文档介绍：中国科学技术大学
博士学位论文
硅橡胶基磁流变弹性体的研制及其优化设计
姓名:李剑锋
申请学位级别:博士
专业:固体力学
指导教师:龚兴龙
20090501
摘要磁流变弹性体是一种磁场可控的智能材料,属于磁流变材料的一个分支,它的典型特征是模量可由外场控制。此外,它还具备磁控伸缩、磁控电阻等其它磁控性能。这些独特的优点使其在调谐吸振器、可调刚度的悬挂系统和可调阻抗表面等领域有着巨大的应用前景。然而目前的磁流变弹性体普遍存在磁流变效应不高、机械性能不强和动态阻尼过大等问题,还没有可以满足实际需要的材料,。针对这一情况,本文系统研究了硅橡胶基磁流变弹性体的制备,其中包括室温硫化硅橡胶基和高温硫化硅橡胶基磁流变弹性体。从材料’歧计的理念出发,以高磁硫变效应、高机械性能和低阻尼为优化目标,对材料制备中的各个条件进行系统优化,深入研究各个制备条件对材料性能的影响。为了更好地对材料的性能进行评价,本文首先建立了磁流变弹性体的机械性能和动念力学性能测试系统。同时为了深入理解磁流变弹性体的动态力学行为,还全面分析了包括测试频率、应变幅值、温度和厚度方向压缩等各个测试条件对材料动态力学性能的影响,其中首次研究了测试温度和厚度方向压缩对材料动态力学性能的影响。发现这些测试条件对材料的动态力学行为影响很大,特别是应变幅值对材料动态力学性能的影响尤为显著,在实际测试和应用中需要注意。室温硫化硅橡胶由于具有制备方便、固化前流动性好等优点,是制备高磁流变效应材料的首选基体。为了探索制备具有高磁流变效应的材料,本文研究了以室温硫化硅橡胶为基体的磁流变弹性体的制备。探索了各个制备因素对材料性能的影响,其中包括颗粒掺杂、增塑剂的使用和制备磁场强度等,最终制备出磁流变效应超过サ母咝阅艽帕鞅涞蕴濉本文还使用机械性能更好的高温硫化硅橡胶制备综合性能较好的磁流变弹性体。为此分别从硫化工艺、磁硫隔离工艺、增塑剂的使用和炭黑掺杂等方面对材料的制备进行了优化。其中首次研究了高温硫化硅橡胶基磁流变弹性体的硫化工艺,并首次提出使用磁硫隔离工艺降低材料的阻尼。最终通过试验找到最优的硫化条件和磁硫隔离工艺条件,以及最佳的增速方法和炭黑掺杂用量。为了探索提高磁流变弹性体磁流变效应的方法,本文还对磁流变弹性体的预结构战辛巳娴难芯俊7直鸲栽そ峁构ひ盏脑そ峁勾懦⑹奔浜臀露榷源流变弹性体磁流变效应的影响进行了分析。发现预结构工艺直接影响了铁颗粒在材料中的最终有序结构,为了分析颗粒在预结构过程运动状态,还对铁颗粒在预结构过程中的受力情况进行了分析。根据实验结果,首次提出临界磁场、时间和
温度的概念,并对三者之间的关系进行了深入的讨论。阻尼是影响磁流变弹性体应用的一个重要因素,为了降低材料阻尼,本文首次研究了颗粒包覆对磁流变弹性体性能动态力学性能的影响。尝试使用聚甲基丙烯酸甲酯对羰基铁粉进行包覆,并使用包覆后的复合颗粒制备磁流变弹性体,测试了使用包覆颗粒材料的动态力学性能,研究了材料的磁流变效应和вΑMü匝榉⑾质褂冒部帕V票傅拇帕鞅涞蕴辶愠∧A扛撸耗因了更小,вσ哺停庑┫窒蠖际怯捎谑褂酶春峡帕T銮苛丝帕:基体的结合能力。另外由于复合颗粒的运动阻力较大,影响了材料内部颗粒的分布,且复合颗粒之间的距离也较大,所以使用复合颗粒的材料磁流变效应会有所降低。关键词;磁流变弹性体,磁流变效应,硅橡胶,智能材料,材料设计蒲Ъ际跞搜篒荆貉宦傥
鶰鷌郼叩瑀甌砸,甋,瓼,╤甌.,.小痭琣.,,唱琹甌’甌.,,.琯瓵瑂、Ⅳ,.“,.衑.,琩.、
緄礳瑃僦絚似礳甌鯿瑂瓵遚猲甐.,..篗甈琺—..,、—ⅱ鬶,,琺猠
中国科学技术大学学位论文原创性声明中国科学技术大学学位论文授权使用声明口保密!D奉人声明所呈交的学位论文,是奉人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已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:签字日期: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,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。本人提交的电子文档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。口公开签字口期:导师签名:
第一章绪论磁流变材料磁流变虺芃材料是一类新型智能材料,它们的力学性能在磁场控制下可连续变化,且响应快考、可逆性好,因而近年来在汽车、建筑、抗冲击装置、振动控制等领域得到广泛应用。磁