顺丁橡胶基磁流变弹性体的力学性能研究

• 作 者: 孙桃林
• 机 构: 中国科学技术大学
• 出 处: 中国科学技术大学
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 顺丁橡胶 磁流变 弹性体 力学性能 智能材料 阻尼性能 疲劳机理

磁流变材料是一类可由外场控制其力学性能的智能材料，包括磁流变液、磁流变泡沫、磁流变胶和磁流变弹性体等。磁流变弹性体作为磁流变材料的一个新分支，有着广泛的应用前景。磁流变弹性体的力学性能研究为它在工程应用中打下基础。
本文主要是以顺丁橡胶为基体研究磁流变弹性体的力学性能。首先，介绍磁流变弹性体的制备和力学性能表征系统。并利用动态力学分析仪研究了磁流变弹性体的预结构化条件和硫化条件。
然后，研究测试条件、添加剂和不同基体对磁流变弹性体阻尼性能影响。其中测试条件包括：低应变下温度扫描的动态拉伸测试，频率扫描和磁场扫描的动态剪切测试，高应变下准静态拉伸测试。添加剂包括：增塑剂、二氧化硅、炭黑、碳酸钙等。并研究硅橡胶基磁流变弹性体的阻尼特性。研究结果表明，在玻璃化温度转变区，磁流变弹性体的最大损耗因子随着基体中铁颗粒含量的增加而降低；损耗因子随着测试频率的升高而急剧上升然后逐渐地降低：随着测试应变幅度的增加而稳步地增加，后趋于平缓；随着磁场强度的增加而减小：应变能保持率会随着弹性体中颗粒含量的增加而降低，在相同铁颗粒含量下各向同性磁流变弹性体的应变能保持率要比预结构化的要高；通过在磁流变弹性体中添加增塑剂和不同种类的添加剂来研究材料的阻尼性能和磁流变效应，从而优化设计磁流变弹性体。研究发现当弹性体中添加100份增塑剂和20份添加剂颗粒时，磁流变弹性体的性能达到最佳。此时磁流变弹性体的磁流变效应可达到最大值120％，损耗因子为0.23左右；通过溶剂法制备的硅橡胶基磁流变弹性体，它的阻尼随着基体中蒙脱土含量的增加而升高。
最后，研究了不同颗粒含量下预结构化磁流变弹性体的疲劳特性，包括储能模量、损耗模量和绝对磁流变效应。结果表明颗粒含量为60％的磁流变弹性体，储能模量和损耗模量与它加载的应变幅度和疲劳次数无关，磁致模量保持不变；与此相反，当磁流变弹性体中颗粒含量为80％时，它的储能模量和损耗模量将强烈依赖于疲劳应变幅度和疲劳次数。按疲劳时间可以把磁致模量的变化划分为三个部分，磁致模量的变化与弹性体中颗粒网络结构的演化有关，结合SEM的原位拍摄技术提出的疲劳机理能够很好地解释实验结果。