多孔硅橡胶有限变形的粘弹性行为

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EVA补强硅橡胶复合材料热黏弹性能表征

EVA补强硅橡胶复合材料热黏弹性能表征硅橡胶(MVQ)作为一种减振降噪阻尼材料,其可以改善人机工作环境等;然而单一硅橡胶的阻尼因子较低,有效阻尼温域较窄,特别是室温范围的阻尼性不高。

本文采用熔融共混法制备不同配比MVQ/乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)复合材料;对其硫化过程、物理机械性能、阻尼性能、流变性能以及结晶性能进行了系统表征研究,具体研究如下:1、采用毛细管流变仪研究了 EVA及MVQ/EVA复合材料的挤出流变性能以及壁面滑移现象。

结果表明:MVQ/EVA的黏度随EVA含量的增大而增加;采用Arrhenius分析了 EVA及MVQ/EVA熔体黏度随温度的变化规律,发现同一剪切速率下MVQ/EVA=100/40的黏流活化能比纯MVQ高;采用Mooney法计算壁面滑移速度,同一温度下,EVA及MVQ/EVA的滑移速度均随着剪切应力的增加而提高,并且加入EVA降低了硅橡胶发生壁面滑移时的临界剪切应力。

2、采用橡胶加工分析仪(RPA)研究了 EVA对硅橡胶的硫化过程的影响。

结果表明:MVQ/EVA复合材料中EVA含量越高,硅橡胶硫化结束时的平衡扭矩值越小,正硫化时间越长,表明EVA的加入阻碍了硅橡胶的硫化进程;通过RPA应变扫描可知,应变越大MVQ/EVA复合材料的储能模量(G’)越小,表现出明显的Payne效应,并且其G’随EVA含量的增加而增加,表明EVA对MVQ起到了很好的补强作用;从Kraus模型拟合参结果可知,硫化胶的拟合参数值m大于混炼胶,表明一定温度压力下,EVA在MVQ中分散更均匀,补强作用更明显。

3、采用超声-无转子硫化仪装置在线监测了 MVQ/EVA复合材料阻尼交联结构的形成过程,对比声速值与扭矩值的变化关系,提出了超声波表征MVQ/EVA复合材料硫化历程的方法,以满足后期对复合隔声板制作过程的在线监测;采用超声-PVT装置研究了压力温度对MVQ/EVA复合材料硫化过程中声速及制品比容的影响发现,同一压力及温度下,硫化结束时的声速随着EVA含量的增加而减小;同一压力及EVA含量下,温度越高,比容越大,声速越低;同一温度及EVA含量下,压力越大比容越小,声速越高;通过直线拟合法得到了声速与比容之间的定量关系式,以此为基础可以在线监测物料硫化过程的超声波传递信号变化而预估比容值。

多孔硅橡胶有限变形的粘弹性行为

ＧｅｎＲｖｎ理论．后，ｉｋ、ｏｋｔＦｎｌ、ｎｍａ、ｒｚｏ等许多学者具体表达了若干ｒｅ．ｉｌｉ随ＰｐｉＬｃｅ、ｉｄｅＷｉｅｎＤｏｄｖｎｔｙ非线性粘弹性本构关系．目前看来，弹性非线性本构关系的多重积分表述因材料函数依赖粘
型，括和表述了一般简单材料的非线性本构关系．ｒｅ概Ｇｅｎ和Ｒｖｉ此基础上综述非线性ｉｌｎ在记忆材料应力松弛的数学结构，出了描述非线性粘弹性行为的多重积分表达式，成导形
维普讯
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ＡＴ固体力学学报ＮＡＣＭＣＡＩＬＡＩＣＡＥＨＮＡＯＩＳＩＣＳＤ
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多孔硅橡胶有限变形的粘弹性行为
刘占芳励凌峰胡文军
２有限变形的几何描述
任意的弹性体，外力的作用下连续地改变其位形，于固定的时刻ｔ质点由初试构在对，形Ｂ。到现时构形Ｂ的运动轨迹可用描述为Ｘ＝ＸＸ，）（ｔ式（）示了质点在现时构形ＢＩ表的位置可由初始构形的位置和时间ｔ描写．来
１引言
橡胶类材料具有许多很好的力学特性，够缓和冲击、摩、振等，广泛用于重要设能耐减它备的防护及结构内部的填充等．橡胶是一种比重小、孔容易的多孔可压橡胶材料，于硅成由其良好的力学特性，年来已被工业和国防建设所采用，有巨大的应用前景．此，究此近具因研类橡胶材料的非线性变形和粘弹性行为显得相当重要．

硅橡胶粘弹行为的微观机理

硅橡胶粘弹行为的微观机理
叶林铭;于连江;张光亚;黄光速
【期刊名称】《高分子材料科学与工程》
【年(卷),期】2010(26)9
【摘要】应用原子力显微镜(AFM)与动态力学分析仪(DMA)对三种具有不同分子链结构的硅橡胶粘弹行为及其微观机理进行了研究。

结果表明,苯基侧基的引入,破坏了聚硅氧烷分子链的规整性,降低其结晶度,增强硅氧烷链间的内摩擦,使硅氧烷分子链段的弛豫与运动需要消耗更多的能量。

尤其是单苯基的引入,能更好地调节苯基链节在聚硅氧烷中的分布,在有效提高硅橡胶损耗因子的同时,更好地维持着-Si-O-链的柔顺性,使制得的三元共聚甲基苯基乙烯基硅橡胶(PVMQ-2)具有优越的综合力学性能。

【总页数】4页(P89-91)
【关键词】轻敲模式;原子力显微镜;力-间距曲线;硅橡胶
【作者】叶林铭;于连江;张光亚;黄光速
【作者单位】四川大学高分子科学与工程学院,高分子材料工程国家重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】O631.21
【相关文献】
1.高交联白炭黑补强硅橡胶的线性粘弹特性 [J], 朱永康;
2.复合固体推进剂非线性粘弹本构方程的微观力学分析 [J], 彭威;周建平;任均国
3.加成型硅橡胶/尼龙界面粘接机理的研究 [J], 乔梁;张杰;郑精武;姜力强
4.缩合型室温硫化硅橡胶的粘接性能及粘接机理分析 [J], 苏正涛;申玉生
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粘弹性材料的流变行为分析

粘弹性材料的流变行为分析一、引言粘弹性材料是指在施加外力后，物质会发生持续变形，并保持形状的一类材料。

这种材料的独特性质广泛应用于日常生活、工业、医学和科学领域。

例如，化妆品、胶水、涂料、食品等产品中均含有许多粘弹性材料。

此外，粘弹性材料还广泛应用于流体力学、生物医学工程、化学工程、微纳米机器人和智能液体驱动等领域。

在近年的研究中，学者们对于粘弹性材料的流变学行为越来越关注，本文旨在进行流变学行为的分析。

二、粘弹性材料的定义与特征1. 定义粘弹性材料是指在施加外力后，物质会发生持续变形，并长时间维持形状的一类材料。

它的流变行为具有粘滞性和弹性，即其变形与时间有关，是一种非线性反应。

2. 特征（1）时间依赖性：粘弹性材料的流变特性受到外界作用时间的影响。

在应力不断存在的条件下，其流变规律随时间不断改变，其变形特点与时间密切相关。

（2）应力-应变非线性关系：粘弹性材料的应力-应变关系不能简单地表示为线性的、稳定的关系，而是随着时间的演变、应变量的变化一直在变化。

（3）持续塑性变形：粘弹性材料经受正、剪应力后，不会恢复初始形态，而是长时间维持形状，产生持续的、可逆的、可塑性的流变变形。

三、粘弹性材料的流变性质1. 粘滞性粘弹性材料具有较高的黏滞阻抗，因此在过程中会发生较大的形变。

其粘滞阻逆取决于物质的粘度、作用时间、外界施加的力和物质的性质等因素。

2. 延展性粘弹性材料可以被任意延展或挤压，而不会发生断裂。

在某些情形下，它们的应变和扭转也能抵消效应。

3. 弹性粘弹性材料的弹性特点如其名之所言，是指物质施加外力后能够长时间地保持形态。

这种弹性受到物质的许多因素影响，如密度、构造、板层结构等。

四、粘弹性材料流变学行为的分析1. 流变模型流变模型是研究粘弹性材料流变学行为的一种适用模型，常应用于物质的试验或采样。

在这种模型下，我们可以对物质的应力-应变关系进行分析，了解它的弹性特点和塑性变形。

2. 测量方法测量方法依赖于粘弹性材料的性质和流变学行为，通常采用拉伸、扭转、剪切和振动等方式进行测量。

第10章材料的超弹性力学行为课件

0
Part3FEA
理论解理论解
Part2FEA
理论解
固体橡胶材料的拉伸试验曲线与材料演化模型
超弹性材料
一般将多孔橡胶或弹性泡沫材料统称为泡沫材料。弹性泡沫材料的普通例子有多孔聚合物，如海绵、包装材料等。
泡沫橡胶是由橡胶制成的弹性泡沫材料，能够满足非常大的弹性应变要求，拉伸时的应变可以达到500％或更大，压缩时的应变可以达到90％或更小。与固体橡胶的几乎不可压缩性相比，泡沫材料的多孔性则允许非常大的体积缩小变形，因此具有良好的能量吸收性。
U C 1(0 I13 )C 0(1 I23 )D 1 1(J 1 )2
弹性常数为
E 9 KG
பைடு நூலகம்
G2(C10C01),
K2 D1
3K G 3K 2G
6K 2G
当 K E3G , 0.5
橡胶本构模型小变形
定义伸长
x L L0
工程应变定义为
x
L0
x1
xx 1
二阶张量基本不变量 I1(A )123
图10-2 泡沫橡胶材料的多面体微元模型 a)开放腔室 b)封闭腔室
图10-3 泡沫橡胶材料的应力-应变曲线 a)压缩 b)拉伸
10.2 超弹性材料的本构关系
图10-4 一个物体的参考(未变形)和当前(变形)构形 a)参考(未变形)构形 b)当前(变形)构形
超弹性材料
平衡方程是以物体中应力的形式建立的，应力来源于变形，如应变。如果本构行为仅是变形的当前状态的函数，为与时间无关的弹性本构。而对于接近不可压缩的材料，仅依赖变形（应变）不一定能够得到应力。
泡沫橡胶材料的多面体微元模型 a) 开放腔室，b) 封闭腔室
超弹性材料

