阅读说明：本技术 一种基于海绵结构的自适应变刚度阻尼器的制备方法 (Preparation method of self-adaptive variable-stiffness damper based on sponge structure ) 是由 彭庆宇 薛福华 赫晓东 于 2019-09-17 设计创作，主要内容包括：一种基于海绵结构的自适应变刚度阻尼器的制备方法,属于阻尼器制备技术领域。所述方法步骤如下：制备海绵结构；剪切增稠液的配制：将分散相超声分散在分散介质中；自适应变刚度阻尼器的制备：将海绵结构浸入到剪切增稠液中,常温下静置,之后抽真空除去空气,将充满溶液的碳纳米管海绵取出,静置1～4h,得到基于海绵结构的自适应变刚度阻尼器。本发明中采用碳纳米管海绵作为基底材料,将剪切增稠液封装在海绵骨架结构中,其中碳纳米管海绵不仅可以有效的封装剪切增稠液,而且碳纳米管的存在还可以显著地增强剪切增稠液的性能。这种基于海绵结构的阻尼器可以包裹在振动构件周围,吸收构件各个方向的振动冲击。(A preparation method of a self-adaptive variable-stiffness damper based on a sponge structure belongs to the technical field of damper preparation. The method comprises the following steps: preparing a sponge structure; preparing a shear thickening fluid: ultrasonically dispersing a dispersed phase in a dispersion medium; preparing a self-adaptive variable-stiffness damper: and immersing the sponge structure into the shear thickening liquid, standing at normal temperature, vacuumizing to remove air, taking out the carbon nanotube sponge filled with the solution, and standing for 1-4 h to obtain the self-adaptive variable-stiffness damper based on the sponge structure. According to the invention, the carbon nanotube sponge is used as a substrate material, and the shear thickening fluid is encapsulated in a sponge skeleton structure, wherein the carbon nanotube sponge not only can effectively encapsulate the shear thickening fluid, but also can remarkably enhance the performance of the shear thickening fluid due to the presence of the carbon nanotube. Such a damper based on a sponge structure may be wrapped around the vibrating member to absorb the vibration impact of the member in all directions.)

一种基于海绵结构的自适应变刚度阻尼器的制备方法

技术领域

本发明属于阻尼器制备技术领域，具体涉及一种基于海绵结构的自适应变刚度阻尼器的制备方法。

背景技术

冲击、振动是较普遍自然现象，广泛存在于工业生产、日常生活和军事设备中。对于机械来说，大部分的振动是有害的，过大的振动会对机器的稳定运行带来不良影响，引起构件的变形，疲劳断裂，轻则引起机器停止，造成工业事故和经济损失，重则危害人们的性命安全。为避免有害振动造成的干扰及破坏，人们颇为重视对于冲击与振动能量的吸收与耗散，阻尼器便是诸多能量耗散设备中的一种。传统杆件-缸体式阻尼器具有性能稳定，工作效率高等诸多优点，但其也存在着一些缺点，如工作方向单一，只能沿着杆件运动的方向提供阻尼；受力点单一，构件的振动必须通过传递装置传递到杆件上。综上所述，现有方法制备的阻尼器无论是在受力方向的多样性上还是在受力点的多样性上都存在很大的提升空间。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有传统杆件-缸体式阻尼器工作方向单一和受力点单一的问题，提供一种基于海绵结构的自适应变刚度阻尼器的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种基于海绵结构的自适应变刚度阻尼器的制备方法，所述方法步骤如下：

步骤一：制备海绵结构；

步骤二：剪切增稠液的配制：将分散相超声分散在分散介质中；

步骤三：自适应变刚度阻尼器的制备：将步骤一得到的海绵结构浸入到步骤二得到的剪切增稠液中，常温下静置，之后抽真空除去空气，将充满溶液的碳纳米管海绵取出，静置1～4h，得到基于海绵结构的自适应变刚度阻尼器。

