PMN/CB/PU压电阻尼材料制备及结构性能研究

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压电阻尼复合材料,它能实现振动机械能-电能-热能之间的互相转化,并能对外部环境做出响应,是一种应用前景很广的阻尼材料。单纯的粘弹性阻尼材料由于弹性模量不高,不满足特定工程应用中对材料强度的要求,我们通常将粘弹性阻尼材料与高强度的结构件相复合,组成复合结构,大大拓展了阻尼材料的应用范围。  本文以聚氨酯弹性体为基体,PMN压电陶瓷以及导电炭黑(CB)为功能填料,采用浇注法制备压电阻尼复合材料,并以钢片作为基层,铝片作为约束层,PMN/CB/PU压电阻尼材料作为阻尼层,制备约束型阻尼结构。  将PMN陶瓷粒子添加到聚氨酯弹性体中,当陶瓷填料体积添加量为30%时,复合体系拉伸强度达到最大,表现出较好的力学性能。整个复合体系的介电常数和介电损耗会随着陶瓷填料的增加呈现非线性的增长,当PMN体积添加量从0%增加到40%时,复合体系的介电常数从4.8增加到20.5,介电损耗从0.033增加到0.046。复合体系的压电应变常数d33也呈现上升的趋势。PMN/PU压电阻尼复合体系的阻尼性能在30%的添加量时表现最好,最大损耗因子可以达到0.818,并且具有较宽的阻尼温域。  导电炭黑的加入会降低PMN/CB/PU压电阻尼材料的力学性能,随着导电炭黑的增加,复合材料的电阻率呈下降趋势,介电常数和介电损耗随着导电炭黑的添加呈上升趋势,当添加到7%时,达到逾渗阈值fc,并且在此时复合体系具有最大的损耗因子,阻尼因子峰值为0.902,以及较宽的阻尼温域,表现出较好的阻尼性能。  约束型阻尼结构的180°剥离强度为6.49KN/m,表明阻尼层与结构层之间有较强的界面粘结能力。约束型阻尼结构的各阶结构损耗因子随着压电阻尼层厚度的增加逐渐增大,2mm、3.5mm、5mm、8mm厚的约束型阻尼结构一二阶结构损耗因子分别从0.19559提高到0.30171,0.15858提高到0.27529。各阶结构共振频率随着压电阻尼层厚度的增加逐渐降低。2mm、3.5mm、5mm、8mm厚的约束型阻尼结构一二阶结构共振频率分别从52.5Hz减小到41.5Hz,290Hz减小到220Hz。
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