聚芳香胺蒙脱土纳米复合材料电流变液的制备及性能研究

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1、西北工业大学博士学位论文聚芳香胺/蒙脱土纳米复合材料电流变液的制备及性能研究姓名：路军申请学位级别：博士专业：材料物理与化学指导教师：赵晓鹏20030401蘸I翻．鼗大学薄l：学位论文摘要摘要电流变液(Electrorheologicalfluids)是一种智能材料，通常是商介电常数的微小颗粒分教在低分电常数瓣缝缘渡薅中形减麴懋浮钵系。当对它麓艇电场时，其糕壤瓣闻交纯几个数爨缀，表现出类固体的健痿。电流交滚佟为一种新型智能材料，其力学、电学、光学性能可由外加甑场连续调控，这一特性使得电流变液强液压系统、减振敞鬻、印刷、光学以及机电一体化

2、等领域舆有广阔的应用前景，成为仿生智能辩学的酋选材料之一。在过去的几十年阍；电流变液誊

3、糕麴豢l备主要集中在无瓠鬣纯耪窝有撬聚合貔。1985年Block蕊受磺澍篷了稠环菏瞧类电流变液，标惠潜无水电流变液研究的开始。然而材料综合性能的不足，如剪切强度低、易沉降、温度效应显著婶因素，严重地制约了电流变技术的工业化。通常认为电流赍效应是由于电场作用下悬浮颗粒的极化，进而导致颡羧阉穗互{乍瑟豹交讫，後滚钵浚变注憨发磐敬交。蒙脱±(montmorillonite，MMT)是一种天然矿物，其有层状结构，层闻靠吸附阳离子如Na+、ca2+、M92+等

4、来维持电荷平街，这些离子可与其它阳离子进行交抉，使有机单体分子进入层间，聚合后即可形成有机／无机纳米复合材料。本项研究飘毒害糖靛物理、化学设诗出发，综合考虑奔电常数、电导搴、奔电损耗等对惫流变效应的影睫，尉蠲藐液共混插层豹方法裁备了聚苯胺及其辑生镌，蒙脱土纳米复合材料，通过x．射线衍射、红外光谱及透射电子显微镜确定了它们的结构，测试了颗粒的介电性能，并研究了它们的电流变性质。墩得了如下研究结粜：l。楚巍滚荚混捶屡器位聚合鹁方法潮备了聚苯黢，蒙篪±缡寒复合携精徽粒，透射电镜结果表明颗粒的粒径约为100nl'fl。在1000Hz、20℃时，

5、聚苯胺／蒙脱土纳米颗粒介电常数比蒙脱土提高了约2．7倍，比聚苯胺提高了近5．5倍；电导率增加近10倍。将其分散在甲基碡油中配制成无水电流炎材料，实验衮麓在强毫场下电流变效应毙聚苯跛、蒙耱±、穰藏共浸豹聚麓骏帮蒙脱土电流变液都商显著掇麓。在DC、3kv椭m(矿=5S～，T=20℃，30wt％>摘要时，剪切应力可达7．19kPa；漏电流密度小于30uA／cm2。同时发现这种电流变液具有较好的温度稳定性和抗沉降性，其剪切应力在10～90℃的范围内随温度变化很小，仅为6．5％。静置60天未发现有沉淀现象。2．制备了聚Ⅳ_甲基苯胺／蒙脱土复合材料

6、，通过IR、XRD及TEM对其结构进行了表征。结果发现，聚^L甲基苯胺插入蒙脱土层间后，形成了粒径约为100DATI的纳米复合材料。将其分散在甲基硅油中(20M％)配制成无水电流变液，该复合材料表现出较大的协同效应，具有较好的电流变行为。实验表观在强电场下电流变效应比聚Ⅳ_甲基苯胺、蒙脱土电流变液有显著提高。在3kV／mm(DC，74．5s。1)时，剪切强度达6．0kPa；同时抗沉降性极好，静置60天沉淀率小于3％。介电性能测试表明聚Ⅳ-甲基苯胺／蒙脱土纳米颗粒的介电常数和介电损耗较蒙脱土和聚Ⅳ_甲基苯胺都有一定的提高，电导率也达到了最

7、佳范围。3．用乳液共混插层法制备了聚邻苯二胺／蒙脱土复合材料，X一射线衍射及TEM谱表明其为纳米复合结构，颗粒的粒径约100nm。在1000Hz、20℃时，其介电常数比蒙脱土提高了约2．0倍，比聚邻苯二胺提高了近4’3倍，同时介电损耗也有一定的提高。将POPD．MMT杂化粉末与甲基硅油按颗粒／硅油重量比30％配制成电流变液。在DC、3kV／mm时剪切应力可达8．27kPa(74．5so)；漏电流密度小于40uA／era2。其电流变效应比聚邻苯二胺和蒙脱土都有显著提高。同时这种电流变液具有较好的温度稳定性和抗沉降性，插层复合物介电性能的改

8、善是造成流变学性能提高的内在原因。4．探讨了一种新型共聚物电流变材料的研制及其影响因素，发现甲基丙烯酸三苯基锡酯与甲基丙烯酸镧共聚后，介电性能有一定程度的提高，进而使共聚物具有电流变效应，其电流变液(体积比为35％)在25℃，E=3kV／mm(DC)，广=97．97S。1时的剪切应力为482Pa，j<20／aA／cm2。关键词：电流变液，蒙脱土，插层，纳米复合材料，聚苯胺，聚N一甲基苯胺聚邻苯二胺，共聚物ABSTRACTElectrorhe0109ical(ER)fluidisakindofsmartmaterial．ERfluidst

9、ypicallyconsistofelectricallypolarizableparticlesdispersinginlow—dielectricoils．Applicationofanelectric