本发明相对于现有技术的有益效果为：本发明中采用碳纳米管海绵作为基底材料，将剪切增稠液封装在海绵骨架结构中，其中碳纳米管海绵不仅可以有效的封装剪切增稠液，而且碳纳米管的存在还可以显著地增强剪切增稠液的性能。这种基于海绵结构的阻尼器可以包裹在振动构件周围，吸收构件各个方向的振动冲击。本发明制备的阻尼器具有独特的力学性质，其压缩刚度随着压缩速率的提高显著增大。但当压缩速率较低时又具备极低的刚度，所以整体结构有着良好的可变形性，可以完美贴合振动构件。本发明制备合成了可以根据外在压缩速率自适应地改变刚度，从而减小振动影响的阻尼器。

附图说明

图1为实施例1步骤三中得到的自适应变刚度阻尼器的形貌图；

图2为实施例1步骤三中得到的自适应变刚度阻尼器的低倍电镜扫描图；

图3为实施例1步骤三中得到的自适应变刚度阻尼器的高倍电镜扫描图；

图4为实施例1步骤三中得到的自适应变刚度阻尼器在不同压缩速率下的应力-应变曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，均应涵盖在本发明的保护范围之中。

具体实施方式一：本实施方式记载的是一种基于海绵结构的自适应变刚度阻尼器的制备方法，所述方法步骤如下：

步骤一：制备海绵结构；

步骤二：剪切增稠液的配制：将分散相超声分散在分散介质中；

步骤三：自适应变刚度阻尼器的制备：将步骤一得到的海绵结构浸入到步骤二得到的剪切增稠液中，常温下静置，之后抽真空除去空气，将充满溶液的碳纳米管海绵取出，静置1～4h，得到基于海绵结构的自适应变刚度阻尼器。

具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种基于海绵结构的自适应变刚度阻尼器的制备方法，步骤一中，所述海绵为碳纳米管海绵。具体的制备方法为：采用化学气相沉积的方法进行碳纳米管海绵的制备：将催化剂二茂铁超声溶解在液态碳源1，2-二氯苯中得到催化剂/碳源溶液，配制比例为每10～400ml的1，2-二氯苯溶解0.1～35g二茂铁粉末；采用精密注射泵将催化剂和碳源的混合溶液注入管式炉预热区中迅速汽化，H₂和Ar载气将碳源与催化剂带入管式炉反应区发生裂解、生长和堆砌形成碳纳米管海绵；所述的预热区温度为150℃～400℃，反应区温度为700℃～950℃，反应时间共3h。优选的，预热区温度为200℃～350℃，反应区温度为800℃～950℃；所述H₂/Ar载气，H₂与Ar体积比为1：1～4，载气流速400～2000mL/min。

具体实施方式三：具体实施方式一所述的一种基于海绵结构的自适应变刚度阻尼器的制备方法，步骤二中，所述分散相为二氧化硅颗粒；所述分散介质为聚丙三醇。

具体实施方式四：具体实施方式一或三所述的一种基于海绵结构的自适应变刚度阻尼器的制备方法，步骤二中，所述分散相与分散介质的质量比为10～80：100。

具体实施方式五：具体实施方式一所述的一种基于海绵结构的自适应变刚度阻尼器的制备方法，步骤二中，所述超声的时间为1～3h，频率为80KHz。

具体实施方式六：具体实施方式一所述的一种基于海绵结构的自适应变刚度阻尼器的制备方法，步骤三中，所述常温下静置的时间为1h～23h。

具体实施方式七：具体实施方式一所述的一种基于海绵结构的自适应变刚度阻尼器的制备方法，步骤三中，所述抽真空的真空度为-0.1～0.7Mpa。

实施例1：

一种基于海绵结构的自适应变刚度阻尼器的制备方法，所述方法步骤如下：

一、碳纳米管海绵的制备：采用化学气相沉积的方法进行碳纳米管海绵的制备。将催化剂二茂铁超声溶解在液态碳源1，2-二氯苯中，配制比例为100ml的1，2-二氯苯溶解6g二茂铁粉末。采用精密注射泵将催化剂和碳源的混合溶液注入预热区中迅速汽化，H₂和Ar载气将碳源与催化剂带入反应区发生裂解，裂解出的碳原子及碳原子团簇在二茂铁裂解出的铁催化剂作用下，生长成为碳纳米管。碳纳米管在反应区由于重力作用而发生堆砌形成碳纳米管海绵。其中所述的预热区温度为200℃，反应区温度为860℃，反应时间共3小时。

