超高分子量聚乙烯及其改性材料的消声减振性能研究

摘要

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种综合性能非常优越的热塑性工程塑料，它因为非常优异的消声减振性能被广泛应用于机械减振、人体髋关节置换和坦克等军事武器的底衬材料。但现阶段对UHMWPE消声减振机理的研究非常少，这限制了UHMWPE材料的进一步应用和改进。本文以此为背景，旨在提出一种明确的UHMWPE消声减振机理。
　　本文通过模压-烧结法制备了纯UHMWPE板、玻璃纤维增强超高分子量聚乙烯(GF/UHMWPE)复合板、聚四氟乙烯纤维增强超高分子量聚乙烯（PTFE纤维/UHMWPE）复合板、玻璃纤维和聚四氟乙烯纤维混合纤维增强超高分子量聚乙烯（GF/PTFE纤维/UHMWPE）复合板、石墨烯填充超高分子量聚乙烯(Graphene/UHMWPE)复合板、发泡石墨烯填充超高分子量聚乙烯（发泡Graphene/UHMWPE）复合板和交联UHMWPE板。通过对这些样板进行30MC甚高频能量全吸收测试、40～3800Hz频段吸声系数测试、40～4000Hz频段1/3倍频程中心频率隔声量测试，依据实验数据经分析研究得出结论:
　　(1)提出UHMWPE的“缠结”消声减振机理。即以缠结点双向受力消耗能量和缠结点处分子链摩擦生热耗能结合为主的吸声减振机理。根据UHMWPE和普通高密度聚乙烯30MC甚高频能量全吸收现象、UHMWPE吸声隔声性能以及UHMWPE分子结构式，排除了基团贡献分子理论，结合现有高分子材料消声减振机理、UHMWPE吸收冲击能机理和现有的UHMWPE分子链结构的描述提出了“缠结点”消声减振机理。
　　(2)在阻尼减振实验中，交联UHMWPE对甚高频波的敏感程度与纯UHMWPE相差不大。交联UHMWPE在40～400Hz内吸收的能量比纯UHMWPE多。在400～1250Hz和1250～3150Hz内变化不大。
　　(3)GF/UHMWPE材料比纯UHMWPE对甚高频波更敏感。GF/UHMWPE复合材料在40～1250Hz内吸收的能量减少了，在1250～3150Hz内吸收的声能变化不大。PTFE纤维/UHMWPE复合材料比纯UHMWPE对甚高频波更敏感。PTFE纤维/UHMWPE复合材料在40～2040Hz吸收声能的能力变化不大，在2040～3800Hz内吸收的声能增加了。与纯UHMWPE相比两种纤维增强的复合材料对甚高频波更敏感。混合纤维/UHMWPE在500～1250Hz内吸收的声能比纯UHMWPE少。在1250～3800Hz内吸收的声能变化不大。
　　(4)Graphene/UHMWPE复合材料对甚高频波更敏感。发泡石墨烯/UHMWPE在整个测试频段内与纯UHMWPE相比吸声能力变化不大。发泡石墨烯/UHMWPE复合材料比纯UHMWPE材料对甚高频波更敏感。石墨烯/UHMWPE复合材料与纯UHMWPE相比在40～1740Hz频率段内吸收的声能变化不大。在1740～3800Hz频率段内吸收的声能增多。
　　(5)实验中所测材料对甚高频波的敏感程度:纯UHMWPE=交联UHMWPE＜GF/UHMWPE＜PTFE/UHMWPE=石墨烯/UHMWPE=发泡石墨烯/UHMWPE＜混合纤维/UHMWPE=普通高密度聚乙烯。

目录

声明

摘要

1．1前言

1．2 UHMWPE的性能

1．2．1 UHMWPE的基本性能

1．2．2超高分子量聚乙烯的特殊性能

1．3 UHMWPE的分子结构

2高分子材料及UHMWPE吸能机理研究现状

2．1高分子材料的消声减振研究

2．1．1高分子材料的吸声机理研究

2．1．2高分子材料的减振机理研究

2．2超高分子量聚乙烯的消声减振性能

2．3超高分子量聚乙烯的抗冲击性能应用

2．4本论文研究的目的、意义和内容

2．4．1论文研究的目的和意义

2．4．2论文研究的内容

3实验

3．1实验原料

3．2实验仪器

3．2．1制备仪器

3．2．2测试仪器

3．3配方量的确定及各种工艺条件的确定

3．4实验流程

3．4．1复合材料的制备

3．4．2性能测试及表征

4 UHMWPE及其交联材料的消声减振性能

4．1 UHMWPE的消声减振性能

4．1．1吸声性能分析

4．1．2 UHMWPE和高密度聚乙烯减振现象

4．1．3 UHMWPE隔声性能分析

4．1．4 UHMWPE消声减振机理

4．2交联UHMWPE的消声减振性能

4．2．1描述模型

4．2．2减振性能分析

4．2．3隔声和吸声性能分析

5纤维增强UHMWPE的消声减振性能

5．1玻璃纤维增强UHMWPE的消声减振性能

5．1．1描述模型

5．1．2减振性能分析

5．1．3隔声和吸声性能分析

5．2聚四氟乙烯纤维增强UHMWPE的消声减振性能

5．2．1模型描述

5．2．2减振性能分析

5．2．3隔声和吸声性能分析

5．3混合纤维增强UHMWPE的消声减振性能

5．3．1模型描述

5．3．2减振性能分析

5．3．3隔声和吸声性能分析

6石墨烯填充UHMWPE及其发泡材料的消声减振性能

6．1．1模型描述

6．1．2减振性能分析

6．1．3隔声和吸声性能分析

6．2石墨烯填充UHMWPE发泡材料的消声减振性能

6．2．1模型描述

6．2．2减振性能分析

6．2．3隔声和吸声性能分析

7结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