2-2型壓電復合材料制備與性能研究.pdf

1、2-2型壓電復合材料兼具壓電陶瓷的壓電活性和聚合物的柔韌性,具有較高的機電耦合系數(shù)、大的帶寬和較低的聲阻抗及干擾耦合小等特點,在水聲和超聲領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。本論文采用改進的切割—填充法制備了2-2型壓電復合材料,研究了熱處理、偶聯(lián)劑等對復合材料性能的影響,分析了壓電振子尺寸及聚合物種類、尺寸對復合材料振動特性的影響,并采用ANSYS有限元分析軟件對復合材料振動特性進行理論分析。主要結(jié)論如下:
　　 1.50-80℃熱處理可以很

2、好的改善壓電振子的諧振頻率溫度穩(wěn)定性。偶聯(lián)劑處理可以提高聚合物相與壓電相的結(jié)合強度,采用ND-42偶聯(lián)劑處理可使復合材料的斷裂拉伸強度達到1.66Mpa。
　　 2.壓電振子的尺寸對其振動狀態(tài)產(chǎn)生大的影響,當寬度遠小于長度和厚度時,寬度變化不影響振子的振動狀態(tài);當壓電振子的長厚比L/T>11時,長度伸縮振動與厚度伸縮振動互不干擾,但是損耗較大:當長厚比L/T<2時,壓電振子的長度伸縮振動與厚度伸縮振動產(chǎn)生強烈耦合;當壓電振子尺寸

3、為T=3.8mm,d1=1.4mm,L=9mm時,壓電振子具有很單純的厚度伸縮振動和較小的損耗。ANSYS有限元模態(tài)分析結(jié)果與實測結(jié)果吻合。
　　 3.壓電復合材料的諧振頻率和復合材料內(nèi)壓電振子受到的夾持力有關(guān),夾持力越大,諧振頻率越高。聚合物寬度很小的2-2型壓電復合材料內(nèi)部存在三種類型的振動,包括壓電振子的自振動、壓電振子內(nèi)部的畸形振動和壓電振子間的干擾耦合振動。這三種振動和壓電振子的寬度有關(guān),對于PU寬度大于0.1mm畸形

4、振動消失,寬度大于0.4mm干擾耦合振動消失。壓電復合材料的帶寬與復合材料內(nèi)部壓電振子受到的夾持力和壓電振子的畸形振動有關(guān),復合材料中壓電振子受到的夾持力越大,振子的畸形振動越弱,帶寬越大。
　　 4.聚合物的彈性模量對復合材料的振動特性產(chǎn)生大的影響,高彈性模量的物質(zhì)易使壓電振子之間產(chǎn)生振動耦合,低彈性模量的物質(zhì)可以阻止振子之間的振動耦合。當聚合物為聚氨酯時,取聚合物寬度d2=0.3mm,壓電相寬度d1=0.7mm時,干擾耦合振