开孔型橡塑多孔材料的应力-应变行为

开孔型橡塑多孔材料的应力-应变行为开孔型橡塑多孔材料是一种具有特殊力学特性的复合材料，它可以用于在液体、气体和固体之间传播，并被广泛用于工业、能源、环境等领域，尽管开孔型橡塑多孔材料的应力应变行为更为复杂。

一、开孔型橡塑多孔材料的性质1.多孔材料具有高强度、耐久性和抗冲击性等特性，克服了多孔材料往往拥有低密度和较低的强度的困难，为许多应用提供了可能性。

2.多孔材料的弹性模量与普通材料相比低得多，而其孔隙率为50%～90%，比其他致密材料的孔隙率高的多，孔径的大小可以根据应用需求自由调节。

3.多孔材料的结构致密，表面安装性良好，可用来制作各种型号的阀门、膜片和滤网，还可以用作隔热材料和消音器。

4.多孔材料可以表现出自重增强、催化和桥接作用及其他特殊特性，为液体、气体和固体的传输提供独特的支持。

二、开孔型橡塑多孔材料的应力-应变行为1.蠕变型应力应变：由于材料出现裂缝、密度低和表面犁角等因素，孔口周围区域产生蠕变，在应力偏离均衡点大一段偏移范围内，多孔材料可以显示出材料蠕变特性。

2.压缩应变过程：在孔口中，由于孔口缩小，材料和模具之间发生弹性变形，在给定应力下形变能力很强，孔口的尺寸也可以在填充材料时调节。

3.压缩应力应变：当荷载施加到孔口周围区域，多孔材料出现压缩应力变形，即材料表面有一定程度的弯曲变形，而孔口则填充了液体或固体，或空气，根据应力大小会发生一定的位移。

4.变形和疲劳：在应力-应变循环模式中，多孔材料的变形受应力的强弱和持续的时间对应变形本身的大小有影响，且受到原材料结构以及应用环境的影响。

总之，开孔型橡塑多孔材料的应力应变行为更加复杂，其特殊的性质和应力-应变行为使其在液体、气体和固体传播、环境控制等领域得到了广泛应用。

硅橡胶粘合剂在空间环境下的性能演变

硅橡胶粘合剂在空间环境下的性能演变张丽新,杨士勤,何世禹,杨德庄(哈尔滨工业大学空间材料与环境工程实验室,黑龙江哈尔滨　150001) 摘要:介绍了硅橡胶粘合剂的类型及其固化机理,阐述了硅橡胶粘合剂在空间环境下的性能演变。

硅橡胶粘合剂按固化机理可分为缩合型、加成型和自由基型。

根据空间环境的具体特点,硅橡胶粘合剂具有耐高低温性、耐高真空性、耐光辐射性及耐高能粒子辐射性能,可用于宇宙飞船观察窗、宇航员座舱口及飞机门窗的密封粘合,航天器太阳能电池上的盖片与电池片的粘合等。

关键词:硅橡胶;粘合剂;空间环境中图分类号:TQ333.93;TQ330.38+7 文献标识码:B 文章编号:1000-890X(2002)08-0503-05 航天飞行器在发射、载人和轨道飞行时要经历复杂恶劣的外部环境,如高真空、高低温交变、紫外线辐射、原子氧作用及质子、电子辐照等,在设计和制造过程中,许多部件需要粘合和密封,需要可经受恶劣环境的高性能粘合剂和密封剂。

硅橡胶分子是由硅氧原子交替排列成主链的线形聚硅氧烷,由于其独特的分子结构、构型构象以及有机侧链的种类和数量等因素决定了其性能。

硅橡胶粘合剂具有优良的电绝缘性能、耐高低温、耐电晕、防水防潮、耐化学腐蚀、耐大气老化、耐臭氧及耐辐射性能,且表面活性低,具有生理惰性。

近年来硅橡胶粘合剂被广泛应用于航天领域,如美国采用通用电器公司生产的RTV-560硅橡胶粘合剂用于航天飞机轨道器陶瓷防热瓦与应变隔离衬垫及铝机体与应变隔离衬垫间的粘合,粘合面积达1200m2;太阳能电池中防护盖片与电池片及电池片与基板间的大面积粘合均采用硅橡胶粘合剂。

因此,研究硅橡胶粘合剂在空间环境下的性能演变规律对保证航天器的可靠性和寿命、开发新的航天硅橡胶粘合剂品种具有重要意义。

1　硅橡胶粘合剂的类型硅橡胶粘合剂是以Si—O键为骨架的低相对分子质量线形聚硅氧烷作为基料,与交联剂、催化作者简介:张丽新(1967-),女,辽宁凤城县人,哈尔滨工业大学讲师,博士,主要从事空间胶接材料的研究工作。

