三維網狀結構增強磁流變彈性體的研究.pdf

1、磁流變彈性體（MRE）是將微米級的軟磁性顆粒分散到具有黏彈性的高分子聚合物中復合而成的一種智能材料，對MRE施加可變磁場時，其力學性能隨磁場強度變化發(fā)生連續(xù)、可逆的變化，因此可以被應用于減震、降噪、隔振等領域。
　　通過對基體改性或對軟磁性微米級顆粒進行修飾可以改善MRE的力學性能，改變模量及阻尼性能，因此目前MRE的主要研究對象是基體和顆粒分散相。作為一種新型智能復合材料，MRE結構設計沒能引起足夠的重視。MRE的經典結構是軟磁

2、性顆粒在基體內部定向排列成鏈狀結構。這種結構雖然在MRE中廣泛應用，但由于其鏈狀結構在基體中缺乏支撐物，受到剪切作用的時候，容易被破壞。因此，為了使MRE具有理想的儲能模量和磁流變效應，對MRE進行結構設計是十分必要和有意義的。
　　本文以設計MRE的復合材料結構為目的，選擇了三維網絡骨架結構增強MRE，系統(tǒng)地研究了骨架結構對MRE性能的影響。利用松香甘油酯增強天然橡膠基體研究基體潤濕性對磁流變性能的影響，選用聚氨酯海綿骨架，研究

3、骨架對MRE內羰基鐵粉的鏈狀結構的限制作用，首次將碳納米管和銀納米線覆載到聚氨酯海綿骨架上，研究了MRE電阻對應變和磁場的響應。該研究工作改善了MRE的力學性能，將MRE的應用范圍拓展到傳感器領域。具體內容如下:
　　1、將松香甘油酯添加到天然橡膠基體中來增加基體對羰基鐵粉的潤濕性和羰基鐵粉的分散性，增強了天然橡膠基體MRE的力學性能。在不同磁場、應變和頻率條件下，研究了基體和羰基鐵粉之間潤濕程度對MRE力學性能的影響。與純天然橡

4、膠基體MRE相比，松香甘油酯/天然橡膠互穿網狀結構對羰基鐵粉有更好的潤濕性能，因此能降低MRE的阻尼。松香甘油酯的添加還能增加MRE的磁致模量。本文研究了基體對羰基鐵粉的潤濕性和羰基鐵粉的分散性對MRE力學性能的影響，對提高MRE力學性能有一定指導作用。
　　2、將多孔海綿結構植入到磁流變塑性體中，制備出磁流變復合材料。重點研究三維骨架對磁流變復合材料內部鐵粉的限制作用，發(fā)現(xiàn)三維骨架的植入能極大地提升磁致模量和磁流變效應。將具有彈

5、性的多孔聚氨酯海綿骨架植入到磁流變塑性體中，制備出的MRE可以反復被拉伸和彎曲。研究發(fā)現(xiàn)，MRE內部的多孔骨架結構可以有效的分散對MRE施加的剪切力，能同時增大MRE的零場儲能模量和磁致模量。而多孔骨架的植入對MRE的阻尼性能幾乎沒有影響。該方法為增加MRE的磁致模量、提高MRE的力學性能提供了可行性方案，對MRE在工程上的應用方面意義重大。
　　3、對MRE內部三維網狀結構展開了一系拓展研究。將多孔海綿骨架上分別覆載導電碳納米管

6、及銀納米線，系統(tǒng)研究了交聯(lián)度、應變和磁場對MRE電阻性能的影響，發(fā)現(xiàn)MRE的電阻隨應變和磁場變化均能產生相應變化。研究表明:柔性的碳納米管對ME的儲能模量和磁致模量都有增強作用。覆載碳納米管后MRE的導電性有極大提升，其電阻隨應變變化而連續(xù)有規(guī)律的變化。該特殊性能可以將MRE的應用范圍拓展到應變傳感器領域。而銀納米線對MRE的儲能模量和磁致模量都有降低作用，應綜合考慮其力學性能和電學性能。但由于銀納米線導電性好，MRE的電阻變化隨應變變