聚氨酯基压电阻尼复合材料阻尼性能的研究.pdf

研究·开发弹性体C，H20IN12A—02—E2L5A，2S2T(O1)M：3E5R~IC37S

聚氨酯基压电阻尼复合材料阻尼性能的研究*

张一飞，文庆珍，朱金华一，余超，程清
(海军工程大学化学与材料系，湖北武汉430033)

摘要：用绝缘电阻测试仪研究了以聚氨酯(PPG2000)为基体材料，锆钛酸铅(PZT)为压电填料，
导电炭黑(CB)为导电填料的压电复合阻尼材料的导电性能。以渗流理论分析了对于PPG2000导电炭
黑的渗流阈值，以及PZT的加入对导电炭黑渗流阈值的影响。采用动态力学性能分析(DMA)技术对聚
氨酯压电陶瓷复合阻尼材料的阻尼性能进行研究，分析了导电性能对其阻尼性能的影响。
关键词：聚氨酯；导电炭黑；锆钛酸铅；导电性；渗流阈值；阻尼性能
中图分类号：TQ323文献标识码：A文章编号：1005—3174(2012)01—0035—03

以高分子材料为基体制作的阻尼材料减振降导电性能会随着CB填充量的增加而增加，在CB
噪效果较好，研制工艺比较成熟，因此应用最为广填充量质量分数为0．45％～0．51时，其电导率
泛_】]。但其阻尼机理基于粘弹阻尼，阻尼性能强会有近1O次方的增大。梁瑞林等_4]研究了
烈依赖于材料的玻璃化温度，从而随环境温度、振PZT／氯化丁基橡胶复合体系tan随PZT含量、
动频率等外部因素变化较大，阻尼性能的稳定性颗粒度的变化情况。研究发现tan与PZT含量
难以控制。鉴于对阻尼材料功能结构一体化及对的变化曲线与抛物线相类似，当PZT质量分数为
各种复杂环境(环境温度变化较大、振动频率复杂0．72～108时，tan最大值为1．3；PZT颗粒
等)的适应能力的要求，人们开发了智能阻尼材度为1～3m时，提高阻尼性能作用最好。
料。其中最典型的一种就是压电阻尼复合材料。以高分子材料为基体，添加压电陶瓷和导电
目前人们在压电复合材料的研究领域中，主要工
填料为压电相和导电相制作的阻尼复合材料不仅
作还是放在了压电陶瓷填料的种类及用量、导电可以通过高分子的粘弹性损耗振动能，同时，压电
填料的种类及用量对阻尼性能的影响方面。
陶瓷也会将一部分振动能转化为电能然后通过材
Sumita等_2]在聚偏氟乙烯(PVDF)中分别加入锆
料内部的微电流将其最后转化为热能损耗掉。但
钛酸铅镧(PLZT)和锆钛酸铅(PZT)，相同条件下
是，如果由压电陶瓷产生的电能不能顺利通过导
PLZT体系的阻尼减振性能优于PZT体系，由此
电相形成的导电网络消耗掉，就会产生逆压电效
得出使用高压性能的压电陶瓷可使复合体系具有
应再次转化为振动能l6]。因此，要使压电效应产
较高的压电性能，有利于复合体系的阻尼性能提
生较好的阻尼效果则需要通过向高分子材料中加
高。此外，陶瓷的退火及表面处理和粒径对其压
入导电相，使其导电性能得到改善。本文选取了
电性能也有较大影响。M．Horid等l3制备了
CB为导电填料，PZT为压电填料，聚氨酯预聚物
PZT、导电炭黑(CB)及环氧树脂(EP)组成的压电
(PPG2000)为基体，用二步法制备了聚氨~／CB／
复合材料。实验结果表明，EP／CB／PZT体系的
PZT压电复合材料，研究了CB和PZT的用量对
收稿日期：2011—09—31压电复合材料导电性能的影响规律，并确定了最
作者简介：张一飞(1987一)，男，山东日照人，硕士研究生，
主要从事高分子材料研究工作。佳配方。采用动态力学性能分析(DMA)技术研
*基金项目：总装维改项目；总装预研基金项目。
**通讯联系人究了材料的阻尼性能。
·36-弹性体第22卷

从图1可以看出随着CB添加量的增加，复
1实验部分
合体系的电阻率呈下降趋势。并且在体系中添加
1．1主要原料少量的CB时体系的电阻率迅速减小，CB含量越
PPG2000：NCO质量分数为5．O，麻城降大，电阻率越小。当CB添加质量分数从0～
噪材料厂生产；3，3'-二氯一4，4'-二氨基二苯基甲4变化时，复合体系的电阻率从3．2×1OnQ·
烷(MOCA)：苏州市湘园精细化工有限公司；CB：m减小至6．3×1OQ·m。而当CB的添加质量
湖北兴银河化工有限公司；PZT：淄博宇海有限公分数在39／6～7之间变化时，复合材料的电阻率
司；消泡剂：上海德谦化学有限公司；邻苯二酸二保持基本不变。
丁酯：天津凯通化学试剂有限公司。
1．2实验设备
绝缘电阻测试仪：YD268，常州市扬子电子有
限公司；动态热机械分析仪：DMTAIV，美国流
变科学仪器公司；电热恒温鼓风干燥箱：DHG
9145A，上海一恒科技有限公司。
1．3试样的制备
称取一定质量的CB、PPG2000、PZT，置于容
器中，常温下搅拌10min，然后将搅拌过的混合物
用三辊机混合2遍。在三辊机处理过的混合物