玻璃纤维芯铅丝增强橡胶复合材料阻尼性能研究

本文根据材料性能互补原理,结合阻尼减振机制,设计并制备了一种(金属/无机纤维/橡胶)三元阻尼材料-玻璃纤维芯铅丝增强橡胶复合材料(GF/Pb/R).研究了具有不同界面结合强度(弱、中等、强结合)的GF/Pb/R在-30℃～50℃、5Hz和27℃、1～50Hz两种条件下的存储模量和阻尼性能.结果表明,三种复合材料的力学性能均比橡胶高,其刚度随界面结合强度提高而提高;复合材料损耗因子按照界面弱结合、强结合和中等强度结合的顺序降低,其阻尼性能随温度的变化比橡胶平缓.     

玻璃纤维增强铅网/橡胶阻尼复合材料研究

为了改善橡胶的力学性能和阻尼性能,以橡胶、纤维和铅为原料设计了玻璃纤维增强铅网/橡胶阻尼复合材料,研究了不同玻璃纤维增强铅网铺层数量的横向玻璃纤维增强铅网/橡胶复合材料力学性能和阻尼性能,分析了其阻尼机制.结果表明,复合材料具有比橡胶更高的力学性能和阻尼特性,其刚度随铅网铺层数量的增加而提高,而阻尼损耗因子与铺层数呈非线性关系.复合材料中存在材料变形耗能、界面耗能、摩擦耗能等多种阻尼损耗机制.     

PVDF对芳纶无纺布/环氧树脂共固化复合材料力学和阻尼性能的影响

为评价热塑性结晶聚合物聚偏二氟乙烯(PVDF)对共固化复合材料动态力学和阻尼性能的影响,首先,将PVDF负载到芳纶无纺布(ANF)上,采用共固化工艺制备了PVDF-ANF/环氧树脂(EP)结构阻尼复合材料。然后,利用动态机械分析仪测试了PVDF-ANF/EP复合材料的损耗因子、损耗模量和储能模量的温度谱;通过弯曲强度、弯曲模量和层间剪切强度的测试评价了复合材料的静态力学性能;通过单悬臂梁振动实验测试了复合材料的共振频率及自由振动衰减曲线,并计算了损耗因子;通过I型、II型层间断裂韧性实验及断面微观形貌的观察研究了复合材料的断裂韧性及增韧机制。最后,对复合材料的微观结构进行分析,探讨了其兼具力学性能和阻尼性能的结构内因。结果表明:通过在ANF表面负载PVDF,可在不引起复合材料力学性能明显下降的前提下,进一步提高PVDF-ANF/EP复合材料的阻尼性能和层间断裂韧性,复合材料的损耗因子提高了33.3%,I型和II型断裂韧性分别提高了168%和208%。     

玻璃纤维/聚脲复合材料的性能研究

为研究玻璃纤维对聚脲性能的影响，分别以聚脲和玻璃纤维作为基体和增强体，合成了玻璃纤维/聚脲复合材料。通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪和动态热机械分析仪，探究玻璃纤维长度在0.2～0.8mm、添加量在0.5%～1.5%(wt,质量分数，下同)范围时对复合材料微观结构、力学性能和动态力学性能的影响规律，分析复合材料的耗能机理。结果表明：玻璃纤维在基体中分布均匀，降低了复合材料的氢键化程度、氢键结合强度以及微相分离程度；复合材料的拉伸强度、撕裂强度随玻璃纤维长度和添加量的增加而提高，当玻璃纤维长度为0.8mm、添加量为1.5%时，复合材料的拉伸强度为30.14MPa,撕裂强度为127.48kN/m,力学性能最好；随着玻璃纤维长度和添加量的增加，复合材料的储能模量和损耗模量逐渐增加，玻璃化转变温度向高温移动；复合材料的主要耗能机理为本征阻尼和界面阻尼，本征阻尼随着玻璃纤维长度的增加而减小，界面阻尼随着玻璃纤维添加量的增加而增大。     

