阻尼PU/PZT压电陶瓷复合材料制备及吸声性能研究

摘要

噪声污染问题已成为严重危害人类健康的三大环境污染问题之一。高效吸声降噪材料的开发是解决这一问题的关键。聚合物压电陶瓷复合材料是一种新型的功能材料,以其力学强度高、耐环境能力强、吸声性能优异而成为吸声减震材料研究热点和发展方向。因此,开展这类材料的研究对解决噪声污染问题具有重要意义,本文针对 PU(聚氨酯)/PZT(锆钛酸铅)压电陶瓷进行了结构设计制备及吸声降噪性能研究。
　　从分子结构角度出发,设计了一种含有柔性聚丙二醇(PPG)主链和长链侧基的T型结构高分子链段,以PPG为软段、TDI为硬段,采用预聚体工艺制备了阻尼性能优异的聚氨酯材料。DMA(动态热机械分析)分析表明材料的阻尼温域宽达60℃(-40-20℃),阻尼损耗因子tanδ最大值达到0.62。DSC(差示扫描量热)研究表明随着预聚体游离-NCO含量的增加,硬段的结晶熔融峰变大,体系硬段含量增加。同时,系统的探究了PPG分子量、交联剂种类及预聚体-NCO含量对材料力学性能的影响规律。
　　优化了传统两步混合物氧化法制备PZT压电陶瓷的工艺,改进的两步混合物氧化法烧结工艺使PZT压电陶瓷的烧结温度由1250℃降低到900℃。XRD(X射线衍射)研究表明制备的 PZT压电陶瓷呈钙钛矿单相结构;SEM(扫描电镜)研究表明材料内部结构致密,晶粒生长完全;极化工艺研究表明PZT压电陶瓷的压电常数达到267.3pC/N。
　　采用原位聚合工艺制备了PU/PZT复合材料,研究了PZT陶瓷粉体的表面性质和含量对复合材料性能的影响,SEM分析表明表面改性后的 PZT陶瓷粉体与PU界面结合良好,PZT在聚氨酯中均匀分散的最大量达到30wt％;DMA研究表明20wt%PZT陶瓷粉体的加入拓宽了聚氨酯的阻尼温域(70℃),阻尼损耗峰移向高温;拉伸性能测试表明材料的拉伸强度提高了57.01%,热失重分析表明材料的热分解温度提高了30℃。
　　将PU阻尼吸声机理和PZT陶瓷压电吸声机理进行有效结合,形成宽频带吸声材料结构。驻波管法测试结果表明,阻尼 PU在中低频吸声性能良好,特别是在低频范围内表现的更为优异;PZT压电陶瓷和 MWCNTs导电相的加入进一步提高了 PU/PZT复合材料的吸声系数,PU/PZT复合材料在250Hz的吸声系数达到0.55,在125-4000Hz频率范围内的平均吸声系数达到0.48,相对于阻尼PU分别提高了285.4%和48.8%,解决了材料普遍吸收低频声波能力差的难题。
　　为了提高材料在宽频音域的吸声性能,论文设计研究了压电材料 PU/PZT与多孔材料 PU泡沫复合结构材料的吸声性能,结果表明,这种新型吸声结构复合材料125-4000Hz的宽频范围内吸声性能优异,平均吸声系数相对于PU/PZT复合材料提高了15.5%,达到0.56。根据声波与复合材料的作用方式和能量转化形式,对复合材料的吸声机理进行了探讨。

目录

阻尼PU/PZT压电陶瓷复合材料制备及 吸声性能研究

PREPAPATION OF PU/PZT PIEZOELECTRIC COMPOSITES AND RESEARCH ON PROPERTIES OF SOUND ABSORPTION

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题研究目的与意义

1.2 吸声材料种类与特点

1.3 聚合物压电复合材料研究现状

1.4 课题研究内容

第2章 实验部分

2.1 实验材料与设备

2.2 试样制备

2.3 性能表征

第3章 PU阻尼性能及PZT压电性能结果分析

3.1 阻尼聚氨酯结构设计与性能研究

3.2 PZT压电陶瓷制备工艺与性能研究

3.3 本章小结

第4章 PU/PZT 复合材料性能研究

4.1 PZT表面改性对分散性的影响

4.2 PU/PZT复合材料阻尼性能研究

4.3 PZT含量对复合材料力学性能影响

4.4 PU/PZT复合材料的吸声性能研究

4.5 吸声机理分析

4.6 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致 谢