硬磁颗粒掺杂型磁敏弹性体制备及磁致特性研究

摘要

磁敏弹性体由微米或纳米量级的磁性粉末与高聚物复合而成，外加磁场可控的刚度与阻尼特性使其在隔振降噪领域具有潜在工程应用价值。目前磁敏弹性体的相关研究几乎全部集中于软磁弹性体上，硬磁弹性体及其磁致特性研究非常少，仍处于起步阶段。针对硬磁填充型磁敏弹性体制备与磁控力学性能认识不足的现状，本文对其开展制备方法与磁致特性研究，为开发新型的磁控力学性能材料提供理论基础。与此同时，考虑到传统磁敏弹性体存在机械强度不高的缺陷，利用硬磁颗粒零场下的剩磁，提出一种补强的新思路以拓宽磁敏弹性体的应用范围。论文以硅橡胶为载体，将钕铁硼粉分散其中，研究其磁致力学特性。另外，将钕铁硼粉掺杂于软磁填充型磁敏弹性体中，研究其补强作用与磁致力学特性。具体工作如下：
　　①介绍了磁敏弹性体的研究现状，并对目前仅有的少数硬磁填充型磁敏弹性体的磁致特性相关研究进行了分析，针对其缺乏系统研究的现状，提出了课题研究的意义与内容。
　　②根据硬磁材料的性能，确立了填充颗粒的选取原则，并选取了填充材料、基体材料和添加剂材料。基于传统磁敏弹性体的制备工艺，提出了硬磁掺杂型磁敏弹性体的制备方法。采用硅橡胶、钕铁硼粉、羰基铁粉、增塑剂、硅烷偶联剂为主要成分制备了一系列不同配比、不同充磁强度及预结构化的样品。
　　③采用 VHX-600光学数码显微镜分别对硬磁填充型、混合颗粒填充型磁敏弹性体进行了微观结构观察，发现预结构化与充磁分别得到各向异性与各向同性两种结构，即充磁并未影响其微观结构。采用VersaLab振动样品磁强计分别对硬磁填充型、混合颗粒填充型磁敏弹性体进行了磁化特性测试。结果表明，充磁改变了磁学性能，充磁强度增加提高了其在零场下的剩磁。
　　④分析了粘弹性材料的力学性能表征参数及表征系统的测试原理，采用MCR-301流变仪对硬磁填充型磁敏弹性体的磁致力学性能进行测试，并对影响其磁致力学性能的微观结构、硬磁颗粒含量、增塑剂、硅烷偶联剂等诸多因素进行讨论分析。发现充磁样品的磁致力学性能表现出对磁场方向的依赖性。另外，将硬磁颗粒掺杂于软磁填充型磁敏弹性体中，讨论其补强作用。结果表明，适当添加硬磁颗粒、增大充磁可在一定程度上提高混合颗粒填充型磁敏弹性体的初始模量及磁致模量。
　　⑤研究了硬磁填充型、混合颗粒填充型磁敏弹性体力学性能对应变、频率的依赖性，并分别讨论了磁场强度与充磁强度对其应变、频率依赖性的影响。结果表明磁场强度与充磁强度的增加对硬磁 MAE线性粘弹区的拓宽有一定帮助，但对混合MAE的影响不大。磁场强度与充磁强度的增加使得硬磁MAE对频率的依赖性下降，但对混合MAE影响不大。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 磁敏智能材料简介

1.2 磁敏弹性体

1.3 本文研究意义及内容

1.4 本章小结

2 磁敏弹性体基本材料和制备

2.1 磁敏弹性体原材料

2.2 磁敏弹性体制备工艺

2.3 磁敏弹性体样品

2.4 本章小结

3 磁敏弹性体基本性能表征

3.1 磁敏弹性体微观结构表征

3.2 磁敏弹性体磁学性能表征

3.3 磁敏弹性体力学性能表征

3.4 本章小结

4 磁敏弹性体磁致力学性能测试与分析

4.1 硬磁颗粒填充型MAE磁致力学性能测试与分析

4.2 混合颗粒填充型MAE磁致力学性能测试与分析

4.3 本章小结

5 不同测试条件对磁敏弹性体力学性能的影响

5.1 磁敏弹性体力学性能对应变幅值的依赖性

5.2 磁敏弹性体力学性能对频率的依赖性

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 本文特色

6.3 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录：

B. 作者在攻读学位期间参加的科研项目

C. 作者在攻读学位期间申报专利目录