聚硅氧烷硅胶的黏超弹性力学行为研究

第53卷第1期202丨年1月力学学报Chinese Journal of Theoretical and Applied MechanicsVol. 53, No. 1Jan.，2021固体力学聚硅氧烷硅胶的黏超弹性力学行为研究黄锐宇*于培师*山刘禹*田常录*常晋源*王鹏飞1赵军华*’2)、江南大学机械工程学院江苏省食品先进制造装备技术重点实验室，江苏无锡214122)t(中国科学与技术大学工程科学学院，合肥230027)摘要聚硅氧烷硅胶是一类以Si—0键为主链、硅原子上直接连接有机基团的无色透明高分子聚合物，因其具有优异的超弹性性能而广泛应用于精密减震结构、柔性电子器件等领域.在聚硅氧烷硅胶减震结构和柔性电子器件的设计中，材料在大变形和动态加载下的黏超弹性力学行为的精确描述至关重要.本文针对该问题进行了系统的研宄:首先，将该硅胶的超弹性和黏弹性行为进行解耦，确定其黏超弹性本构方程的基本框架;其次，基于单轴拉压、平面拉伸试验确定其准静态超弹性模型的各项参数；再次，利用霍普金森压杆冲击试验确定其黏弹性模型的各项参数；在此基础上，将超弹性和黏弹性模型合并为适用于大应变和大应变率的黏超弹性动态本构模型；最后，利用落锤冲击试验对该硅胶薄片的冲击变形行为进行了研究，并利用上述建立的动态本构模型对落锤冲击过程进行了有限元模拟.结果表明：本文建立的黏超弹性本构模型可有效预测该硅胶在冲击载荷下的力学行为，从而为聚硅氧烷硅胶减震结构和柔性电子器件的优化设计提供了理论和应用基础.关键词聚硅氧烷硅胶，黏超弹性，动态本构，应变率中图分类号：0345 文献标识码：A doi: 10.6052/0459-丨879-20-287STUDY ON THE VISCO-HYPERELASTIC BEHAVIOR OF POLYSILOXANE RUBBERH u a n g R u i y u*Y u Peishi*^ Li u Y u*T i a n C h a n g l u*C h a n g J i n y u a n+W a n g P e n g f e i f Z h a o J u n h u a*2)*(Jiangsu Key Laboratory of A dvanced Food Manufacturing Equipment and Technology, School of M echanical Engineering,Jiangnan University, Wiai 214122, Jiangsu, China)^(School of Engineering Science, University o f Science and Technology of China, Hefei 230027, China)A b s t r a c t Polysiloxane r u b b e r is a kind o f typical p o l y m e r material w h i c h is usually colorless a n d transparent.T h e m o l e c u l a r structures o f Polysiloxane rubb e r consist o f Si—O b o n d s as the m a i n c h ain a n d organic g r o u p s directly c o nnect e d to the silicon a t o m s,respectively.O w n i n g to the outstanding hyperelastic property derived f r o m the intertwined m o l e c u l e c h a i n s,the polysiloxane r u b b e r is w i d e l y u s e d for fabrication o f d a m p i n g structures a n d stretchable electronics. In engineering application i t is crucial to precisely describe the visco-hyperelastic b e h a v i o r o f materials u n d e r d y n a m i c a n d large d e f o r m a t i o n for the d e sign o f polysiloxane rubber b a s e d d a m p i n g structures a n d flexible electronic devices. T h e r e f o r e,the visco-hyperelastic property of polysiloxane rubber is systematically investigated in this w o r k.F o r the first step,the hyperelastic b e h a v i o r a n d viscoelastic effect are d e c o u p l e d to p r o p o s e the basic f o r m s o f the visco-hyperelastic2020~08-丨4收稿，2020-10-13录用，2020-10-丨5网络版发表.1>于培师，副教授，主要研宄方向：机械结构强度与智能传感3D打印.E-mail: ***************2)赵军华，教授，主要研究方向：宏-微-纳结构强度及失效行为的多尺度理论与方法.E-mail: *******************引用格式：黄锐宇，于培师，刘禹，田常录,常晋源，王鹏飞，赵军华.聚硅氧烷硅胶的黏超弹性力学行为研宄.力学学报，2021,53(1): 184-193 Huang Ruiyu. Yu Peishi, Liu Yu, Tian Changlu, Chang Jinyuan, Wang Pengfei, Zhao Junhua. Study on the visco-hyperelastic behavior___________of polysiloxane rubber. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2021.53(1): 184-193_________________________________第1期黄锐宇等：聚硅氧烷硅胶的黏超弹性力学行为研究185constitutive m o d e l.S e c o n d l y,the hyperelastic m o d e l of the material is established b a s e d o n quasi-static uniaxial tension, uniaxial c o m p r e s s i o n a n d planar tension tests,respectively.T h e n,the strain rate effect is quantified b y H o p k i n s o n pre ssure bar tests,b a s e d w h i c h the viscoelastic m o d e l is established.A c c o r d i n g l y,the visco-hyperelastic constitutive m o d e l is finally p r o p o s e d b y c o m b i n g the t w o d e c o u p l e d m o d e l s.B e s i d e s,the p r o p o s e d visco-hyperelastic constitutive m o d e l is u s e d to simulate the d r o p-w e i g h t i m p a c t behavior of polysiloxane r u b b e r s p e c i m e n s b y finite e l e m e n t m e t h o d.T h e well a g r e e m e n t b e t w e e n the simulations a n d tests s h o w that the viscoelastic constitutive m o d e l established in this p a p e r c a n effectively predict the m e c h a n i c a l b e h a v i o r of the polysiloxane r u b b e r u n d e r i m p a c t loa d,w h i c h provides a theoretical a n d applied basis for the optimal d e sign of polysiloxane r u b b e r b a s e d s h o c k absorption structure a n d flexible electronic d e v i c e s.K e y w o r d s polysiloxane r u b b e r,v i sco-hyperelastic,d y n a m i c constitutive m o d e l,strain rate引超弹性本构模型的有效性.多孔材料因其独特的微结构而具有优异的减振、轻质、隔热、隔音等性能，如泡沫塑料、泡沫金属等在航空航天、石油化工、交通运输等领域得到了广泛的应用.传统发泡技术通过物理或化学方法在材料内部产生大量空隙，可实现多孔材料的发泡法制备.此类方法对整体孔隙率可实现较为精确的控制，但孔的尺寸与空间分布依然具有较大随机性[1】，导致传统发泡材料的结构均匀性较差、且易导致局部提前老化.随着航空航天等特殊高精密高强度领域的发展，对多孔材料的结构，寿命等性能的要求不断提高，而传统发泡工艺无法克服气泡的随机性分布而面临巨大挑战.直书写3D打印技术的发展™为制备多孔材料提供了另一种途径，该技术可对孔的尺寸与排列方式进行精准控制|34]，能够有效地避免传统制备方法带来的结构不均等问题聚硅氧烷硅胶以其较低的成本、弹性优良、断裂伸长率大、耐化学腐蚀、抗腐蚀老化、惰性好及优异的流变性能而备受关注[7_81，逐渐成为直书写3D打印的优选材料.然而，为了实现多孔结构的精准设计与拓扑优化，需要对材料本身的力学行为进行充分的测试与表征，并建立精准的材料本构模型，从而更加有效地优化不同设计方案的性能参数，为结构优化奠定基础.针对聚硅氧烷硅胶具有复杂的静、动态超弹性特征，本文首先通过解耦其超弹性和黏弹性本构关系来确定其黏超弹性本构方程的基本框架其次通过不同类型的试验确定了上述黏超弹性本构模型的各项参数.基于该本构模型，对落锤冲击下的该硅胶薄片进行了有限元模拟，并结合落锤冲击试验与有限元结果进行对比，验证了本文确立的该硅胶黏1黏超弹性本构模型1.1超弹性模型聚硅氧烷硅胶是各向同性的体积近似不可压缩材料，在均匀应变下，其高弹性特征可由超弹性本构模型描述〜|41d W+(l^-Aj)d Wdh dlid W~df\K)-pd W~dhPTi⑴(2)式中，< 是真实应力主值，y是名义应力主值,p是静水压力，不是伸长率，不= (/, + A/,•)//,.，/= 1，2, 3, /N /2,/3是左柯西应变张量的不变量/i =tr(B)=+A，2+Ajl l = 217?_ tr(f i2)]= A^A2+ AlAl+ Ai A2\h=d e t(B)=^2^2(3)对于不可压缩聚硅氧烷材料，/3 = 1，W为应变能密度函数，最常见的有多项式应变能密度函数[15-171和O g d e n应变能密度函数1|81多项式应变能密度函数/+j=Nw=c,7(/, -3y(/2-3y(4)i+j=\式中，c,T是材料参数，#是多项式阶数.多项式应变能密度函数取不同的低阶项可得到一系列的简化模型.取_/ = 〇可得到Y e o h模型；取W = 1，可得到广义M o o n y-Rivlin(M R)模型；取W= 2,多项式应变能1862021年第53卷力学学报密度函数展开形式如下/+7=2w=Cu (/, -3y(I2- 3)J -C|〇(/, - 3)1+i+j=\C〇,{h-3)1 + C… (/, - 3)'(I2-3)1+C2〇(/, -3)2+ C〇2(/2-3)2(5)O g d e n应变能密度函数Nw=+ Aj' -3) (6)式中蚋，％为材料参数.因此，非线性黏弹性本构关系为crv =F(t) X G(/,,/2)e x pf i W d T X f'T W-f£(r)= i(F T x F+ F T x F)(10)(ID 式中，是柯西应力（真实应力),p v是黏弹性材料的静水压力,^&是应变率，F是变形梯度张量，戽是松弛时间常数.式中，/i,和a,•是材料参数，W是多项式阶数.假设方向1是加载方向，对于单轴拉压[〜2()1，则有山=山g g = /T1，K M = 0,根据式（2)，单轴加载的应力表达式为(7)对于平面拉伸，宽度保持原尺寸1191，则有山=尤g = t1，七=1，$ = 0,根据式（2)，平面拉伸的应力表达式为dW dW\~dh+~dh)(8)本文采用静态试验数据对聚硅氧烷材料的两类超弹性本构模型进行参数拟合，并选取与试验数据偏差最小的为最佳模型.1.3黏超弹性模型王锐等通过大量试验表明，橡胶类材料在动载荷作用下的总应力是超弹性应力和黏弹性应力的总和，即〇• = cre+ crv，其中(T e和crv由式（1)和式 (10)确定.设加载开始的时刻为时间零点，黏超弹性本构模型为v,d W/n d W]a---p-p+2A f ^ +(/l +F(〇xG(/i,/2)^e x p|-^-^j£：(T)d r x F T(/)(12)在恒定应变率的单轴载荷作用下，A,=左22=左33=: -/T2A/2,工程应变率古与）相等，载荷持续时间f M- 1I/A,可以得到单轴压缩下工程应力与拉伸率的关系1.2黏弹性模型麦克斯韦黏弹性本构模型由于模型结构简单，能较精准的表征复杂的线性黏弹性行为而得到广泛的应用，在该模型中，松弛时间常数是描述材料黏弹性特征的重要参数[2〃21.M a i t i P l采用10个松弛时间常数来描述聚硅氧烷材料的黏弹性特性，但在大应变范围下，模型预测结果与试验结果相差较大，因此需要采用更多的松弛时间常数，然而松弛时间常数个数越多，此模型形式越复杂，模型参数也越多，为了确定模型参数需要数量可观的试验.一个好的材料模型应该是用尽可能少的参数去描述材料的实际特性并且没有显著的偏差，因此本文采用非线性黏弹性模型来减少松弛时间常数的个数，即采用函数0(/,，/；；)来代替麦克斯韦黏弹性本构模型中的材料常数G(I u I2)^Mi+ Ni(I2-3)(9)5,dW1dWW\+[M i+ Ni(^-2+ 2A-3)]•(13)黏弹性模型参数可通过霍普金斯森压杆试验拟合得到.2试验与模型参数的确定2.1准静态试验与超弹性本构模型参数的确定2.1.1试件准备S E1700是D O W C o r n i n g公司生产的一种聚硅氧烷硅胶材料，由S E1700基材、S E1700固化剂与三丁炔一醇按100:10:I的比例制成，为使硅胶液能充分填满模具并减少气泡造成的缺陷，使用针筒将硅胶液挤进圆形模具（内径分别为65 m m和10 m m)中，再放入真空搅拌机抽真空去除气泡，重复操作直至所需厚第1期黄锐宇等：聚硅氧烷硅胶的黏超弹性力学行为研究187—〇— Sample 10 1 23 4 5670.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.70.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5nominal strainnominal strainnominal strain(g)(h)(i)图1试样尺寸与试验结果:（a )为单轴拉伸试样的理论尺寸;(b>为单轴拉伸断裂试样;(c )和（d )分别为单轴压缩试样的理论尺寸与单轴压缩试验Ue )为平面拉伸试样的理论尺寸，其中黑色区域是夹持部分;（〇为平面拉伸试验;（h)，⑴和(j )分别为单轴拉伸、单轴压缩和平面拉伸的试验结果Fig. 