[发明专利]以三维碳骨架为导电相的弹性体基宽频高阻尼复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于压电阻尼材料领域，具体涉及一种以三维结构碳材料为导电相的弹性体为基体的宽频高阻尼复合材料及其制备方法。

背景技术

随着社会的进步和人类的发展，设备越来越趋向高速、高效和自动化，但是由于振动造成的疲劳断裂以及对于机器稳定性的影响问题也越来越突出，而且随之而来的噪声、振动对于人类生活的影响也日益凸显出来，减振降噪成了一个亟待解决的问题。因此，阻尼的成为研究人员的一个重要课题。

阻尼材料是将振动能(机械能、声能等)转化成热能而耗散掉以达到减震目的的材料。通常，阻尼性能最好的是聚合物基的阻尼材料。聚合物基阻尼材料的评价标准包括两方面：一是玻璃化转变区内的损耗因子(tanδ)的大小；二是转变区温度范围的大小。

高分子阻尼材料的阻尼性能是基于高聚物的粘弹性，依靠高分子链段之间的摩擦，而只有在玻璃化转变温度范围内，高分子连段既能够运动，又不能完全跟上外力的运动，阻尼性能才比较好。所以，普通高分子阻尼材料收到玻璃化温度的限制，通常只有在玻璃化转变的几十度范围内才有较好的阻尼因子，收到温度和频率的限制很大。

压电阻尼复合材料，通常包含压电相、导电相和基体三部分。压电相是有着压电效应的材料，在受到外力时，内部会产生极化电压，产生电势。导电相是各种导电的材料，可以把压电相产生的电能转化为热能耗散掉。而由于压电相一般单独的阻尼性能不好，而且比较脆，容易断裂，引入高分子基体后，可以提高阻尼，同时使得材料的使用性能更好。综合来看，压电阻尼复合材料在普通的摩擦损耗基础上，还引入了电热损耗，其中压电相和导电相的引入，可以很好地将振动能转化为电能再进一步转化为热能耗散掉，而比传统的复合材料可以在更宽的温度和频率范围内有着更高的损耗因子。

专利号为CN 103289363 A的专利制备了一种聚氨酯基压电导电智能复合阻尼材料，所述复合材料是由聚氨酯，锆钛酸铅和聚苯胺复合而成，导电粒子聚苯胺的含量占复合物质量的2％-5％，其在-40-5℃范围内tanδ≥0.3，但是导电填料聚苯胺的含量过高，使得复合材料力学性能下降。

专利号为CN 105175826 A的专利制备了一种压电阻尼橡胶复合材料，所述复合材料是由橡胶以及各种添加助剂、压电陶瓷以及导电颗粒或者导电纤维组成，但是导电相的含量质量分数达到10％以上，对材料基体力学性能会有较大影响。

专利号为CN 104592647 A的专利制备了一种橡胶基压电阻尼复合材料，所述复合材料由导电炭黑，压电陶瓷粉，三元乙丙橡胶组成，其在温域-30-2℃内的损耗因子tanδ≥0.3，但是每100份橡胶需要0.5-2份导电炭黑才可形成一定的导电通道，炭黑的大量使用不可避免会引起材料力学性能的下降。

专利号CN 101328302 A的专利制备了一种环氧树脂基压电阻尼复合材料，所述复合材料由导电炭黑，压电陶瓷粉和环氧树脂组成，但材料的制备方法复杂，大量导电相的使用以及分层结构都会使材料力学性能下降。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够在普通摩擦阻尼基础上，进一步额外引入机械能-电能-热能转换，从而将更多机械能消耗掉的以三维碳骨架为导电相的弹性体基宽频高阻尼复合材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：以三维碳骨架为导电相的弹性体基压电阻尼复合材料，其特征在于，该复合材料包括2-80重量份压电相，0.01-5重量份导电三维碳骨架，100重量份弹性体基体材料。

所述的压电相为压电陶瓷粉粉体、纤维，压电聚合物颗粒或者它们的混合；

所述的导电三维碳骨架是以三维结构石墨烯、三维结构碳纳米管或者二者按一定配比(石墨烯与碳纳米管的质量比为10:1～1:1)制得混合物自组装于多孔高分子骨架上制得，其中三维结构石墨烯、三维结构碳纳米管或者二者的混合物与所述多孔高分子骨架的质量比为0.01:1～1.5:1；

所述的弹性体基体材料包括环氧，聚氨酯，聚甲基丙烯酸甲酯，各种橡胶及其IPN共聚物和共混物中的一种或几种。其中，环氧，聚氨酯，聚甲基丙烯酸甲酯，各种橡胶及其IPN共聚物和共混物都可以按照现有公开配方在三维骨架上进行原位聚合；聚氨酯，聚苯乙烯等热塑性树脂还可以溶解于其溶剂中制的相关的溶液。

所述的压电相包括压电常数较高的锆钛酸铅、铌酸钾钠、锡酸锌、偏氟乙烯。

一种以三维碳骨架为导电相的弹性体基压电阻尼复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，

(1)合成导电三维碳骨架