PMN-EP復(fù)合材料的制備工藝及其性能研究.pdf

1、0-3型壓電陶瓷/聚合物復(fù)合材料同時(shí)具有壓電陶瓷和聚合物兩相的優(yōu)點(diǎn)，是一種新型的功能材料。環(huán)氧樹脂具有剛性大以及耐腐蝕性、阻燃性和絕緣性好的特點(diǎn)，將壓電陶瓷和環(huán)氧樹脂復(fù)合，利用壓電陶瓷的高介電與壓電性能來改善環(huán)氧樹脂介電性能與阻尼性能，以此來拓展其在智能材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。 本文以環(huán)氧樹脂(EP)為基體，選擇高壓電性能的鈮鎂酸鉛(PMN)為功能填料，導(dǎo)電碳黑(CB)和鐵粉(Fe)為導(dǎo)電填料，采用澆鑄成型和壓制成型方法制備0-3型P

2、MN/EP復(fù)合材料。通過改變組分的組成，研究組成對(duì)PMN/EP復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電性能、介電性能和阻尼性能的影響，探討壓電效應(yīng)對(duì)阻尼性能的貢獻(xiàn)。 通過DSC確定了不同成型方法的固化劑用量及固化工藝。通過密度測(cè)試和結(jié)構(gòu)觀察表明，澆鑄成型比壓制成型制備的PMN/EP復(fù)合材料具有更高的致密度、更為均勻的顯微結(jié)構(gòu)和更好的界面粘結(jié)性。 導(dǎo)電性能分析表明，隨著導(dǎo)電相體積含量的增加，PMN/EP復(fù)合材料的電阻率迅速減??；隨著頻率的增加

3、，該材料的體電阻率遞減；當(dāng)PMN體積含量為30％時(shí)，CB的逾滲閾值是6.0％，F(xiàn)e的逾滲閾值大于6.0％。 介電性能分析表明，加入高介電PMN后，復(fù)合材料的介電性能優(yōu)于純環(huán)氧樹脂。隨PMN體積含量的增加，復(fù)合材料的介電常數(shù)增大。當(dāng)PMN體積含量高于40％時(shí)，隨著PMN顆粒粒度從0.65μm增大至150μm，復(fù)合材料的介電常數(shù)從18.64增大至36.39，介電損耗從0.016增大至0.091；當(dāng)PMN含量為30％時(shí)，隨著導(dǎo)電相體積

4、含量的增加，復(fù)合材料的介電常數(shù)和介電損耗呈非線性增大。介頻譜結(jié)果表明，在10<'2>-10<'6>Hz頻率范圍內(nèi)，PMN/EP復(fù)合材料的介電常數(shù)均隨著頻率的增大而減小。高頻下，復(fù)合材料的介電常數(shù)穩(wěn)定性較好。隨著PMN體積含量的增加，隨著PMN顆粒粒度的增大或處于導(dǎo)電相逾滲閾值時(shí)，復(fù)合材料的介電常數(shù)隨頻率的增加下降越明顯。介溫譜結(jié)果表明，與PMN相比，PMN/EP復(fù)合材料在25℃-150℃范圍內(nèi)具有良好的溫度穩(wěn)定性。 阻尼性能分析

5、表明，由于PMN壓電效應(yīng)對(duì)阻尼性能的貢獻(xiàn)，PMN/EP復(fù)合材料的綜合阻尼性能優(yōu)于相同含量的ZrO<,2>/EP復(fù)合材料。在相同外力頻率下，隨著PMN體積含量的增加，阻尼性能呈非線性變化，當(dāng)PMN體積含量為30％時(shí)，阻尼性能最佳。隨著PMN陶瓷顆粒度的減小，復(fù)合材料的阻尼性能提高，當(dāng)顆粒度為7-35μm時(shí)，阻尼性能最佳。隨著導(dǎo)電相含量的增加，復(fù)合材料的最大阻尼損耗因子減小，當(dāng)導(dǎo)電相含量在0.5％-4.0％時(shí)，F(xiàn)e比CB對(duì)阻尼性能的提高更加