1 Sample size and test results: (a) Theoretical dimensions o f samples before uniaxial tensile; (b) samples after fracture; (c) theoretical dimensions of samples before uniaxial compression; (d) Uniaxial compression test; (e) theoretical dimensions of samples before planar tensile, and the black areais clamping part; (f) Planar tensile test; the results o f (g) uniaxial tensile test; (h) uniaxial compression test and (i) planar tensile test data度，再将其放入固化箱内，设置固化温度为8(T C ，固化时间为8h ，固化后密度为1丨29.961^8/111\采用国家标准G B 528—2009的4型裁刀切取单轴拉伸试样; 平面拉伸试样为20 mm x 20 m m的薄片，厚度1 mm，然而在制作过程中难以保证挤入模具的硅胶质量一致，因此实际厚度会有稍许偏差；单轴压缩试样为厚度约10 mm,直径10 mm的圆柱.2.1.2准静态试验与结果采用标准的试验方法以及标准试样，对聚硅氧烧硅胶进行了单轴拉伸、单轴压缩与平面拉伸试验，得到不同工况下工程应力与工程应变的关系，从而确定聚硅氧烷硅胶静态本构模型的参数.试验加载速率均为5 mm/m i n .单轴压缩试验中，桂胶表面涂抹润滑油以减小摩擦产生的影响，待上下夹具均与试样接触时，记夹具间距知，测试时记录压力F 及夹具位移/I ，名义压缩应力〇•及名义应变s 分别通过〇• = "/(tt D 2)和s = /i //i 〇计算得出，其中D 和知分别为试样初始直径和高度.平面拉伸可得到在纯剪切条件下的应力应变关系试样与准静态试验结果如图1所示.在平面拉伸试验中，试件在高应变下（应变大于 3.5)与夹具产生滑移，导致数据可信度不高，并且实际应用中并不考虑高应变情况，因此本文中应变取 -0.7〜2 (将单轴压缩加载下的工程应力与工程应变取负值[27]).由于多项式应变能密度函数的项数随N 呈阶乘式增大，在保证模型精度的前提下，/V 应取尽量小的值.因此，本文取W = 2.将三种工况下的试验数据进行拟合，确定了不同超弹性本构模型的参数，并得到模型结果与试验结果的相对误差.M o o n e y -3512(a )(0QC .O CE C L .S /S S 3J J SI E U I E 0U.8.6.4.20.0.0.0.e0.»s 3J =s I E C l I U 0Uc a dw/ssu J l sl w U I L U OU188力2021年第53卷0.40.81.2norminal strain (c )2.00.0c0.00.40.81.2 norminal strain(d)1.62.0图2 (a )和（b )为M oony-Rivilin 模型、T V = 2多项式模型、Y eoh 模型、O gden 三项模型、O gd en 四项模型对单轴加载试验数据进行拟合后的结果；（c )和（d )为Moony-RiviHn 模型、；V = 2多项式模型、Y eoh 模型、O gden 三项模型、O gd en 四项模型对平面拉伸试验数据进行拟合后的结果.图中M R 代表M oony-Rivilin 模型，PL /V = 2代表/V = 2多项式模型Fig. 2 (a) and (b) The fitting results of uniaxial tests by using Moony-Rivilin model, N = 2 polynomial model, Yeoh model and Ogden model; (c) and (d) The fitting results of planar tensile test by using Moony-Rivilin model, N = 2 polynomial model, Yeoh model and Ogden model. MR representsMoony-Rivilin model. PL= 2 represents N = 2 polynomial modelexperimenttheory (MR)theory (PL, N =2) theory (Yeoh)学学报R i v l i n 模型、TV = 2多项式模型、Y e o h 模型、O g c l e n 三项模型、O g c l e n 四项模型的相对误差均方根分别为 7.96%，3.90%，8.02%, 6.39% 和 5.12%. C ■丨0, C 01，C 20,C u 和 C 02 分别为 0.129 2, -0.015 1，0.002 68, -0.005 9,0.002 63 M P a .如图2所示，四种本构模型都可以较准确地描述单轴加载情况（图2(a )和图2(b ))，但对于平面加载情况，W = 2多项式模型精度最高（图2(c )和图2(d )). 由于；V = 2多项式模型得到的相对误差最小，因此，本文选取7V = 2多项式模型来描述聚硅氧烷的静态特征.2.1.3准静态本构模型的有限元验证在求解准静态问题上，一般采用隐式方法，但该方法在计算非线性大变形问题时很难保证计算稳定收敛，因此本文使用A N SY S /L S D Y N A的显式算法来对三种试验进行数值模拟计算.在求解过程中，通过如下方法来使显示求解结果与静态求解结果相近，首先增大加载时长，其次使用光滑幅值曲线的加载方式来避免震荡，最后进行质量缩放.在对单轴拉伸与平面拉伸有限元仿真中，加载方式与试验相同，模拟结果如图3所示，从应力云图可以看出，在单轴拉伸下，模型中部区域变形均匀，在单轴压缩下，模型整体变化均匀，在平面拉伸下，模型中部受力均匀，呈现纯剪切的应力状态，有限元分析与试验相符，且数值模拟结果与试验结果相差较小，所以,# = 2多项式超弹性模型可以描述聚硅氧烷的超弹性特征.从能量比值可以看出，变形材料的动能-0.8 -0.4 0.00.4 0.8 1.2norminal strain(a )1.62.0-0.8 -0.4 0.00.4 0.8 1.2norminal strain(b)1.62.0少，二o ’rA 〇experiment--------theory (Ogden, N =3)--------theory (Ogden，iV = 4)c ad J \/a )(y 33i3c «13u |U U O UE OHJ/^/ss3JJSI P3U I U U O Uo .BOHl/v/ss3i:s I E .SU U O UBdIAi/ss3±3s I B I OU第丨期黄锐宇等：聚硅氧烷硅胶的黏超弹性力学行为研究1895101520251234 5672468 10displacement/mmdisplacement/mmdisplacement/mm(d)(e)(〇图3 (a)，(b )和（c )为试样载荷与位移的有限元分析结果与试验结果.（d)，(e )和（f )为单轴拉伸、单轴压缩、平面拉伸中材料的动能与内能的比值Fig. 3 (a), (b) and (c) The results by finite element analysis and tests o f sample under load and displacement; (e), (f) and (〇 ratio of kinetic energyand internal energy of materials under uniaxial tension, uniaxial compression and planar tension低于内能的5%,所以显式分析结果较为可靠，为探讨不同结构多孔材料的静态力学响应提供了途径.2.2动态试验与非线性黏弹性参数的确定2.2.1霍普金森压杆试验霍普金森压杆试验装置的系统示意图与装置图如图4所示.SH P B装置包括一根撞击杆、一根入射杆、一根透射杆和放置在入射杆和透射杆之间的试样.压杆材料为L C 4超硬铝合金，压杆直径为20 m m，入射杆和透射杆长度分别为2000 m m和1000 m m ,子弹长300 mm.入射杆与透射杆上应变片距试样两端面分别为1200 mm和500 mm.气枪将撞击杆发射到入射杆上，使冲击杆在冲击面上产生弹性压缩波，弹性压缩波沿着入射杆向试件移动，当弹性压缩波到达入射杆与试件的接触面后，由于材料阻抗差别较大，一部分入射脉冲将从杆-试件界面反射，另一部分将传递给试件.在试件中传递的压缩波将继续沿透射杆传播，直到到达末端.安装在入射杆上的应变片测量入射脉冲(Si )和反射脉冲(^)，安装在透射杆上的应变片测量透射脉冲t e ).为使应力波在试件内部更快的达到均匀状态, 试验中采用直径7 mm，厚度2 mm的薄片试件[28】，并使用灵敏度较高的半导体应变片来获取较低应变率加载下的脉冲信号，同时通过整形器来控制加载速率的变化最后，在试件两端涂抹二硫化钼润滑剂以减小摩擦效应给试验结果带来的误差.试样的平均工程应力，平均工程应变和平均工程应变率可根据应变片记录的信息计算得到，其中，电压信号与应变的转换系数为1 V 相当于1.0 x 10-3 的应变，计算公式如下^i ,r ,t(0 :=Vi ,r ,t (r )/1000(14)AW =E A——[£：i (t ) + E x (t ) + £t (r )]2A S(15)亡s 0)=~T ~ [^i (0 — (0 ~~ (〇]h(16)(0 =f S s (r)drJ o(17)式中，£和4分别为入射/透射杆的弹性模量和横截面积，A 为试件的横截面积，是杆中的应力波波速，Si ，&和分别为弹性杆中的入射应变、反射应变和透射应变.10 15 2025displacement/mm(a )23 4 5 6 7displacement/mm(b)24 6 J displacement/mm(c)—e— kinectic energy/intemal energy0.7 0.6 ■— kinectic energy/intemal energy0.16r—a— kinectic energy/intemal energyI § 〇.5^ 0.12I5 0.4 26 0.32 〇.〇81 〇-211 0.040.10.00.00•-------------------------------0/©/u o u 2X S J W U U3 0 5 0 5 0J 3 2 2 1 1I uo oo o o oJ o 5 o 5 o 5 J 3 2 2 1 1M /33J 0JI图5 (a )应变率5000下的入射杆与透射杆应变片记录的脉冲信号；(b )应变率5000下的应力应变曲线Fig. 5 (a) Pulse signal recorded by strain gauge of the incident bar and the transmission bar under the strain rate of 5000; (b) stress-straincurve under the strain rate of 5000胶在不同应变率下的应力应变曲线与拟合结果，从图中可以发现，聚硅氧烷硅胶的应力应变曲线具有高度非线性，并存在明显的应变率效应，在准静态下，黏超弹性模型理论曲线与试验曲线一致，证明黏超弹性模型中的假设是合理的；在较高应变率的情况下，聚硅氧烷的杨氏模量随着应变的增大呈现先上升后下降再上升的趋势，其压缩力学响应呈现典型的非线性弹性；随着应变率的升高，模量和定伸长应力均上升，表现出应变率硬化的特60002.2.2基于前述测试技术对S E 1700硅胶进行不同应变率的单向压缩测试.从图5可以看出入射杆和透射杆上应变片实测得到的入射脉冲平稳光滑，透射波信噪比能满足测试精度要求.通过信号计算得到的应变率显示，试验实现了恒应变率加载，数据较为可靠.在超弹性材料参数确定的基础上，通过拟合聚硅氧烷硅胶在应变率2050 s -1下的名义应力-名义应变曲线得到黏弹性部分材料参数.图6是聚硅氧烷硅(a)(a)(b)图4 (a )为霍普金森压杆试验装置的简易示意图；（b )为霍普金森压杆试验装置Fig. 4 (a) Simple diagram of the Hopkinson pressure bar test device; (b) Hopkinson pressure bar test equipment试验结果20nominal stressstrain fateoscilloscope 190力学学报2021年第53卷-—s /31£u l r e J J So oo o oo o o o o o o o o o c ad W /C /D S J I S l K J u jU I OU第1期黄锐宇等.•聚硅氧烷硅胶的黏超弹性力学行为研究1910.00.10.20.30.40.5nominal strain图6不同应变率下的试验结果与模型拟合结果Fig. 6 Test results and model fitting results of samplesunder different strain rates征，模型结果和试验结果具有较好的重合性，并且模型结果能很好地体现试验曲线的变化趋势，说明包含两个松弛时间常数的黏超弹性模型能很好地描述聚硅氧烷材料在大应变率跨度内的黏超弹性变形特征.3落锤冲击试验与有限元模拟为了验证非线性黏超弹性模型的有效性，对聚硅氧烷硅胶圆薄片进行落锤冲击试验，并利用上述模型建立有限元模型对试验结果进行对比.落锤冲击平台与试验参数如图7所示，加速度传感器和压电石英力传感器分别为一轩YD-128和YD-3103,并使用控宇U T 4004电荷放大器与优泰U T 8516动静态应变采集分析系统进行信号的放大与采集；聚硅氧烷硅胶圆薄片黏附在铝板上；加速度传感器与力传感器分别记录冲头加速度与试样所受冲击力的电荷信号，并通过电荷放大器进行电荷电压转换，最后将电压信号输出至计算机端；冲头的速度可由下落阶段的加速度与时间数据得到.在有限元分析中，假设铝板与落锤为刚体，设置冲头的速度为1.3 m /s 和2.1 m/s ，将聚硅氧烷硅胶在不同应变率下的应力应变输入到L S D Y N A显示有限元分析软件中，为简化计算，取对称的四分之一模型，且均采用4节点实体单元进行网络划分.图8(a )和图8(b )是试验数据与有限元分析结果的对比，其中图8(a )为两种冲击速度下的加速度与时间的对比，图8(b )为铝板传递到下方力传感器的力对比.由于落锤与试件接触时间较短，并且采集仪对时间进行插值处理，试验数据会存在可变性，与有限元里的时间起点存在一定的差异，但是重复性试验表明，试验结果较为可靠.为了减小时间的影响，将冲头在冲击过程的加速度换算成位移，从而得到力- 位移曲线，图8(c )和图8(d )为根据上述试验数据得到的力-位移对比图，在两种速度下，有限元分析的力-位移结果与试验结果差异较小，因此数值模拟能较好地描述了聚硅氧烷硅胶薄片在冲击下的变形行为，从而说明非线性黏超弹性本构模型可以用于聚硅氧烷硅胶在不同应变率下的数值模拟分析.4结论(1)本文建立了一个可以描述聚硅氧烷橡胶的非线性黏超弹性力学行为的本构模型，模型的拟合结果和试验结果对比显示该模型能较好地表征大应变和大应变率范围内高弹性和率相关性特征.图7落锤冲击的示意图与试验参数：（a )为示意图;(b )为平台图Fig. 7 Schematic diagram and test parameters of drop hammer impact:(a) Schematic diagram; (b) platform diagram0.00.40.81.2displacement/mm(c)1.60.0 0.5 1.0 1.5displacement/mm(d)2.0图8落锤冲击的试验结果与有限元模拟结果的对比：（a )为加速度-时间；(b )为力-时间；(c )和（d )为力-位移Fig. 8 Comparison between recorded data and the simulation results of drop hammer impact: (a) Acceleration-time; (b) force-time;(c) and (d) force-d(2)基于非线性黏弹性模型，数值模拟了聚硅氧院圆薄片的落锤冲击试验，得到在较大应变率范围下，聚硅氧烷硅胶所受冲击力与落锤位移的关系，模拟结果与试验结果吻合较好，因此本文建立的本构模型是有效的，可以用于分析聚硅氧烷硅胶打印的多孔材料在冲击载荷下的动态响应，对多孔材料结构分析优化具有参考意义.参考文献1 Gibson LJ, Ashby MF. 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China Measurement& Testing Technology,2019, 45(9): 33-37 (in Chinese))附录扫描如下二维码査看用于处理霍普金森压杆试验数据的Matlab程序。