滑动接枝共聚物/丁腈橡胶复合材料及其阻尼性能

将丁腈橡胶（NBR）与预硫化滑动接枝共聚物（SGC）混合制备SGC/NBR复合材料,并采用DSC、橡胶加工分析仪（RPA）、TEM和FTIR等研究了预硫化温度对复合材料内部结构及动态力学性能的影响。结果表明:SGC作为分散相在NBR基体中形成了海岛结构,且与NBR 大分子之间形成了分子间氢键,使两相相容性较好并形成了明显的界面作用区。界面作用区的存在使SGC/NBR复合材料的玻璃化转变温度与纯NBR基体相比升高,同时使复合材料的拉伸强度和拉断伸长率等力学性能显著增强,并出现了明显的拉伸取向。由于SGC与NBR之间分子链的扩散以及氢键作用,使分子链σ单键的内旋转受阻,旋转时需要消耗能量以克服所受的阻力,造成SGC/NBR复合材料的损耗因子明显增加,其中预硫化温度为160℃时阻尼效果最好。SGC/NBR复合材料在建筑桥梁振动频率应变变形范围内表现出优异的损耗性能,可应用于高阻尼隔震支座。      

无纺布插层共固化双马树脂基复合材料的力学和阻尼性能

利用尼龙无纺布(PNF)和芳纶无纺布(ANF)为插层材料,采用共固化工艺制备了结构阻尼复合材料。利用动态力学分析仪测试并分析了复合材料的损耗因子和储能模量等动态力学指标;通过弯曲实验和短梁剪切实验评价其静态力学性能。此外,通过单悬臂梁强迫共振实验和自由振动衰减实验研究了复合材料层合板的共振频率和损耗因子。结果表明,添加2种无纺布能够与基体树脂在层间形成非反应双连续的相结构,插入ANF的[0°]16铺层复合材料归一化的弯曲强度和模量比空白样品提高了约10%,[±45°]4s铺层复合材料的弯曲强度提高约50%,且均高于插入PNF的复合材料。此外,由于层间富树脂区的形成和界面数目的增加提高了共固化复合材料的阻尼性能,插入15层PNF的[0°]16铺层复合材料的损耗因子达到0.0026,比空白样品提高了约116.7%,[±45°]4s铺层复合材料的损耗因子达到0.0064,比空白样品提高了约14.3%。     

材料参数对液弹阻尼器动态特性的影响

为了探究材料性能参数对液弹阻尼器动态特性的影响规律,采用电液伺服动态试验机研究了液弹阻尼器的载荷-位移曲线、弹性刚度、阻尼刚度和损耗因子随橡胶硬度和阻尼液黏度的变化。试验结果表明：液弹阻尼器91.5%以上的弹性刚度由橡胶部分提供,并且弹性刚度随橡胶硬度的增大而增大;液弹阻尼器84.8%以上的阻尼刚度由阻尼液提供,并且阻尼刚度和损耗因子随阻尼液黏度的增大而增大,随剪切振幅的增大而减小,阻尼液黏度越大阻尼刚度和损耗因子下降幅度越大;当阻尼液黏度由2 000 mm²/s增大到10 000 mm²/s时,液弹阻尼器的阻尼刚度由2 420 N/mm增大到5 163 N/mm;当剪切振幅由0.2 mm增大到1.5 mm时,阻尼刚度分别减小18.5%和40.1%。以上结论可为液弹阻尼器的选材提供依据。     

白炭黑的功能化改性及其改性橡胶基复合材料的制备与表征

利用沉淀法白炭黑生产工艺,在相同的条件下,选用不同质量分数的羟基羧酸酯作为改性剂进行湿法改性,研究了白炭黑/天然橡胶(NR)复合橡胶的力学性能、动态性能以及动态生热性能。结果表明:制备的白炭黑均为非晶态白炭黑,采用质量分数为6%的羟基羧酸酯改性的白炭黑,其分散性好,颗粒分布均匀,呈近球状,经羟基羧酸酯改性后的白炭黑有效的去除了部分亲水基团,改善了其在NR中的分散性。随着白炭黑用量的增加,分散性变差,损耗因子和动态温升均有所提高,Payne效应增大。当白炭黑用量达到临界值(白炭黑与NR质量比为40∶100)时,白炭黑/NR复合材料表现出较好的性能,改性白炭黑/NR复合材料比未改性白炭黑/NR复合材料的硬度、拉伸强度、断裂伸长率有所提高,而磨耗体积和动态生热则有所下降。动态力学性能测试结果表明,改性白炭黑与天然橡胶的质量比为40∶100时,改性白炭黑/NR复合材料的60℃滚动阻力损耗因子由0.123降到0.104。SEM结果表明,改性白炭黑在橡胶基体中的分散性优于未改性白炭黑,与NR基体界面结合的更加紧密。     

