导电阻尼复合材料的制备及其在阻尼钢板中的应用研究

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阻尼钢板已被广泛应用于降低汽车噪声及机械噪声,是一种约束阻尼结构,能够有效地消耗结构在机械振动作用下的能量,从而产生减振降噪效果。由于夹层中粘弹性阻尼材料本身具有绝缘、不导电的特性,因此在焊接过程中出现无电流构成回路及存在不易形成焊接熔合的问题。如何制备高导电性、低导电填料填充量的粘弹性复合材料,实现阻尼钢板的多功能化,具有重要的研究意义。本论文首先选取表面活性剂对导电石墨进行改性,以改性后导电石墨作为填料,粘弹性阻尼材料为基体,通过原位聚合方法制备了两相导电阻尼复合材料;对改性后导电石墨的分散性进行宏观沉降观察和微观光镜观察,并对导电阻尼材料进行力学性能、DMA、SEM及FTIR分析。其次,研究了三种制备工艺参数对导电阻尼钢板的导电性和力学性能的影响,并通过正交实验方法对制备工艺参数影响导电性的大小进行分析研究。最后,研究了三种制备工艺参数对导电阻尼钢板阻尼性能的影响,并通过正交实验方法对制备工艺参数影响阻尼性的大小进行分析研究。主要研究结论如下:(1)表面活性剂可以明显改善导电石墨的分散性,其中PVP/导电石墨最佳比值为25%的分散效果最佳,CTAB/导电石墨最佳比值为5%和SDBS/导电石墨最佳比值为30%的分散效果相对较差,但它们均能保持60h不发生沉降,稳定性比较好。因此选取PVP/导电石墨比值为25%对粘弹性阻尼材料进行改性。(2)导电石墨可以有效改善导电阻尼复合材料的力学性能。在导电石墨含量为7wt%时,拉伸强度、断裂伸长率及撕裂强度均取得最大值分别为12.03MPa、442.83%和48.21kN.m-1;SEM表征发现,导电石墨含量为7wt%时,分散性较好,导电石墨含量过高或过低均不利于其在粘弹性阻尼材料基体中的分散;红外分析中得出改性后的导电石墨并没有发生官能团变化,仅改变导电石墨表面的吸附能力,从而有效改善导电阻尼复合材料的性能;通过DMA测试发现添加导电石墨使复合材料的储能模量和损耗模量均得到有效提高,在相同频率下,粘弹性阻尼材料和导电阻尼复合材料的储能模量都会随着温度的升高而降低,损耗因子也相应地出现先升高后降低的趋势。(3)制备工艺对导电阻尼钢板的导电性及力学性能具有较大影响。当导电石墨含量为7wt%、共混时间为5min,搅拌速度为100r/min时,改性或未改性的导电阻尼钢板的体积电阻率对数值均最小,分别为3.3和6.8;剪切强度和剥离强度均取到最大值,分别为1.36MPa、1.32MPa、37.66N/cm和35.8N/cm。制备工艺参数对导电阻尼钢板的导电性影响比较大而对力学性能的影响相对较小。通过优化导电参数可以发现对导电性能影响力的大小依次为:导电石墨含量>共混时间>搅拌速度,正交试验中的最佳制备工艺参数为导电石墨含量为7wt%、共混时间为5min、搅拌速度为50r/min,此时导电性能最佳。(4)制备工艺对导电阻尼钢板的阻尼性能也存在一定的影响。当石墨含量为7wt%、共混时间为5min,搅拌速度为100r/min时,改性或未改性的导电阻尼钢板的复合损耗因子取到最大值,分别为0.1964和0.1802,振动加速度级最小,分别为52.05dB和54.51dB,此时阻尼效果最好。通过优化参数对阻尼性能影响力的大小依次为:搅拌速度>导电石墨含量>共混时间。正交试验中最佳制备工艺参数为导电石墨的含量为7wt%、搅拌速度为200r/min和共混时间为5min,此时阻尼性能最好。综上所述,通过对导电阻尼复合材料的制备及其在阻尼钢板中的应用研究,可为今后导电阻尼复合材料最佳的制备工艺参数提供参考价值,并为导电阻尼钢板的性能研究提供数据支持。
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