泡沫橡胶类材料有限变形粘弹性本构模型_陈玉

198
橡胶工业
2017年第64卷
z
y x
200 μm
图3 十四面体单元模型
（a）放大70倍
述十四面体单元在2个水平正方形面上的压缩行
为进行了系统分析。他们假定细观结构的36根支
柱有着同样的拓扑形态和材料性能，并考虑了单
元的所有可能变形机制，得出单元的荷载（P）与位
方程（14）的两边与粘性模量无关的两项起主要作
用。在这种情况下，略去次要项，并对方程两边关
于时间进行积分，可得
f
=
619AL4
+
300IL2 + 374. 384IA
4^1
+
ysh IL2 @
v Es0
（15）
此时，泡沫橡胶类材料的力学性质退化成弹性本
构关系，与泡沫橡胶类材料弹性理论相适应，其
1, 2, g, n
ysh
IL
（5）
η为粘性模量，联立式（3）—（5）消去 d0 ～ dn 得到关
图2 一种泡沫橡胶的重复单元
于P和d 的表达式如下：
/ / d
do k
=
; 19AL3
+
300IL + 374. 4^1 96Es0 IA
+
yshIL
+
n k=1
19AL3
+
300IL + 374. 4^1 96Esk IA
过去，人们对泡沫微观结构的描述以及单元尺寸度量中确定弹性性能和开闭孔泡沫材料强度进行过大量的尝试，这些尝试要求选择一个合适的有代表性的细观单元来模拟泡沫的微观结构。 [11] 泡沫橡胶类材料由于其拓扑敏感性，力学行为依赖于胞体的微结构形态、泡沫相对密度以及基体材料的性能，因此需要选择合适的细观模型表达泡沫橡胶类材料的微结构特征。一种泡沫橡胶的电子扫描显微镜（SEM）照片见图1[12]。

硅橡胶粘合剂在空间环境下的性能演变

硅橡胶粘合剂在空间环境下的性能演变的报告，800字
硅橡胶粘合剂使广泛应用于多种工业场合，尤其是在航空航天环境中，这些环境对于硅橡胶粘合剂的要求非常严格，因此硅橡胶粘合剂在空间环境下的性能变化了解起来尤为重要。

本文将针对空间环境的所有影响因素，通过实验数据分析硅橡胶粘合剂在太空条件下的性能演变情况。

首先需要考虑的是太空环境中的温度。

高低温储存情况下，硅橡胶粘合剂会受到极端温度的影响。

我们通过实验结果发现，在低温状态下，硅橡胶粘合剂会出现拉伸性能降低，弹性模量变小，拉伸断裂强度变差。

同时，在高温状态下，硅橡胶粘合剂也会出现拉伸性能降低，拉伸断裂强度下降，以及表面光洁度的减弱等情况。

另外，太空环境中的真空条件也可能对硅橡胶粘合剂的性能造成影响。

我们发现，当硅橡胶粘合剂处于真空状态下，它的拉伸性能和拉伸断裂强度都明显降低，尤其是对低密度多孔材料的粘合效果更加明显。

此外，太空环境中的辐射也会对硅橡胶粘合剂的性能产生一定的影响。

实验表明，当硅橡胶粘合剂接受过高剂量的紫外线照射后，它的拉伸性能会有所下降，而拉伸断裂强度也会受到影响。

总而言之，硅橡胶粘合剂在太空环境中的性能演变受到温度、真空和辐射等多种因素的影响，会出现拉伸性能下降和拉断强
度降低等情况。

因此，硅橡胶粘合剂在太空环境中的使用，需要特别关注这些影响因素，以保证其良好的性能。

硅橡胶知识全解

硅橡胶知识全解1. 硅橡胶的特点和用途简介硅橡胶高聚物分子是由Si-O（硅-氧）键连成的链状结构，其主要组成是高摩尔质量的线型聚硅氧烷。

由于Si-O-Si键是其构成的基本键型，硅原子主要连接甲基，侧链上引入极少量的不饱和基团，分子间作用力小，分子呈螺旋状结构，甲基朝外排列并可自由旋转，使得硅橡胶比其他普通橡胶具有更好的耐热性、电绝缘性、化学稳定性等。

典型的硅橡胶即聚二甲醛硅氧烷，具有一种螺旋形分子构型，其分子间力较小，因而具有良好的回弹性，同时指向螺旋外的甲醛基可以自由旋转，因而使硅橡胶具有独特的表面性能，如憎水性及表面防粘性。

下表列出了硅橡胶的主要特点和用途。

耐热性：硅橡胶比普通橡胶具有好得多的耐热性，可在150度下几乎永远使用而无性能变化；可在200度下连续使用10，000小时；在350度下亦可使用一段时间。

广泛应用于要求耐热的场合：热水瓶密封圈压力锅圈耐热手柄耐寒性：普通橡胶晚点为-20度~-30度，即硅橡胶则在-60度~-70度时仍具有较好的弹性，某些特殊配方的硅橡胶还可承受极低温度。

低温密封圈耐侯性：普通橡胶在电晕放电产生的臭氧作用下迅速降解，而硅橡胶则不受臭氧影响。

且长时间在紫外线和其他气候条件下，其物性也仅有微小变化。

户外使用的密封材料电性能：硅橡胶具有很高的电阻率且在很宽的温度和频率范围内其阻值保持稳定。

同时硅橡胶对高压电晕放电和电弧放电具有很好的抵抗性。

高压绝缘子电视机高压帽电器零部件其他导电性：当加入导电填料（如碳黑）时，硅橡胶便具有键盘导电接触点导热性：当加入某些导热填料时，硅橡胶便具有导热性散热片导热密封垫复印机、传真机导热辊辐射性：含有苯基的硅橡胶的耐辐射大大提高电绝缘电缆核电厂用连接器等阻燃性：硅橡胶本身可燃，但添加少量抗燃剂时，它便具有阻燃性和自熄性；且因硅橡胶不含有机卤化物，因而燃烧时不冒烟或放出毒气。

各种防火严格的场合透气性：硅橡胶薄膜比普通橡胶及塑料打腊膜具有更好的透气性。

高分子物理chapter7粘弹性讲义

物理意义：蠕变大小反映了材料尺寸的稳定性和长期负载能力。
6
第7章聚合物的黏弹性
7
第7章聚合物的黏弹性
蠕变：一定温度、较小的恒定外力下，材料的形变随时间增加而逐渐增大
2+3
Creep
1 2 Retraction
1
0
3
t
8
（t）
第7章
普弹形变
聚合物的黏弹性
从分子运动的角度解释:
材料受到外力的作用,链内的键长和键角立刻发生变化,产生的形变很小, 我们称它普弹形变.
静态的黏弹性
蠕变
力学松弛
应力松弛滞后现象
动态黏弹性
力学损耗(内耗) 5
第7章聚合物的黏弹性
二、静态黏弹性应力或应变恒定，不同时间时，聚合物材料所表现出来的
黏弹现象。
1、蠕变Creep
在一定的温度和恒定应力（拉力，扭力或压力等）作用下，材料的形变随时间的增长而逐渐增加的现象。
若除掉外力，形变随时间而减小－－称为蠕变回复。
3
12
第7章聚合物的黏弹性
蠕变Creep
•加力瞬间，键长、键角立即产生形变，形变直线上升 •通过链段运动，构象变化，使形变增大 •分子链之间发生质心位移
Creep recovery 蠕变回复
•撤力一瞬间，键长、键角等次级运动立即恢复，形变直线下降 •通过构象变化，使熵变造成的形变恢复 •分子链间质心位移不能恢复
2
0
E2
1 et
推迟时间 2
高弹模量
’ 分子链从一个松弛的平衡态构象变到
一个紧张的平衡态构象所需的时间
t1
t2
t
链段运动，可逐渐恢复
第7章聚合物的黏弹性

