纤维增强改性阻尼材料研究

    ０　引言

    随着机械设备和交通工具高效、高速和自动化的发展趋势日益显现，阻尼材料已被广泛应用于解决噪声和振动问题。特别是伴随着高速铁路的发展，减振降噪技术及其材料的开发研究在我国轨道交通行业显得十分必要和迫切。为了满足工程应用的需要，对高强度、轻质量、高阻尼性能材料的需求呈上升趋势。而纤维增强复合材料的发展迎合了这一趋势，得到了国内外研究人员的重视［１－３］。Ｈａｍａｄａ［４］对玻璃纤维增强自由阻尼处理梁的阻尼性能做了实验分析和计算验证，研究了不同纤维取向和不同金属基板对样品阻尼因子和振幅的影响。Ｆｉｎｅｇａｎ等［５］将纤维填充聚合物体系进行特殊处理，发现将高耗能的涂料涂覆在纤维表面可以提高材料的阻尼性能。Ｆｕｊｉｍｏｔｏ等［６］研究了由碳纤维、环氧树脂和聚乙烯构成的ＣＦＲＰ／阻尼材料复合结构，发现其特殊的“三明治”（Ｓａｎｄｗｉｃｈ）结构，内耗是传统ＣＦＲＰ材料的５～５０倍。范文忠等［７］研究了纤维的混杂方式对环氧树脂玻璃化转变温度和阻尼性能的影响，实验证明混杂纤维种类、方式、含量对材料的力学和阻尼性能有重要的影响。

    本实验比较了无机（玻璃）纤维／环氧树脂和有机（ＰＰ）纤维／环氧树脂复合材料的阻尼性能和力学特性，研究了添加聚乙烯醇（ＰＶＡ）纤维、聚丙烯（ＰＰ）纤维、聚酯（ＰＥＴ）纤维的聚丙烯酸酯类阻尼浆的动态力学性能。

    １　基本原理

    １．１　阻尼材料参数

    阻尼材料一般又称为粘弹阻尼材料，兼有粘性液体损耗能量和弹性固体储存能量的特性。在受到循环应力作用时，能将大量的机械能转变成热量耗散掉。材料的阻尼性能主要用弹性模量和损耗因子（损耗角正切ｔａｎδ）来表征［８］。

    复模量可以表示为：

　　Ｅ（ω）＝σ（ω）／ε（ω≡Ｅ′＋ｊ　Ｅ″≡Ｅ′［１＋ｊη］ （１）

    式中：σ（ω）为作用在阻尼材料上的正弦力，ε（ω的应变量。实部Ｅ′即为储能模量，虚部Ｅ″为损耗模量。

    损耗因子的计算公式为：

　　　　η＝Ｅ″／Ｅ′（２）

    １．２　复合材料阻尼机理

    复 合材料由基体和添加物组成，其阻尼主要有以下５种来源。

   （１）基体和／或纤维的固有粘弹性：除了碳纤维或Ｋｅｖｌａｒ纤维等以外，大多数纤维增强复合材料阻尼的主要贡献来自于基体。