顺丁橡胶基磁流变弹性体的研制及其阻尼性能研究

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1、中国科学技术大学博士学位论文固顺丁橡胶基磁流变弹性体的研制及其阻尼性能研究作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：范艳层固体力学龚兴龙教授，宣守虎副教授二。一三年五月三日UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor’Sdegree隔幽FabricationandDampingPropertiesofCis-PolybutadieneRubberBasedMagnetOrheOIOgicaIElastomersAuthor’sName：Specialty：Supervisor：Finis

2、hedtime：YancengFanSolidMechanicsPro￡XinglongGongAssoc．Prof．ShouhuXuanMay3rd，2013中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：j包姐签字日期：2壁跪主缉中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权

3、，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文件的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。囱公开口保密(——年)作者签名：盔抱屋签字日期：—知乒三上L导师签名：签字日期：l邮』qL摘要磁流变弹性体是一种磁敏智能材料，它主要由微米级的软磁性颗粒和高分子聚合物弹性基体组成。在外磁场的作用下，颗粒在基体内形成链状结构或者复杂的三维结构，其流变性能或机械性能在外界磁场

4、的作用下发生连续、快速、可逆的变化。这些独特的性能使其受到众多的关注，并且在减振、降噪等领域具有广泛的应用前景。在磁流变弹性体领域，以往的研究热点主要集中在模量方面，然而对工程应用有重要影响的阻尼性能却一直未得到应有的关注。对于自调谐式吸振器，低阻尼的磁流变弹性体会增强其吸振效果；而对于隔振器，当激励频率处于系统的不同频段时，则需要阻尼可调的磁流变弹性体才能够使其达到良好的隔振效果，即要求磁流变弹性体的阻尼具有可控性。但是，目前磁流变弹性体中普遍存在阻尼过大、阻尼可控性能较差等问题。因此，为了使磁流变弹性体器械获得理想的减振效果，研究磁流变弹性体的阻尼性能是非常

5、具有实用价值和科学意义的。针对上述问题，本文选择性能优良的顺丁橡胶作为基体，系统地研究了顺丁橡胶基磁流变弹性体的制备方法及力学性能。以研制出实用型的磁流变弹性体为目标，对材料的界面和基体进行了设计和改良，实现了磁流变弹性体阻尼性能的优化和调控。具体内容如下：1．基于界面对材料性能有十分显著的影响，本文对磁流变弹性体的界面摩擦阻尼性能进行了研究。利用不同粒径的羰基铁粉制备出具有不同界面特性的样品，研究了不同磁场及应变条件下磁流变弹性体的阻尼性能。首次提出磁流变弹性体的界面摩擦阻尼主要来自自由橡胶和磁性颗粒之间的界面滑移。该研究结果对进一步建立磁流变弹性体内部界面的

6、理论模型具有一定的指导作用。2．为了优化磁流变弹性体的阻尼性能，研制出具有低阻尼的材料，本文对磁流变弹性体的界面和基体进行了优化和设计。首先选择马来酸酐作为相容剂来改善两相问较差的界面状况。研究发现马来酸酐的添加可以有效地增强颗粒与基体之间的相容性，在降低磁流变弹性体损耗因子的同时，还增强了其储能模量和拉伸强度，但是磁流变效应却有所下降。此外，磁流变弹性体的基体材料也是其阻尼的来源之一，采用石墨烯纳米片作为基体的增强相，制备出了不同石墨烯纳米片含量的磁流变弹性体，并对其损耗因子、模量、拉伸强度及热扩散率等性能进行了测试和分析。系统地研究了在不同应变、磁场及温度下

7、石墨烯纳米片对阻尼性能的影响，发现石墨烯纳米片通过阻碍基体分子链的运动，有效地降低了磁流变弹性体的阻尼。上述两种方法(改善界面状况和增强基体)为降低磁流变弹性摘要体阻尼提供了理想的方案，对实际应用中的磁流变弹性体吸振器有着非常重要的意义。3．本文对磁流变弹性体的阻尼可控性能展开了一系列的相关研究。系统研究了基体的交联密度对磁流变弹性体阻尼可控性能的影响。发现基体的交联密度可直接影响阻尼的可控性能。当基体的交联密度较低时，增塑剂和频率对阻尼可控性能的影响非常显著。此外，低的基体交联密度使磁致模量和磁流变效应也得到了增强。针对上述现象，首次提出颗粒重排是实现磁流变弹

8、性体阻尼可控的关键因素。