多孔覆膜铁尾矿砂阻尼新材料的制备及其颗粒阻尼与测试盒研究

摘要

把废弃铁尾矿砂作为阻尼资源再利用是一个全新的构想，作为颗粒阻尼器的填充体，提高其颗粒阻尼值是需解决的关键问题，本文找到了解决该关键问题的核心方法即对铁尾矿砂表面改性提高其摩擦系数和粘滞性。通过硅烷偶联剂对铁尾矿砂进行表面改性，使铁尾矿砂表面接枝上一层“-C=C”的亲油有机层；在苯乙烯-水的乳浊液体系中由于亲油层的存在，铁尾矿砂表面会更多地吸附苯乙烯包裹其表面，同时铁尾矿砂表面的有机层与苯乙烯发生共聚，成功制得多孔覆膜铁尾矿砂新阻尼颗粒。本文利用3D打印技术，以四种具有代表性树脂材料作为原料，精确制作了松散体阻尼损耗因子测试盒。通过损耗能正交实验寻找出最优匹配的松散体阻尼损耗因子测试盒，在本课题组前期工作的基础上，完善了通过动态热机械分析仪（DMA-Q800）对松散铁尾矿砂的阻尼性能测试方法；并借助该优化验证后的测试盒，探讨了铁尾矿砂阻尼材料在不同粒径，不同填充率下的阻尼损耗因子变化情况；在以不同种材料为改性剂的条件下，探讨了表面摩擦系数对铁尾矿砂阻尼性能的影响。本文研究得到如下全新的规律与结论： （1）用N,N-二甲基乙酰胺去除铁尾矿砂表面可能黏合的聚苯乙烯后，红外光谱仪测试发现在聚苯乙烯出峰位置，多孔覆膜铁尾矿砂有对应的峰出现，可说明聚苯乙烯在铁尾矿砂表面接枝成功。 （2）利用电镜观测了材料表面粗糙度，通过动态热分析仪（DMA）测试了其阻尼损耗因子，结果表明：多孔覆膜铁尾矿砂具有更粗糙多孔的表面且其阻尼损耗因子最大值为0.31（在应变振幅为72.24μm处），阻尼损耗因子较原铁尾矿砂提高了40%，相对于聚苯乙烯粉末提高29%。 （3）多孔覆膜铁尾矿砂的阻尼损耗因子在更小的振幅时就出现最大值，说明该材料能对较小的振幅时产生强烈的响应，在更低的驱动能量下就能有较好的阻尼耗能。 （4）通过表面改性可知颗粒阻尼材料的阻尼性能与表面摩擦系数有着重要的关系，表面摩擦系数越大的颗粒拥有更大的损耗因子。覆膜铁尾矿砂（表面摩擦系数为0.48）和原铁尾矿砂（表面摩擦系数为0.20）的摩擦系数数据表明，改变颗粒表面层材料可以有效地改变其摩擦系数。多孔覆膜铁尾矿砂的摩擦系数比未发泡覆膜铁尾矿砂的摩擦系数高0.13，这说明多孔表面有助于增加摩擦系数。 （5）利用聚苯乙烯中的发泡剂可将聚苯乙烯发泡形成粗糙多孔结构，是增大其表面摩擦系数的有效途径。 （6）通过正交实验分析发现相对于软质树脂，硬质树脂在测试中的表现更优，而在对比三种参数不同的硬质材料时发现所用VisiJet M3 TechPlast的性能匹配最好，且最佳的测试盒壁厚尺寸（水平面壁厚*垂直面壁厚）为：0.4mm*0.4mm。 （7）对于未表面改性的原铁尾矿砂，用于砂盒颗粒阻尼器时，在填充率为75%，粒径为160目-180目，振幅为90μm时出现最大损耗因子，最大值为0.39。

目录

第一章 绪论

1.1选题目的及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3课题的提出、完成的研究内容及创新点

第二章 实验部分

2.1使用原料试剂及仪器

2.2设备及仪器

2.3铁尾矿砂改性

2.4 DMA测试仪颗粒测试盒具制备

2.5傅立叶红外光谱仪表征

2.6扫描电子显微镜观测

2.7 摩擦系数测试

2.8材料的阻尼性能测试

第三章 铁尾矿砂颗粒阻尼材料测试及其参数影响

3.1 动态热机械分析仪测试盒法介绍

3.2 测试盒参数影响

3.3. 铁尾矿砂阻尼材料参数影响研究

3.4本章小结

第四章 改性铁尾矿砂的阻尼性能研究

4.1.引言

4.2物理涂覆改性数据分析

4.3化学接枝实验数据分析与讨论

4.4本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

作者在读期间科研情况说明

致谢

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