,导致CPE和PZT之间的应力传递欠佳,影响力一电变换效率,从而 压电导电减振作用效果并不十分显著的现象;本章中采用极性有机小分子双「(2一轻基- 3一环己基一5一甲基)一苯基]甲烷(ZKF),而不采用PZT,消除了PzT与CPE模量方面 差异的影响。通过对CPE/ZKF/VGCF复合材料的分析探讨得出: (1) CPE/ZKF脚GCF复合材料的导电曲线上并不存在类似CPE/PZT浑GCF复合 材料的半导区平台,这是由于CPE亿KF/VGCF复合材料的制备是在CPE和ZKF熔融 的状态下的分子水平的共混,进一步证明了PZT对导电回路形成的双重作用;同时, 由于ZKF对VGCF的包覆作用,使CPE亿KF那GCF复合材料导电临界值较高。 (2) CPE/Z灯周GcF复合材料的Tg随VGCF体积分数的增加而升高,另外, cPE/z舒/vGcF复合材料的Tg比基体CPE的Tg有大幅度的升高,升高了近20 Oc, 说明在CPE/Z盯/VGCF复合材料中,可能存在ZKF对CPE的反增塑作用。 (3)当VGCF体积分数为O%时,CPE/ZKF(质量比60/40)复合材料的tans峰 值(l .505)比纯CPE的tan6峰值(0 .830)高得多,说明ZKF的引入大大提高了CPE 玻璃化转变附近的减振能力。 (4)CPE/ZKF娜GCF复合材料导电性能对减振性能未发现显著影响,也进一步 说明,cPE/zKF周GcF复合材料减振能力的增强是由于ZKF引入的结果,而与宏观导 电性能无关,从而,CPE与ZKF之间可能存在某种相互作用引起减振能力的显著提 局。 博士论文:基于多重能量转换的高性能减振材料的研究 CPE基有机小分子混杂型复合材料:为了进一步分析cPE与极性有机小分子之 间的相互作用引起减振性能的增强,选择与CPE具有不同相容性能的两种有机小分 子:ZKF和AO一18,通过本章的分析发现: (l)通过CPE与小分子之间的氢键作用能够显著的提高高分子之间的相互作用 力,一方面,使此类混杂材料的减振能力得到飞跃;另一方面,通过调整混杂材料中 有机小分子的含量,能够较大程度的改变混杂材料的Tg,从而使混杂材料的Tg具有 良好的可设计性,为进一步开发此类高性能减振混杂材料提供了新思路。 (2)有机小分子(ZKF和AO一18)对CPE减振能力的显著增强作用可以归因于 CPE与有机小分子之间以氢键缔合为主的相互作用。当有机小分子含量增加时,氢键 作用的数量增多,从而在高分子链之间的形成缔合点的概率增加,使CPE之间的相互 作用力增强。 (3)由于小分子本身的结构性能的差异以及CPE与ZKF、AO一[8之间作用程度 的不同,使CPE与ZKF、AO一18之间具有不同的相容性能。CPE与ZKF基本上属于 理想相容状态,而CPE与
【学位授予单位】:东华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TB34

【引证文献】
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1 朱文宏;李明俊;武化民;刘敏;;有机小分子改性聚合物基阻尼材料的研究进展[J];江西化工;2011年02期
2 何利军;赵云峰;詹茂盛;游少雄;;有机小分子杂化阻尼材料研究进展[J];宇航材料工艺;2007年03期
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【二级引证文献】
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2 赵云峰;张继华;游少雄;詹茂盛;;丁腈橡胶/酚醛树脂/受阻酚AO60共混阻尼橡胶贮存稳定性研究[J];材料工程;2010年12期
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6 刘其霞;丁新波;张慧萍;晏雄;;羧基丁腈橡胶基阻尼复合材料的相态结构及动态力学性能[J];合成橡胶工业;2009年04期
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5 王永刚;宽温域高阻尼丁基橡胶材料的研究[D];青岛科技大学;2010年
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7 杨检;欧盟将实施复合材料回收法[N];国际商报;2004年
8 肖庆松 刘莉婷;梅列一批节能环保项目开竣工[N];三明日报;2010年
9 ;弹簧“瘦身” 高炮实弹射击打不响 解“哑炮”谜 苏教授细说复合材料[N];解放军报;2005年
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10 杨小军;CFRP-木材复合材界面力学特性研究[D];南京林业大学;2012年
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5 孟志华;电动汽车用复合材料飞轮转子的结构与材料优化[D];武汉理工大学;2004年
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7 王莉莉;碳纤维/乙烯基酯树脂拉挤复合材料的环境老化行为研究[D];北京化工大学;2004年
8 程起有;曲面复合材料胶接修理的力学分析与参数优化[D];西北工业大学;2005年
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10 张冬萍;小波变换在复合材料拉伸断面图像检测中的研究[D];天津工业大学;2002年
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