P82/EP复合材料动态力学性能研究

    压电陶瓷材料由于具有脆性大、成型加工困难、不能获得任意形状以及耐冲击性较差等缺点,其应用受到限制。而另一方面,一些聚合物如聚偏氟乙誉烯(PVDF)则具有密度低、柔性好、阻抗低等优点,但存在压电常数低,使用温度低以及极化困难等缺点。为了克服上述两者的不足,人们研究发展了压电陶瓷/聚合物复合材料,使其具有强的压电性和介电性、脆性低、密度低、易制得大面积薄片以及复杂形状制品、制造工艺简单等优点L1-4J。本文选择
P82压电陶瓷填充环氧树脂,制备P82/EP复合材料,并对该材料进行动态力学性能研究。
1实验部分
1.1原材料与设备
    实验所用原材料为压电陶瓷,P82,淄博宇海电子陶瓷有限公司;环氧树脂,CYD127,岳阳石化环氧树脂厂;聚醚胺T403,分析纯,武汉宏大化学试剂厂。
    实验所用设备为BS210S电子分析天平QM-SB球磨机;动态力学分析仪DMA7/7 e .
1.2试样制备与测试
    实验采用浇铸成型。将P82 , CYD127按不同体积比混合均匀,加人聚醚胺,然后注入模具中,常温固化,80℃后固化3h。浇铸模具尺寸为50 x 10 x1.5mm。
     用动态力学分析仪DMA7/7e对试样采用三点弯曲模式进行测试。外加应力为SOOMN、1000mN,2000mN;应力频率为0. 1 Hz, l Hz、lOHz;升温速度3℃,从室温到180℃。
2结果与讨论
2.1 P82体积含量的影响
    图1所示为交变应力为1000mN,1 Hz频率下,不同P82体积含量的P82/EP复合材料损耗因子随温度的变化曲线。将图1中主要参数整理归纳于表1中。


    对于颗粒填充聚合物复合体系来说,复合体系的动态力学性能受填充体的含量影响。相对于聚合物体系来说,压电陶瓷/聚合物复合体系的内耗较低。由于填料填充聚合物复合体系,填料的加人使体系的自由体积减少,体系粘度变大,同时,填料颗粒在聚合物基体中的不均匀分散,导致大分子链运动能力下降,减少分子链间的磨擦损耗,其终结果是表现在复合体系的内耗下降。随着压电陶瓷含量的增加,复合体系内耗增大,聚合物间磨擦损耗。当P82含量较高时,由于压电陶瓷颗粒的摩擦损耗以及颗粒与聚合物之间摩擦损耗的能量对复合体系的贡献增加,占有一定比例,复合体系的能量损耗也随之增加。因此,损耗因子tanδmax先减小,后增大。
    P82/EP复合材料的玻璃化转变温度飞、阻尼温域DT随P82体积含量的变化呈波动性,主要是由于P82陶瓷颗粒与EP的界面粘结强度、聚合物基体的交联密度有关。加人P82陶瓷颗粒后,阻碍了EP分子链运动,低温时需要较大的能量才能使分子链运动,而较低的P82含量时,界面结合程度较好,交联密度相近。因此,复合体系的Tg相近、pT稍拓宽。当P82体积含量较高时,EP的交联密度明显降低,界面结合程度变差,只要较低的能量就能促使较短的EP分子链运动,因此表现为飞降低、△T减小。 [-page-] 
    2. 2外加应力的影响
    图2所示为交变应力频率为1 Hz下,体积含量50%的P82/ EP复合材料的损耗因子随温度的变化曲线。将图2中主要参数整理归纳于表2中。


    随着交变应力从500mN增加到2000mN,182/EP复合材料的阻尼峰显著升高,tanδ~从0.667增加到0.738。对于刚性材料而言,交变应力过大,容易造成材料的断裂。实验中,由于复合材料中P82的存在,导致复合材料刚性的增强。P82与环氧树脂基体的界面上的微小裂纹会沿着两相界面扩展,交联网络的不均匀性增大,导致了微观缺陷增多,使得复合材料体系内部摩擦损耗增多,因此导致tanδ,减小, T9略向低温方向移动,OT的略有增加。
    2. 3外力频率的影响
    图3所示为在固定交变应力1000mN,不同频率下P82/EP复合材料的损耗因子随温度的变化曲线。将图3中主要参数数据整理归纳于表3。


    对复合材料而言,频率不仅会影响分子链的运动,还会影响复合材料中压电陶瓷颗粒的受力状况。提高频率相当于减小瞬时作用力的时间,对同样的分子链段来说必须在较高温度下才能跟上外力而运动,因此,提高频率,几向高温移动,DT略有增加。随着频率的增大,分子链段的运动开始跟不上应力的变化,出现应变落后于应力,相位差s增大,导致tanδmax增大。当温度低于低频下试样飞时,由于分子链能跟上低频的外力运动,低频的损耗因子较大;当温度高于高频下试样飞时,由于分子链能跟上高频的外力运动,高频的损耗因子较大。
3结论
    (1)随着P82压电陶瓷体积含量的增加,P82/IEP复合材料的tanδmax二先减小后增大,Tg, AT先增大后减小;
   (2)随着外加应力的增大,P82/EP复合材料的tanδmax减小,Tg略向低温方向移动,DT略有增加,变化不明显;
    (3)随着外力频率的增加,P82/EP复合材料的tanδmax增大。温度低于介时,低频的损耗因子较大。温度低于T9时,高频的损耗因子较大。T。向高温移动,△T略有增加。