硅橡胶基电流变弹性体的动态粘弹性及非线性本构模型

据吻合较好 ,说明该模型能够准确表征材料的动态粘弹性和非线性特征 .
关键词: 电流变弹性体;动态粘弹性;修正 BoucＧWen模型;非线性;本构模型
中图分类号 : TB３８１
文献标识码 :A
DOI:１０．３９６９/ji．ssn．１００１Ｇ９７３１．２０１８．０１．０１７
０引言
电流变 (electrorheological,ER)材料是一种可对外加电场产生应激响应并发生显著流变学性能变化的智能复合材料.电流变材料的这种独特性能使其在诸多工程领域具有潜在的应用价值,并获得日益广泛的关注 . [１Ｇ４] 电流变液 (electrorheologicalfluids,ERFs) 是最早被研究的电流变材料,其通常由可极化颗粒分散于绝缘液体中构成.在外加电场时,电流变液可在毫秒内由液态转换到类似胶体的半固态,同时其流变学性能(如粘度、剪切屈服强度等 )也会随之变化 . [５Ｇ８] 近年来 ,经过国内外学者的不懈努力 ,电流变液的剪切屈服强度等流变学性能得到显著地提高 ,但颗粒团聚、漏液、漏电流大等问题所导致的性能不稳定仍制约着电流变液的应用范围 . [９Ｇ１２]
态粘弹性,得到电场强度、应变幅值、剪切频率等因素对 ERE 动态粘弹性的影响规律. 在实验基础上,建立了基
于修正 BoucＧWen模型的 ERE 非线性本构模型,并识别出模型参数.结果表明,该本构模型模拟结果与试验数

硅橡胶应用中的常见问题课件

制备工艺
硅橡胶的制备工艺主要包括混炼、压延、挤出等环节，同时需要对温度、压力等参数进行严格控制。
05
硅橡胶的未来发展趋势及展望
高性能硅橡胶的发展趋势及展望
硅橡胶材料具有优异的耐高低温、电气绝缘、耐候、防潮等性能，在建筑、汽车、电子电器、航空航天等领域得到广泛应用。
高性能硅橡胶在生产工艺、配方设计、产品性能等方面不断得到优化和提升，未来将更加注重环保、安全、健康等方面的性能。
硅橡胶制品老化问题及解决方案
总结词
硅橡胶制品老化是由于环境因素（如紫外线、氧气）的作用下，材料性能逐渐降低，老化会严重影响制品的使用寿命和安全性。
详细描述
硅橡胶制品老化通常表现为表面龟裂、变色、硬度增加等，可能是由于环境因素（如紫外线、氧气）的作用下，材料性能逐渐降低。为解决这一问题，应使用耐老化的硅橡胶材料，并进行表面处理（如涂层、镀膜）以增强材料的抗老化性能。对于已经老化的制
硅橡胶材料在建筑领域的应用不断扩大，未来将更加注重节能、环保、安全等方面的性能，如绿色建筑、节能建筑等。
硅橡胶在环保领域的应用及展望
硅橡胶材料具有环保无毒、无异味、易降解等特性，在环保领域
得到广泛应用。
硅橡胶在环保领域的应用包括垃圾处理、污水处理、空气治理等方面，未来将更加注重环保效果
和可持续性。
和发展。
硅橡胶在其他领域的应用及展望
硅橡胶材料在其他领域的应用包括电力、化工、航空航天等，未来将会有更多的应用和发展。
硅橡胶在航空航天领域的应用前景广阔，可用于制造飞机零部件、卫星部件等。
硅橡胶在化工领域的应用前景广阔，可用于制造密封件、管道等产品。
06
参考文献
参考文献

有限变形粘弹性杆的波动行为研究

可以定性地看出，波速不再是常数Ｃ，和线性应变。而
。
１支配方程
在连续介质力学中，两种描述有限变形的方有
法，Ｌｇａｇ即ａｒｎｅ和Ｅｌｒ描述。由于在Ｌａｒｎｅ描ｕｅｇａｇ
以及粘性系数有关。当一０时，ｃ随。的增大
一
型来描述，假定弹性元件具有线性性质，并则
＋考．
其中为粘性系数。
（２）
曾在文献Ｅ３５中讨论了一维杆中由于材料的物理
考虑有限变形时，移一应变关系可表示为位
非线性和几何弥散效应导致的应变孤波的传播问题，助逆散射反演理论分析了杆中孤波的传播特借征及两孤波之间的相互作用。本文采用一维有限变形的几何方程和ＫｅｖｎＶｏｇｌｅ — ｉｔ体描述的材料模型，
文章编号：０７９３（０２０ — ５８０１０ — ４２２０）５０５ — ３
有限变形粘弹性杆的波动行为研究
郭建刚，丽军，善元周张
（原理工大学应用力学研究所）太
摘要：论了有限变形粘弹性细杆中非线性波的传播问题。借助多尺度法，计及几何非线讨由
而增大，意味着在加载过程中，行的大扰动传播这后

8.9硅橡胶材质介绍大全在这里都能找的到

硅橡胶材质介绍大全在这里都能找的到很多人听说过硅橡胶，但对硅橡胶还不是很了解，让小编大家介绍一下硅橡胶的所有优点吧，很多人都不知道硅橡胶的英文是什么，硅橡胶的英文名字是（Silica gel; Silica），硅橡胶胶是一种高活性吸附材料，属非晶态物质，其化学分子式为mSiO2·nH2O；除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应，不溶于水和任何溶剂，无毒无味，化学性质稳定。

各种型号的硅胶因其制造方法不同而形成不同的微孔结构。

硅胶的化学组份和物理结构，决定了它具有许多其他同类材料难以取代得特点：吸附性能高、热稳定性好、化学性质稳定、有较高的机械强度等。

硅胶根据其孔径的大小分为：大孔硅胶、粗孔硅胶、B型硅胶、细孔硅胶等。

中文名：硅胶、外文名：Silica gel; Silica化学分子式mSiO₂·nH₂O性能吸附性、热稳定性、化学性1简介2硅胶的分类3硅胶的再生4专业术语5无机硅胶分类6有机硅胶▪有机硅性能▪ 有机硅的用途7有机硅的分类▪模压硅胶制品▪ 挤出硅胶制品▪ 液态硅胶制品▪种硅胶制品8硅橡胶分类9辨别真假10硅橡胶用途11功能用途12品种及性能▪硅溶胶▪ 啤酒硅胶▪蓝色硅胶13医用硅胶▪特点▪ 分类用途14物理特性▪一、黏度▪ 二、硬度▪ 三、拉伸强度▪ 四、撕裂强度▪ 五、伸长率六、操作时间七、硫化时间15性能对比1简介编辑基本信息名称：硅胶别名：氧化硅胶或硅酸凝胶英文名称：Silica gel; Silica分子式：xSiO2·yH2O分子量：60.08CAS 登录号：CAS# 112926-00-8EINECS 登录号：231-545-4词语解释化学式xSio 2·yH2O。

透明或乳白色粒状固体。

具有开放的多孔结构,吸附性强,能吸附多种物质。

在水玻璃的水溶液中加入稀硫酸（或盐酸）并静置，便成为含水硅酸凝胶而固态化。

以水洗清除溶解在其中的电解质Na+和SO4 2-( Cl-)离子，干燥后就可得硅胶。

高分子物理课后习题答题--韩哲文

高分子科学教程—高分子物理部分第7章聚合物的结构P2351.简述聚合物的结构层次答：高分子结构的内容可分为链结构与聚集态结构两个组成部分。

链结构又分为近程结构和远程结构。

近程结构包括构造与构型，构造是指链中原子的种类和排列、取代基和端基的种类、单体单元的排列顺序、支链的类型和长度等。

构型是指某一原子的取代基在空间的排列。

近程结构属于化学结构，又称一级结构。

远程结构包括分子的大小与形态、链的柔顺性及分子在各种环境中所采取的构象。

远程结构又称二级结构。

聚集态结构是指高分子材料整体的内部结构，包括晶态结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构以及织态结构。

前四者是描述高分子聚集体中的分子之间是如何堆砌的，又称三级结构。

织态结构则属于更高级的结构。

2．写出聚异戊二稀的各种可能的构型和名称（只考虑头－尾键接方式）。

解：（1）1，2－聚合：全同立构1，2－聚异戊二稀；间同立构1，2－聚异戊二稀；无规立构1，2－聚异戊二稀。

（2）3，4－聚合：全同（间同，无规）立构－聚3，4－聚异戊二稀。

（3）1，4聚合：顺式（反式）1，4－聚异戊二稀。

注意：一般来说，顺式、反式聚合都是在特定的催化剂下进行的，当催化剂一定时，产物结构就一定，所以不存在无规的几何异构体。

3．高分子的构型和构象有什么不同？等规聚丙烯晶体中的螺旋链属于构型范畴还是构象范畴？如果聚丙烯的规整度不高，能否通过单健内旋转来改变构象而提高其规整度？为什么？答：高分子的构型是指分子中由化学健固定的原子在空间的几何排列；高分子的构象是指由于单健内旋转而产生的分子在空间的不同形态。

高分子的构型属于高分子链的近程结构；而高分子的构象属于高分子链的远程结构。

等规聚丙烯晶体中的螺旋链是通过单健内旋转形成的而由晶格固定的形态，当晶体受热融化后，螺旋链会发生变化，因此属于构象范畴。

聚丙烯的规整度不高，不能通过单健内旋转来改变其构象而提高其规整度，因为规整度是由构型决定的，因此要改变规整度，必须通过化学健的断裂和重组。

一种孔径均匀的多孔硅橡胶及其制备方法

一种孔径均匀的多孔硅橡胶及其制备方法一种孔径均匀的多孔硅橡胶及其制备方法近年来，多孔硅橡胶由于其具有孔径小、比表面积大、轻质等特点，被广泛应用于能量吸收、声学、光学、传感器、催化等领域。

