摘要：阻尼材料是将固体振动能转变为热能,以而达到制约振动和降低噪声的目的,这种减振降噪技术广泛运用于汽车、航空和船舰等领域中。目前,高分子阻尼材料多为橡胶类聚合物,此类阻尼材料虽然具有较优的阻尼性能,但是力学强度差,而环氧树脂因其具有优异的力学性能,作为新一代的结构阻尼材料成为探讨的热点。但是纯的环氧树脂阻尼性能差,由此加入压电相和导电相,引入多重能量耗散机制增强环氧树脂的阻尼性能受到了广泛的关注。然而各相对总体阻尼性能的贡献比例尚不明确。本论文采取铌镁锆钛酸铅(PMN),碳纳米管(CNTs)和环氧树脂(EP),制备了0-3型PMN/CNTs/EP压电阻尼复合材料；重点浅析了导电相CNTs和压电相PMN对阻尼性能的贡献比例,并建立了系统导电率与阻尼性能的匹配联系。首先,以CNTs为导电相,探讨了CNTs对CNTs/EP阻尼复合材料的阻尼性能的影响。采取不改性、混合酸和偶联剂改性的策略,得到三种不同的CNTs (CNTs-Pristine, CNTs-COOH, CNTs-Silane),构建其与EP界面间三种不同的结合强度(范德华力,弱的界面共价结合,强的界面共价结合)。结果表明：范德华力使CNTs-Pristine与EP相容性差,CNTs-Pristine团聚严重,分散性较差；弱的界面共价结合使CNTs-COOH与EP相容性较好,CNTs-COOH/EP分散性得到一定改善；强的界面共价结合使CNTs-Silane与EP相容性最好,CNTs-Silane在EP中分散性最好。由阻抗浅析知,CNTs-Pristine/EP由于CNTs团聚严重,导电性能差；CNTs-COOH/EP导电性能最好；由于CNTs-Silane表面包覆有偶联剂,阻碍电子传导,CNTs-Silane/EP导电性能差。比较三种复合材料,CNTs-Silane/EP的阻尼性能最好,损耗因子峰值达到最大值(0.620),CNTs-COOH/EP的阻尼性能次之,CNTs-Pristine/EP最差。综合考虑导电性能(在0-3型压电阻尼复合材料中,CNTs应具备良好的导电性能,将压电效应转化的电能通过导电相以热能的形式耗散)和阻尼性能,得出最佳导电相为CNTs-COOH.其次,以PMN为压电相,探讨了PMN对PMN/EP复合材料阻尼性能的影响。结果表明,随PMN含量的增加,PMN/EP阻尼性能先增强后减弱,当PMN含量为20wt.%,损耗因子峰值达到最大值(0.559)；当PMN含量为20～60wt.%时,损耗因子峰值均大于EP的阻尼性能(0.420)；当PMN含量过高或过低时,其阻尼性能增强不显著。由此,压电相采取PMN含量为20wt.%和60wt.%。最后,以CNTs-COOH为导电相,PMN为压电相,选择PMN含量分别为20wt.%和60wt.%,探讨导电相和压电相对PMN/CNTs/EP复合材料阻尼性能的影响。20wt.%PMN/CNTs/EP阻尼复合材料,当CNTs含量为0.6wt.%时,电阻率为107～108Ω.cm,最大损耗因子没有出现最优值；60wt.%PMN/CNTs/EP阻尼复合材料,当CNTs含量为1.0wt.%时,电阻率为107～108Ω.cm,最大损耗因子出现最优值。结果表明,20wt.%PMN/CNTs/EP阻尼性能受压电效应的影响不显著,PMN与基体和CNTs与基体之间界面效应对阻尼性能增强占主导作用,最大损耗因子峰值为0.653,其中CNTs引入对阻尼性能的贡献约占25%,PMN引入对阻尼性能的贡献约为10%,而基体粘弹性的贡献约占65%。60wt.%PMN/CNTs/EP复合材料电阻率大于108Ω.cm时,PMN压电效应转化的电能不能通过CNTs以热能的形式耗散,压电效应对阻尼性能增强不显著；当电阻率在107～108Ω.cm时,损耗因子峰值陡升为0.683,PMN的压电效应和界面效应以及CNTs的界面效应共同影响了材料的阻尼性能,其中CNTs引入对阻尼性能的贡献约占16%,基体粘弹性约占62%,PMN引入对阻尼性能的贡献约占总阻尼性能的22%；当电阻率小于107Ω.cm,电能不能有效耗散,此时PMN与基体和CNTs与基体界面效应对压电阻尼复合材料的阻尼性能增强占主导地位。关键词：碳纳米管论文压电相论文导电相论文阻尼性能论文压电阻尼论文
中文摘要4-6
Abstract6-10
第1章 绪论10-23
1.1 概述10
1.2 聚合物基材料阻尼性能10-13
1.2.1. 聚合物基阻尼材料介绍10-11
1.2.2. 环氧树脂基阻尼材料的阻尼增强11-13
1.3 碳纳米管/环氧树脂复合材料的阻尼性能13-16
1.3.1 碳纳米管的分散性改善14-15
1.3.2 碳纳米管/环氧树脂复合材料的阻尼机理15-16
1.4 压电相/导电相/聚合物压电阻尼复合材料16-21
1.4.1 压电阻尼复合材料的进展历程17-18
1.4.2 压电相/导电相/聚合物压电阻尼复合材料的探讨进展18-21
1.5 本论文工作的提出21-22
1.6 本论文探讨目的和探讨内容22-23
第2章 CNTs/EP阻尼复合材料的制备、界面结合及其性能23-43
2.1 前言23
2.2 实验与测试23-27
2.2.1 实验原料23-24
2.2.2 实验设计与工艺流程24-26
2.2.3 测试策略26-27
2.3 结果与讨论27-41
2.3.1 CNTs表面化学改性27-30
2.3.2 CNTs/EP阻尼复合材料的显微结构30-33
2.3.3 CNTs/EP阻尼复合材料的电学性能33-35
2.3.4 CNTs/EP阻尼复合材料的阻尼性能35-41
2.4 小结41-43
第3章 PMN/EP阻尼复合材料的制备及其阻尼性能43-50
3.1 前言43
3.2 实验与测试43-46
3.2.1 实验原料43-45
3.2.2 实验设计与工艺流程45-46
3.2.3 测试策略46
3.3 结果与讨论46-49
3.3.1 PMN/EP阻尼复合材料的显微结构46-47
3.3.2 PMN/EP阻尼复合材料的阻尼性能47-49
3.4 小结49-50
第4章 PMN/CNTs/EP压电阻尼复合材料的制备、性能和阻尼机制量化浅析50-67
4.1 前言50
4.2 实验与测试50-52
4.2.1 实验原料50-51
4.2.2 实验设计与工艺流程51
4.2.3 测试策略51-52
4.3 结果与讨论52-65
4.3.1 PMN/CNTs/EP压电阻尼复合材料的显微结构52-53
4.3.2 PMN/CNTs/EP压电阻尼复合材料的电学性能53-56
4.3.3 PMN/CNTs/EP压电阻尼复合材料导电性能与阻尼性能的匹配56-59
4.3.4 PMN/CNTs/EP压电阻尼复合材料多重能量耗散机制59-63
4.3.5 PMN/CNTs/EP压电阻尼复合材料阻尼机制量化浅析63-65
4.4 小结65-67
第5章 结论67-68
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