环氧树脂基压电复合材料阻尼性能研究及应用分析

摘要

阻尼材料由于具有变形耗能的性质，被广泛应用于现代航空、航天、航海、交通运输、大型机械等领域控制宽频带随机噪声激励产生的振动和噪声。在阻尼材料的发展和研究中，压电阻尼材料因其新的能量和损耗机制以及可能实现部分或完全的主动阻尼控制而受到越来越多的关注。
　　 本文以双酚A型环氧树脂(EP)为基体、铌镁锆钛酸铅(PMN)为压电相、导电炭黑(CB)为导电相，采用树脂浇注成型方法制备了0-3型压电相/导电相/环氧树脂复合材料。通过改变各组分的组成，研究组成对PMN/CB/EP复合材料的阻尼性能的影响，采用DMA和DASP测试材料的阻尼性能。确定阻尼性能最佳的配比，并以此配比的复合材料作为阻尼层，制备船体承重轴承模型构件，测试其阻尼性能得到相关工程参数。通过测试与分析本文得到如下结论：
　　 1.本文采用10％多乙烯多胺(质量比)与30％聚酰胺混合固化体系，对CYD-127环氧树脂进行固化，得到的固化产物的损耗因子达到0.82。固化条件为常温固化4h，100℃后固化2h。
　　 2.通过浇注成型工艺制备了0-3型PMN/EP复合材料，对其阻尼性能测试发现：由于PMN压电效应对阻尼性能的贡献，PMN/EP复合材料的综合阻尼性能优于纯环氧固化产物。随着PMN体积含量的增加，阻尼性能呈非线性变化，当PMN体积含量达到20％时，PMN/EP复合材料的βmax、TA和ΔT达到最大，材料的阻尼性能最好。
　　 3.通过浇注成型工艺制备0-3型PMN/CB/EP复合材料，当炭黑含量(质量比)为6％时，PMN/CB/EP复合材料阻尼性能达到最佳。
　　 4.构建了模拟船体承重轴承的模型，以PMN/CB/EP复合材料作为阻尼层材料，制备了压电复合材料结构试件。
　　 5.复合材料结构试件的一阶固有模态的结构阻尼因子为0.4156，振级落差在4.64～16.79dB，插入损失在6.32dB～18.02dB，PMN/CB/EP复合材料在复合阻尼结构体系中发挥了较好的阻尼作用，使得复合结构试件具有较好的阻尼效果；而单一钢材料结构试件的振级落差在0.69～1.72dB，因为金属材料的阻尼因子很小，结构体系阻尼性能较差。