二、剪切增稠液的配制：将25g二氧化硅颗粒溶解在100g聚丙三醇溶剂中，超声分散2小时，配制出二氧化硅含量为20％的剪切增稠液。

三、自适应变刚度阻尼器的制备：将步骤一得到的碳纳米管海绵浸入到步骤二得到的剪切增稠液中，常温下静置2h，之后抽真空除去空气；再将充满溶液的碳纳米管海绵取出，静置1h，即得到基于海绵结构的自适应变刚度阻尼器，如图1所示；所述抽真空的真空度为-0.1～0.7Mpa。

如图2和3所示，通过对本实施例制备的试样进行电镜扫描，可以明显观察到进入碳纳米管海绵结构内的二氧化硅粒子，证明了本发明制备方法的可行性。如图4所示，对试样进行不同压缩速率的压缩试验，观测到随着压缩速率从0.1％/min提升到40000％/min，试样弹性模量由0.8MPa显著增加到11MPa，证明了本发明可以根据外在压缩速率自适应地改变刚度，从而达到减小振动的效果。

实施例2：

一种基于海绵结构的自适应变刚度阻尼器的制备方法，所述方法步骤如下：

一、碳纳米管海绵的制备：采用化学气相沉积的方法进行碳纳米管海绵的制备。将催化剂二茂铁超声溶解在液态碳源1，2-二氯苯中，配制比例为100ml的1，2-二氯苯溶解6g二茂铁粉末。采用精密注射泵将催化剂和碳源的混合溶液注入预热区中迅速汽化，H₂和Ar载气将碳源与催化剂带入反应区发生裂解，裂解出的碳原子及碳原子团簇在二茂铁裂解出的铁催化剂作用下，生长成为碳纳米管。碳纳米管在反应区由于重力作用而发生堆砌形成碳纳米管海绵。其中所述的预热区温度为200℃，反应区温度为860℃，反应时间共3h。

二、剪切增稠液的配制：将50g二氧化硅颗粒溶解在100g聚丙三醇溶剂中，超声分散2小时，配制出二氧化硅含量约为33％的剪切增稠液。

三、自适应变刚度阻尼器的制备：将步骤一得到的碳纳米管海绵浸入到步骤二得到的剪切增稠液中，常温下静置2h，之后抽真空除去空气；再将充满溶液的碳纳米管海绵取出，静置1h，即得到基于海绵结构的自适应变刚度阻尼器；所述抽真空的真空度为-0.1～0.7Mpa。

实施例3：

一种基于海绵结构的自适应变刚度阻尼器的制备方法，所述方法步骤如下：

一、碳纳米管海绵的制备：采用化学气相沉积的方法进行碳纳米管海绵的制备。将催化剂二茂铁超声溶解在液态碳源1，2-二氯苯中，配制比例为100ml的1，2-二氯苯溶解6g二茂铁粉末。采用精密注射泵将催化剂和碳源的混合溶液注入预热区中迅速汽化，H₂和Ar载气将碳源与催化剂带入反应区发生裂解，裂解出的碳原子及碳原子团簇在二茂铁裂解出的铁催化剂作用下，生长成为碳纳米管。碳纳米管在反应区由于重力作用而发生堆砌形成碳纳米管海绵。其中所述的预热区温度为200℃，反应区温度为860℃，反应时间共3h。

二、剪切增稠液的配制：将70g二氧化硅颗粒溶解在100g聚丙三醇溶剂中，超声分散2小时，配制出二氧化硅含量为41％的剪切增稠液。

三、自适应变刚度阻尼器的制备：将步骤一得到的碳纳米管海绵浸入到步骤二得到的剪切增稠液中，常温下静置2h，之后抽真空除去空气；再将充满溶液的碳纳米管海绵取出，静置1h，即得到基于海绵结构的自适应变刚度阻尼器；所述抽真空的真空度为-0.1～0.7Mpa。