[发明专利]一种压电导电环氧树脂复合阻尼材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种环氧树脂复合阻尼材料，进一步地说，是涉及一种结合了高分子材料粘弹阻尼特性及压电、导电材料电效应的环氧树脂复合阻尼材料及其制备方法。 

背景技术

阻尼减振降噪技术是有效控制振动和噪声得途径之一，阻尼材料的研究和应用越来越重要。高分子材料具有弹性和粘性双重特性，在交变应力(如振动)作用下发生高弹形变时，分子链间的运动在适当的温度和频率条件下具有显著的形变滞后于应力变化的特点，这种滞后的形变运动要克服很大的阻力而做功，所做的功转化为热能而耗散于周围环境中，这就是具有粘弹性的高分子材料可以用来做阻尼材料的原因。 

在高分子材料中添加无机填料也可以改善聚合物的动态力学性能，增加其损耗因子，调节其玻璃化转变温度，扩展其适用温度范围。无机填料的主要作用也是能增加材料的应变及耗损能量能力，能限制分子的运动，填料粒子相互接触时粒子间产生摩擦，同时粒子与高分子界面也存在摩擦，从而增加了材料的能量损耗。 

而当填料中有压电、导电材料时，在外力下，压电材料发生形变，在某些对应表面产生符号相反的电荷，实现从机械能向电能的转化；导电材料再将电能转化为热能，从而最终实现机械能向热能的转化。 

新兴的压电阻尼材料就是在高分子材料中加入压电材料和导电材料的填料，其阻尼机理则是多重能量转换机制，其减振能力是几种能量耗散途径的综合：当材料受到振动时，高分子的粘弹性行为将部分机械能转化为热能；填料 和基体之间以及填料之间的界面摩擦可以损耗部分机械能；压电陶瓷将部分机械能转化为电能，电能再通过导电网络转化为热能。 

目前国内外主要使用的压电填料有晶体、半导体、压电陶瓷材料、高分子压电材料等。其中压电陶瓷的压电性能最好，而且具有比较好的力学性能。锆钛酸铅(PZT)、钛酸钡(BaTiO3)、锆钛镧酸铅(PLZT)都具有比较高的压电常数，也是在压电阻尼材料中常使用的压电陶瓷。常见的导电填料可分为金属类填料和非金属类填料。金属类填料主要由银、铜、镍和铝的粉末、箔片、丝和纤维等。非金属填料常用的有碳黑、石墨、石墨纤维和碳纤维及金属氧化物等。高分子压电材料中聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、聚氯乙烯(PVC)都是具有一定压电性的高分子压电体。张惠萍等人(张惠萍，晏雄，董跃清，PVDF/PZT/CB高分子复合材料的介电耗能机制[J].高分子材料科学与工程，2004，20(2)：209-212)以PVDF为基体材料，以PZT和CB为压电相和导电相，通过混炼热压成形法制备了一种新型减振复合材料。Hori等(Hori M，Aoki T，Ohira Y等.压电陶瓷，碳黑和环氧树脂的新型复合机械阻尼材料[J].复合材料，2001，32：287-290)以PZT压电陶瓷微粒为填料，与环氧树脂复合制得PZT高分子复合膜，并使其极化产生压电性。研究结果表明，该复合材料的吸声性能增加。如果再加入一定量的导电碳黑填料，材料的吸声效果更佳。梁瑞林等人(梁瑞林，常乐，高超等.压电陶瓷废料在阻尼减振材料中的应用[J].再生资源研究，2004(2)：37-38)对压电陶瓷PZT废料在阻尼沥青中的应用进行研究发现，在碳黑掺杂量固定在3％的情况下，随着压电陶瓷粉体掺杂量的增加，沥青的一阶阻尼损耗因子单调增加。 

将高分子材料与压电陶瓷粉末进行复合制成压电复合材料，克服了压电陶瓷材料密度高，脆性大，不易制成大平面薄片或复杂形状的缺点。压电陶瓷粉末颗粒与聚合物的压电复合材料，是0-3型压电复合材料，即压电陶瓷粉末分散于三维连续的聚合物基体中形成的复合材料。具有易于制成各种形态，如薄片、柱状、纤维状以及可浇铸成型等；易于制造，适于大量生产；可制成弹性体从 而适应弯曲状态下使用等优点，同时也使得高分子材料的阻尼性能得到改善。然而做为阻尼材料基材的高分子阻尼材料的减振效果对环境温度和振动频率有很大的依赖性，使得阻尼材料的减振效果仍然不理想。而且压电填料和导电填料的加入，也会使得阻尼材料本身的力学性能如韧性等受到影响而下降。 

发明内容：