接枝改性对芳纶纤维增强天然橡胶复合材料性能的影响

采用氢氧化钾溶液对芳纶纤维(AF)表面进行处理,在此基础之上用环氧树脂/端羟基液体聚异戊二烯橡胶(EP/LIR)的甲苯溶液接枝纤维,将处理后的纤维、端羟基液体聚异戊二烯橡胶以及天然橡胶制成母炼胶,制备芳纶纤维增强天然橡胶复合材料。考察了纤维接枝的改性效果,以及KOH浓度、EP含量对复合材料力学性能的影响。红外光谱、扫描电镜、X射线能谱检测表明芳纶纤维接枝改性改善了纤维表面与复合物基体间的界面粘接,力学性能显示当KOH溶液的浓度为0.1%,EP含量为m(EP)/m(AF)=16.7/100时300%定伸应力和撕裂强度均有最优值。动态力学分析结果表明EP的加入会增大复合材料的储能模量和损耗模量,降低损耗因子峰值,从而提高了纤维与橡胶基体的界面粘合。     

锦纶纤维的络合改性及锦纶/天然橡胶复合材料性能的研究

采用氯化钙-甲醇溶液对锦纶66纤维进行络合改性,再用环氧树脂/固化剂深入改性,将处理后的纤维、端羟基液体聚异戊二烯橡胶以及天然橡胶制成母炼胶,制备锦纶纤维增强天然橡胶复合材料。考察了纤维的改性效果,和氯化钙浓度对复合材料静态力学性能以及动态力学性能的影响。SEM、XRD检测表明氯化钙-甲醇溶液对锦纶纤维的络合改性效果明显,从而改善了纤维表面与复合物基体间的界面粘接。力学性能显示当氯化钙溶液的浓度分别为2wt%和4wt%时,300%定伸应力和撕裂强度(纵向)各有最优值。DMA结果表明锦纶纤维经过改性后会增大复合材料的储能模量和损耗模量,减小损耗因子峰值,从而提高了纤维与橡胶基体的界面粘合。     

玻璃钢约束阻尼复合结构的阻尼特性

以玻璃纤维增强树脂作为约束层主要材料、丁腈橡胶为阻尼层、钢板为基板制备约束阻尼复合结构, 运用动态黏弹谱仪和悬臂梁共振法, 研究温度、约束层刚度和阻尼层结构对约束阻尼复合结构减振效果的影响。结果表明:自由阻尼复合板的最大阻尼范围落在阻尼层的玻璃化转变区;玻璃钢约束层能将复合结构的阻尼拓展至阻尼层的高弹态区域, 增加阻尼层厚度可以提高约束复合板的阻尼性能;提高孔隙率同样有利于约束复合板阻尼性能提升;铝板约束层提升作用尤为显著, 然而在海洋环境、干湿交替等强腐蚀场合中, 铝板极易腐蚀而丧失约束功能, 因此在这类特殊场合下耐腐蚀的玻璃钢具有优势。      

两种先驱体低温裂解制备石英纤维增强氮化硅复合材料

以全氢聚硅氮烷( PHPS) 和聚甲基硅氮烷( PHMS) 为陶瓷先驱体, 通过循环浸渍和600 ℃低温裂解分别制备了三维石英纤维增强氮化硅复合材料, 对比研究了复合材料的力学性能和微观结构。结果表明: 由PHPS 制备的复合材料密度为1. 83 g/ cm3 , 气孔率10 % , 弯曲强度45. 4 MPa , 材料断口平整, 纤维基体界面结合强; 而由PHMS 制备的复合材料密度仅为1. 66 g/ cm3 , 气孔率16 % , 却具有更高的弯曲强度56. 3 MPa , 材料断面较粗糙,界面结合较弱。先驱体活性不同是导致复合材料界面结合强弱及力学性能不同的主要原因。      