然而，制备孔径均匀的多孔硅橡胶一直是一大难题，这不仅影响到多孔硅橡胶的应用，更限制了其进一步开发和研究。

近年来，科学家们在多孔硅橡胶的制备方法上取得了一些进展。

本文将介绍一种孔径均匀的多孔硅橡胶及其制备方法。

制备方法：制备孔径均匀的多孔硅橡胶的方法主要包括以下步骤：1. 准备材料：包括聚酰亚胺（PI）膜、AICI3、NaOH、SiH4和N2。

2. 将PI膜放置在双面带有导电电极的玻璃基板上，并在室温下经过紫外线曝光20分钟。

3. 将PI膜放入有机溶剂中浸泡7小时，去除其上的杂质。

4. 将PI膜放入含AICI3的溶液中浸泡48小时，使之成为亲骨架材料。

5. 将PI膜放入含NaOH的溶液中浸泡，得到一个多孔硅骨架。

6. 用SiH4进行涂覆反应。

7. 用N2将多孔硅骨架进行氧化处理，形成孔径均匀的多孔硅橡胶。

8. 进行干燥和热处理。

结果分析：实验结果表明，制备的多孔硅橡胶孔径分布均匀、孔径大小均一，在输运与承载方面均表现出较好的性能。

同时，该孔径均匀的多孔硅橡胶具有一定的力学性质和化学稳定性，可以更好地应用于新能源储存、分离纯化和生物传感等领域。

结论：制备孔径均匀的多孔硅橡胶对于其应用前景至关重要。

本文介绍了一种制备孔径均匀的多孔硅橡胶方法，研究者使用该方法成功制备了一种孔径均匀的多孔硅橡胶，以期对多孔硅橡胶制备研究有所帮助。

未来研究者可以基于此方法对多孔硅橡胶的应用进行更深入的研究。

TiO2硅橡胶复合型介电弹性体动态粘弹性的电场依赖性

ＴｉＯ２／硅橡胶复合型介电弹性体动态粘弹性的电场依赖性㊀㊀０㊀引㊀言介电弹性体（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ，ＤＥｓ）是一种典型的电子型电致活性聚合物（ｅｌｅｃｔｒｏ⁃ａｃｔｉｖｅｐｏｌｙｍｅｒ，ＥＡＰｓ）［１⁃２］，其在外加电场的作用下可以发生形状或体积的改变，当电场撤去后其形状或体积还可以恢复㊂相较于其它ＥＡＰｓ材料，介电弹性体具有能量密度高㊁响应速度快㊁转换效率高等特点，且可以承受多场耦合的载荷作用，可用于开发换能器㊁驱动器㊁传感器㊁能量收集装置等［３⁃９］㊂典型的介电弹性体驱动器主要由介电弹性体薄膜和上下表面的柔性电极组成㊂其工作原理为：对柔性电极施加电场时，负电极附近的材料表面形成正电荷，正电极附近的材料表面形成负电荷㊂同性电荷相互排斥，异性电荷相互吸引，从而使材料在宏观上表现为平面方向上的扩张和厚度方向上的压缩㊂当撤掉外加电场时，聚集在材料表面的电荷又回到无序状态，材料形状和体积得以恢复，从而实现机械能和电能之间的转换［１０⁃１１］㊂介电弹性体主要有聚合物型和复合型两类㊂聚合物型介电弹性体是通过预先设计分子结构的方法合成的介电弹性体㊂常用的制备方式包括在基体的分子链上接枝侧链以及两种或多种聚合物共混㊁共聚㊂Ｍａ等制备的单组份三嵌段共聚物对称聚（苯乙烯⁃丙烯酸丁酯⁃苯乙烯）（ＳＢＡＳ）同时具有相对较低的粘弹性损耗和相对较高的介电常数，在０４００Ｈｚ的激发频率范围内显示出２５％１００％的大电致变形范围［１２］㊂复合型介电弹性体是另外一种较为常见的介电弹性体，通常是以低模量的聚合物为基体，高介电常数的颗粒为分散相进行制备㊂常见的聚合物基体包括硅橡胶㊁聚丙烯酸酯材料和聚氨酯等㊂高介电常数的分散相包括：介电陶瓷材料（钛酸钡㊁二氧化钛）㊁碳族材料（石墨烯㊁碳纳米管）㊁有机材料（聚苯胺㊁铜肽菁）等㊂复合型介电弹性体介电常数高，成分易于调控以适应不同应用环境㊂其中硅橡胶具有弹性模量低，响应速度快，力学性能好等优点［１３］㊂ＴｉＯ２由于其介电常数较高且易于改性而受到了本领域学者们的关注㊂ＦｅｄｅｒｉｃｏＣａｒｐｉ等首次将ＴｉＯ２加入到硅橡胶基体中以提高介电弹性体的变形能力［１４］㊂在３０％（质量分数）的填充量下，相较于纯硅橡胶，该复合材料介电常数提高，驱动电压降低，在电场强度为１０ｋＶ／ｍｍ时，电致变形量达到１１％，是纯硅橡胶的８倍㊂无论是聚合物型介电弹性体还是复合型介电弹性体均具有明显的粘弹性，已有实验证明介电弹性体的粘弹性会显著影响其力电响应，这种影响在建立材料本构模型及器件设计中必须予以考虑㊂目前已有学者对介电弹性体的粘弹性与变形及相关力电耦合特性进行了研究㊂Ｐｌａｎｔｅ以Ｂｅｒｇ⁃ｓｔｒｏｍ⁃Ｂｏｙｃｅ模型作为研究基础，对丙烯酸酯类介电弹性体的理论分析和实验验证结论一致，该模型在介电弹性体粘弹性的力电模型理论研究中得到推广［１５⁃１７］㊂Ｚｈａｏ等以非平衡热力学作为理论基础将能量耗散过程视为影响因素建立模型，发现在考虑粘弹性的影响时，与实验结果更加接近［１８］㊂Ｆｏｏ等给出了介电弹性体的耗散力电模型，其理论分析与现有的实验结果相吻合［１９］㊂㊀ │２０１９年第４期然而，上述研究中，仅考虑应变振幅及加载频率对介电弹性体的动态粘弹性参数（储能模量㊁损耗模量㊁阻尼损耗因子等）的影响，鲜有研究考虑外加电场对其动态粘弹性的影响㊂而介电弹性体的变形由电场驱动，电场对其动态粘弹性的影响需予以重视㊂研究介电弹性体动态粘弹性的电场依赖性对于介电弹性体的应用和本构模型的修正都具有重要的意义㊂基于此，本文以ＴｉＯ２／硅橡胶复合型介电弹性体为研究对象，重点研究电场对其动态粘弹性的影响规律㊂１㊀实㊀验１．１㊀实验原料及仪器钛酸四丁酯（Ｃ１６Ｈ３６Ｏ４Ｔｉ，纯度９８％），上海科丰实业有限公司；无水乙醇（Ｃ２Ｈ５ＯＨ，纯度９９．７％），国药集团化学试剂有限公司；室温硫化硅橡胶ＲＴＶ⁃２⁃１５１０㊁二月桂酸二丁基锡（纯度９８％）：固加新材料有限公司㊂二甲基硅油（η＝１００ｍＰ㊃ｓ，２５ħ）：北京航苹硅创化工有限公司；去离子水（实验室自制）㊂采用场发射扫描电镜（ＦＥＩＮＯＶＡＮａｎｏ４５０）观察介电弹性体脆断面形貌；利用透射电子显微镜（ＦＥＩＴｅｃｎａｉＦ３０）观察ＴｉＯ２颗粒的形貌；利用Ｘ射线衍射仪（Ｅｍｐｙｒｅａｎ）确定ＴｉＯ２颗粒的晶型；采用旋转流变仪（ＭＣＲ３０１）进行动态粘弹性测试㊂１．２㊀ＴｉＯ２颗粒制备首先称取３ｇ钛酸四丁酯于烧杯中，加入６０ｍＬ无水乙醇，室温条件下机械搅拌２ｈ至混合均匀，得到溶液Ａ㊂再称取１ｇ去离子水于烧杯中，加入１００ｍＬ无水乙醇，室温条件下机械搅拌３０ｍｉｎ至充分分散，得到溶液Ｂ㊂之后，将Ａ溶液滴入到Ｂ溶液中，滴加结束得到白色溶液，继续搅拌３ｈ至反应完全㊂所得的白色混合溶液经多次抽滤和醇洗，除去杂质㊂最后，所得产物在６０ħ温度条件下真空干燥２４ｈ后，研磨得到ＴｉＯ２颗粒㊂１．３㊀ＴｉＯ２／硅橡胶介电弹性体制备首先，将室温硫化硅橡胶和二甲基硅油等质量混合并搅拌１５ｍｉｎ，加入ＴｉＯ２颗粒（以介电弹性体总质量的３０％称取）持续机械搅拌３０ｍｉｎ㊂之后，称量占室温硫化胶质量分数３％的二月桂酸二丁基锡，并加入混合物中，机械搅拌５ｍｉｎ㊂再将该混合物置于真空干燥箱中５ｍｉｎ，目的是排净内部残留的空气防止孔洞的产生㊂取出后，将混合物填充于有机玻璃模具中室温固化２４ｈ，得到成型的介电弹性体㊂１．４㊀ＴｉＯ２／硅橡胶介电弹性体电致变形及动态粘弹性测试方法１．４．１㊀电致变形测试方法在介电弹性体上下表面涂敷柔性电极后，用铝箔连接薄膜和电极，并以固定框固定薄膜和铝箔，将电极与高压发生器相连以施加外电场并调节升压速度㊂在外加电场不断升高的过程中，薄膜涂敷柔性电极的区域面积将增大，利用摄像机记录此过程㊂计算介电弹性体电致变形量的公式如下Ｓｘ＝Ａｘ－Ａ０Ａ０ˑ１００％（１）㊀㊀式中，Ｓｘ为驱动电压为ｘ时电致变形量；Ａｘ为驱动电压为ｘ时柔性电极的面积；Ａ０为未施加电场时柔性电极的面积㊂１．４．２㊀动态粘弹性测试方法采用安东帕公司的旋转流变仪（ＭＣＲ３０１）对介电弹性体进行动态粘弹性测试，所用组件为ＰＰ１５⁃Ｅ平板夹具，测试温度为２２ħ㊂测试用样品直径为１５ｍｍ，厚度为１ｍｍ㊂为防止在测试过程中样品发生滑动，夹具的上极板对样品预先施加５Ｎ的正压力㊂测试模式为振荡剪切模式，具体测试模式为：在不同电场强度（０，１，２，３，４和５ｋＶ／ｍｍ）和固定剪切振荡频率（１０Ｈｚ）的条件下，测试剪切应变幅值对介电弹性体动态粘弹性的影２０１９年第４期│㊀㊀㊀│２０１９年第４期响规律，剪切应变幅值在０．００１％１００％㊂范围内对数增加㊂２㊀结果与讨论２．