温度对橡胶隔振器力学性能的影响

在隔振器的设计选用中,有必要考虑温度对分动箱隔振器的力学性能影响。开发一套安装橡胶隔振器的试验夹具,把夹具和隔振器都安装在带有温控箱的疲劳试验机上,直接测试隔振器在不同温度下的力学性能。开展3个环境温度下的试验,研究环境温度和橡胶垫振动中的温升对隔振器的动刚度和阻尼系数的影响。结果表明温度对隔振器力学性能有较大影响,温度的升高,分动箱隔振器的动刚度和阻尼系数逐渐减小。该方法可广泛应用于测试不同温度下各类橡胶隔振器的力学性能。     

钢/锌复合材料阻尼性能研究

采用复合铸造法制备了钢/锌复合材料研究其阻尼性能.在拉伸条件下分析其阻尼机制以及拉伸过程中材料的变形行为;在循环条件下测试其阻尼性能与应变幅值的关系;通过衰减实验测试其阻尼性能与材料的几何性质的关系;同时,在三种实验条件下对比钢/锌复合材料和单相钢和锌的阻尼性能.实验结果表明,钢/锌复合材料较钢改善了阻尼性能,较锌则提高了刚度和强度;钢及钢/锌复合材料的阻尼性能具有应变依赖性;复合材料的几何特性对其阻尼性能有一定的影响.     

高性能T800碳纤维复合材料树脂基体

在分析T800 碳纤维表面上胶剂的基础上, 系统研究了适用于制备高性能T800 碳纤维复合材料的树脂基体, 测试了树脂浇注体及其复合材料的力学性能和热机械性能, 研究了树脂基体对T800 碳纤维复合材料界面性能的影响。结果表明, T800 碳纤维表面上胶剂中酯基含量较高, 与缩水甘油酯类环氧树脂有良好的界面相容性, 经复配和优化的树脂体系其T800 碳纤维复合材料的层间剪切强度达到138 MPa , NOL 环拉伸强度达到2530MPa , 玻璃化温度( Tg ) 达到213 ℃, 具有优异的界面性能和耐热性能。      

0-3型橡胶基压电阻尼复合材料的制备及其性能

本文以通用橡胶为基体材料,以一定体积分数的锆钛酸铅粉体（PZT）为压电相、导电炭黑为导电相制备了0-3型压电阻尼复合材料。经过直流高温油浴极化处理后,获得了在低频下具有较高损耗因子的压电阻尼材料,并研究了其断面形貌、压电应变系数、损耗因子等各项性能。     

基于振动疲劳试验的复合材料螺栓连接预紧力松弛特性

在强迫弯曲振动试验的基础上,建立了基于模态参数(共振频率和阻尼比)表征螺栓连接结构动态性能的分析方法和试验测试手段;通过施加不同初始预紧力和激振频率,探究碳纤维/环氧复合材料螺栓连接预紧力松弛的时变行为及其影响因素。结果表明:在10h振动疲劳过程中,螺栓初始预紧力越小,激振频率越大,连接件预紧力松弛程度越大;振动疲劳损伤会导致连接结构刚度衰退、阻尼增加;复合材料螺栓连接松弛受到材料黏弹性以及界面摩擦的共同影响,其中约50%的松弛是由复合材料黏弹性效应引起的。      

Development of the composite third robot arm of the six-axis articulated robot manipulator

The material used for robot structures should have specific stiffness (stiffness/density) to give positional accuracy and fast maneuverability to the robot manipulator. Also, high material damping is beneficial because it can dissipate the structural vibration induced in the robot manipulator structure. Both the high specific stiffness and damping of the material cannot be achieved through conventional materials such as steel and aluminum because they have almost the same low specific stiffness and low material damping. However, fiber reinforced polymeric composite materials that consist of high specific modulus fiber and high damping matrix have both high specific stiffness and high material damping.

In order to increase specific stiffness and damping, in this work, the third robot arm of the articulated robot manipulator that has 6 d.f. (degrees of freedom), 60 N payload and 0.1 mm positional accuracy of the end effector was designed and manufactured with carbon fiber epoxy composite material. The composite third robot arm was composed of the composite yoke, the composite cylindrical tubular structure and the aluminum flange.

After manufacturing the composite arm, the dynamic property and operational performance were compared to those of the hybrid third robot arm that was composed of the aluminum yoke, the composite tubular structure and the aluminum flange.

From the experiments, it was found that the composite third robot arm contributed to improving both the dynamic characteristics and operational performance of the articulated robot.