１㊀ＴｉＯ２颗粒的结构表征ＴｉＯ２颗粒的形貌如图１所示㊂由图１可见，颗粒的尺寸和形状均一性较好，粒径在３００ｎｍ左右，分散性良好，颗粒之间无明显粘连㊂图１㊀ＴｉＯ２颗粒的ＴＥＭ图Ｆｉｇ１ＴＥＭｉｍａｇｅｏｆＴｉＯ２ｐａｒｔｉｃｌｅｓ㊀㊀ＴｉＯ２颗粒的Ｘ射线衍射图谱如图２所示㊂从图２可以看出，只有在３０ʎ的位置出现了一个弱的宽峰，这说明ＴｉＯ２颗粒呈无定型态㊂图２㊀ＴｉＯ２颗粒的ＸＲＤ谱图Ｆｉｇ２ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｏｆＴｉＯ２ｐａｒｔｉｃｌｅｓ２．２㊀介电弹性体的微观结构及介电性能以ＴｉＯ２颗粒作为填充相的复合介电弹性体脆断面的ＳＥＭ照片如图３所示㊂由图３可知，ＴｉＯ２颗粒较为均匀地分散在硅橡胶基体之中，无明显的颗粒团聚㊂图４为填充ＴｉＯ２颗粒介电弹性体的介电常数和介电损耗随频率变化的曲线㊂由图４可见，随着频率的增加，介电弹性体的介电常数不断下降㊂介电弹性体的极化机制主要包括偶极极化与界面极化，其中Ｍａｘｗｅｌｌ⁃Ｗａｎｇｅｒ⁃Ｓｉｌｌａｒｓ（ＭＷＳ）界面极化效应是介电常数随电场频率变化的主要原因［２０］㊂在低频下，电场变化的速度较慢，ＴｉＯ２颗粒与硅橡胶基体之间的界面上诱导电荷有足够的时间不断累积，界面极化效果明显，因此低频下填充ＴｉＯ２颗粒的弹性体介电常数较高㊂而当频率较高时，颗粒与基体之间界面累积诱导电荷的速度跟不上外加电场变化的速度，累积的诱导电荷数量远低于低频时，导致介电常数的降低㊂介电弹性体的介电损耗同样依赖于频率，低频下ＴｉＯ２颗粒与硅橡胶基体之间的界面上诱导电荷的积累可以跟的上电场的变化，产生的导电电流较大，消耗的电能较多，因此介电损耗较大㊂当频率较高时，诱导电荷的累积速度落后于电场的变化速度，产生的导电电流较小，消耗的电能较少，因此介电损耗在高频时出现降低的现象㊂图３㊀ＴｉＯ２／硅橡胶介电弹性体脆断面的ＳＥＭ照片Ｆｉｇ３ＢｒｉｔｔｌｅｓｅｃｔｉｏｎＳＥＭｉｍａｇｅｏｆＴｉＯ２／ｓｉｌｉｃｏｎｅｒｕｂ⁃ｂｅｒｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｅｌａｓｔｏｍｅｒ图４㊀ＴｉＯ２／硅橡胶介电弹性体介电常数（εᶄ）和介电损耗（εᵡ）随电场频率变化Ｆｉｇ４Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｓｔａｎｔ（εᶄ）ａｎｄｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｌｏｓｓ（εᵡ）ａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｆｏｒＴｉＯ２／ｓｉｌｉｃｏｎｅｒｕｂｂｅｒｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｅｌａｓｔｏｍｅｒ２．３㊀介电弹性体动态粘弹性的电场依赖性电致变形测试结果表明，在２０ｋＶ／ｍｍ电场强度下，填充ＴｉＯ２颗粒质量分数３０％的介电弹性体的变形量为４６．９％㊂相较于晶态ＴｉＯ２，无定形态ＴｉＯ２表面有羟基等极性基团存在，其在外加电场下的偶极极化强度更高㊂因此，以非晶态ＴｉＯ２颗粒填充的介电弹性体介电性能更高，电致变形量更大㊂复合型介电弹性体储能模量Ｇᶄ随应变幅值变化的曲线如图５所示㊂由图５（ａ）可知，介电弹性体的储能模量在临界应变值以下基本不随应变幅值变化，在高于临界应变幅值之后储能模量开始下降㊂当应变幅值低于临界值时，颗粒均匀分散的状态未被破坏，介电弹性体的储能模量及损耗模量不随应变幅值的增大而发生明显变化，此应变范围即为线性粘弹区（ＬＶＥ）㊂随着应变增大，相邻颗粒间距被拉大，颗粒间静电吸引力在减弱，因而储能模量下降，该现象即为Ｐａｙｎｅ效应㊂由图５（ｂ）可见，弹性体损耗模量的变化过程可以分成４个阶段：线性粘弹区较为稳定的模量损耗阶段（γ＜１％），损耗模量第一次升高的阶段（γ＝１％３％），模量略微下降的阶段（γ＝３％１２％）以及损耗模量第二次升高的阶段（γ＝１２％１００％）㊂第一个阶段出现的原因与储能模量下降的原因相同，即Ｐａｙｎｅ效应㊂损耗模量的第一次上升可以归因于颗粒间距的增大，导致原本稳定的颗粒网络被破坏㊂之后随着颗粒间距继续增大，能量的损耗趋于平稳，但应变幅值增大使得少量原本相距较远的颗粒被拉近，这些颗粒重新形成稳定的网络结构，使损耗模量略微下降㊂当应变幅值超过１２％时，基体中分子链进一步伸长，且分子链段之间的摩擦加剧，能量损耗增大，因此损耗模量在该阶段出现了第二次上升㊂图５㊀ＴｉＯ２／硅橡胶介电弹性体的储能模量Ｇᶄ和损耗模量Ｇᵡ在不同场强下随应变幅值变化的曲线Ｆｉｇ５ＳｔｏｒａｇｅｍｏｄｕｌｕｓＧᶄａｎｄｌｏｓｓｍｏｄｕｌｕｓＧᵡｏｆＴｉＯ２／ｓｉｌｉｃｏｎｅｒｕｂｂｅｒｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｅｌａｓｔｏｍｅｒａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｓｔｒａｉｎａｍｐｌｉｔｕｄｅ㊀㊀基于介电弹性体储能模量随应变幅值的变化曲线，可以计算出其储能模量的相对增幅随电场强度的变化趋势，如图６所示㊂从图６可知，随着外加电场的升高，复合型介电弹性体的储能模量会增大，５ｋＶ／ｍｍ电场强度条件下，介电弹性体储能模量较零场下提高了１８．１％㊂这是由于分散在橡胶基体之中的ＴｉＯ２颗粒在电场作用下会发生偶极化，相邻的ＴｉＯ２颗粒之间产生偶极相互作用，颗粒在硅橡胶基体中的分布结构更加稳定，导致硅橡胶基体的分子链在振荡剪切作用下运动时受到２０１９年第４期│㊀㊀的阻碍作用更强，介电弹性体的剪切储能模量也更大㊂外加电场强度较低时，介电弹性体中的颗粒极化能力较弱，储能模量的变化不明显㊂当外加电场升高后，颗粒的极化能力变强，储能模量的变化显著起来㊂可见，介电弹性体的粘弹性会在外加电场作用下产生较为明显的变化，这点在材料设计㊁应用及建立本构模型时须予以考虑㊂图６㊀ＴｉＯ２／硅橡胶介电弹性体的储能模量增幅随电场强度变化的曲线Ｆｉｇ６ＳｔｏｒａｇｅｍｏｄｕｌｕｓｃｈａｎｇｅｒａｔｅｏｆＴｉＯ２／ｓｉｌｉｃｏｎｅｒｕｂｂｅｒｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｅｌａｓｔｏｍｅｒａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｄｉｆ⁃ｆｅｒｅｎｔｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈ３㊀结㊀论以无定形态ＴｉＯ２颗粒为填料，硅橡胶为基体，制备出ＴｉＯ２／硅橡胶复合型介电弹性体㊂在２０ｋＶ／ｍｍ的电场强度下，该复合型介电弹性体的电致变形量为４６．９％㊂对ＴｉＯ２／硅橡胶介电弹性体进行动态粘弹性测试，随着电场强度升高，介电弹性体储能模量不断增大㊂在５ｋＶ／ｍｍ的电场强度下，其储能模量较零场下增大了１８．１％，这可归因于ＴｉＯ２颗粒偶极化对基体分子链的运动阻碍作用㊂ＴｉＯ２／硅橡胶复合型介电弹性体动态粘弹性具有明显的电场依赖性，在建立其力电模型及器件设计时需予以考虑㊂（来源：功能材料）不同Ｆ含量导致星形Ｃｏ（ＯＨ）Ｆ纳米晶体的磁性变化㊀㊀０㊀引㊀言交换偏置现象（ＥＢ）是指包含铁磁（ＦＭ）／反铁磁（ＡＦＭ）界面的体系在外磁场中从高于反铁磁奈尔温度冷却到低温后，铁磁层的磁滞回线沿磁场反方向偏离原点，同时伴随着矫顽力增加的现象［１］㊂自１９５６年Ｍｅｉｋｌｅｊｏｈｎ和Ｂｅａｎ在ＣｏＯ外壳覆盖的Ｃｏ颗粒中首次发现了交换偏置效应以来，人们便进行了深入的研究，并在磁阻器件，自旋阀和磁性硬盘读头等许多方面取得了广泛实际的应用［２⁃５］㊂纳米颗粒中交换偏置现象的物理来源一般归因于ＦＭ／ＡＦＭ接口处的交换耦合和ＡＦＭ磁矩排列［６⁃９］㊂然而，这两个特性难以通过实验探测，因为界面的体积分数很小并且ＡＦＭ层的净磁矩几乎消失，故而纳米磁性材料交换偏置现象仍是目前磁性领域材料科学研究的一个热点㊂Ｃｏ（ＯＨ）２由于其丰富的物理化学性质㊁多变的晶体结构，已被广泛应用于电催化㊁电化学传感器㊁电化学能量储存，纳米磁性等领域［１０⁃１５］㊂以氟元素作为掺杂剂，可以连续替代Ｃｏ（ＯＨ）２中的㊀ │２０１９年第４期。